Современная авиация постоянно совершенствуется благодаря появлению новых материалов и технологий. Это касается и двигателей летательных аппаратов. Научное сообщество стремится сделать их мощнее и экономичнее, чтобы самолеты, БПЛА и дроны могли летать дольше, но с меньшим расходом топлива. Студенты Пермского Политеха представили уникальную разработку в области силовых установок — импульснотурбинный двигатель, который может изменить будущее беспилотных летательных аппаратов. Это гибридная конструкция, которая сочетает лучшие черты поршневых и турбинных технологий, и на 5-10% эффективнее по сравнению с традиционными аналогами.
Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Любой двигатель работает за счет преобразования энергии топлива или электричества в механическое движение. Создается тяга, благодаря которой транспорт начинает двигаться. Задача прогресса — сделать этот процесс как можно эффективнее — надежнее, мощнее, дешевле и одновременно безопаснее для окружающей среды.
Студенты ПНИПУ под руководством Александра Балакирева, старшего преподавателя кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ, представили новый тип двигателя для БПЛА, который сочетает элементы авиационной газовой турбины и поршневого двигателя внутреннего сгорания.
— Наша разработка основана на гипотезе о том, что обычно силовые установки в малой авиации низкоэффективны из-за небольшого массового расхода, то есть через них проходит слишком мало воздуха. А чем меньше воздушный поток — тем слабее тяга и выше расход топлива. Поэтому пришла идея, попробовать нагнетать воздух с помощью поршня, а не турбомашины, так как он, во-первых, работает дольше, из-за низких оборотов, а во-вторых, вытесняет довольно большую порцию воздуха. По сути установка является гибридом двигателя для самолетов и автомобильного, — объясняет Михаил Максимов, руководитель проекта, студент кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ.
Конструкция объединяет три ключевых компонента: поршень, создающий мощный поток воздуха, камеру сгорания, разгоняющую его, и турбину, которая преобразует скорость в механическое вращение. По словам молодых ученых, его можно использовать, например, чтобы вращать воздушный винт БПЛА или даже колеса на наземных транспортных платформах. То есть, идея перспективна также в качестве вида автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Ключевая особенность разработки в том, что энергия топлива ДВС преобразуется по-другому — через турбину, что значительно повышает экономичность процесса (тратится меньше топлива) и общий коэффициент полезного действия.
— Эффективность нашей установки на 5-10% выше, чем у двигателей внутреннего сгорания, которые сейчас используются на беспилотниках, что повышает максимальную дальность полета, при этом снижая расход топлива, — поделился Даниил Власов, студент кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ.
Сейчас продукт находится на стадии патентования. Разработчики нацелены на ключевые сегменты российского рынка БПЛА: военные и силовые ведомства, применяющие дроны для разведки и наблюдения; коммерческие организации, занимающиеся аэрофотосъемкой, мониторингом инфраструктуры и сельским хозяйством; а также конструкторские бюро, специализирующиеся на создании беспилотников малого и среднего класса.
Гибридный двигатель студентов Пермского Политеха — инновационный проект, сочетающий лучшие качества турбинных и поршневых силовых установок. Это перспективное решение сделает малую авиацию дешевле и эффективнее в эксплуатации.