Применение электротехнологий в электрических вертолетах

Рассматривается применение электрических технологий для создания электрических вертолетов. Приводятся сведения о первых полетах электрических вертолетов с человеком на борту. Применение новых электротехнологий и материалов в электрических вертолетах открывает новые возможности по улучшению экологии без использования обычного топлива и значительному снижению шума силовых установок в малой авиации.

The application of electrical technologies for creating of the electric helicopters is considered. The data on the first flights of electric helicopters with a person on board is presented. The application of new electrotechnologies and materials in the electrical helicopters opens up new possibilities for improvement of ecology without of the use of conventional fuel and a significant reduction of a noise of the power installations in small aircraft.

Содержание

В настоящее время уделяется большое внимание разработке и применению новых технологий и материалов в летательных аппаратах, которые позволяют уменьшить потребление энергии, улучшить экологию без использования обычного топлива и существенно снизить шум летательных аппаратов. Такие технологии разрабатываются для их применения в электрических самолетах и вертолетах.

Первые полеты электрических вертолетов с человеком на борту были осуществлены в 2011 году во Франции - в сентябре и Германии - в октябре. Следует отметить также, что в 2009 году легкий электрический вертолет фирмы UTRC с топливными элементами PEMFC на водороде с воздухом совершил первый полет без человека на борту. В ближайшее время состоятся первые полеты электровертолета фирмы Сикорского. В качестве базы для его создания был использован вертолет S-3000 CTM. Его 190-сильный четырехцилиндровый бензиновый двигатель был заменен на электрический, а по бокам вертолета были навешены два литиево-ионных полимерных аккумулятора. Конструкции созданных электрических вертолетов в Америке и Франции были традиционными по сравнению с электрическим вертолетом, созданным в Германии.

Электро- и аэрокосмический инженер Паскаль Кретьен не только попытался, но и сделал первый в мире управляемый вертолет, полностью работающий от электроэнергии. Он заменил наиболее энергопотребляющие детали, такие как хвостовой винт и циклическое управление, легкими альтернативами. Вместо хвостового винта, который бы создавал большую нагрузку на батарею, в его электровертолете большую роль играют два вращающихся в разные стороны винта наверху. Задняя же часть очень легкая и необходима для поддержания равновесия. В остальном летальный аппарат не сильно напоминает вертолет - скорее многофункциональные санки. В сентябре 2011 г. Кретьен, который также является опытным пилотом, пролетел на своем изобретении 2 мин. и 10 с. Разработкой электровертолета он занимался в течение последнего года по заказу французской компании Solution F и практически все сделал своими руками. Однако цель, поставленная перед ним - это 10-12 минут полета, поэтому на этом работа не заканчивается, а скорее только начинается.

Одно из направлений развития винтокрылых машин - квадрокоптеры, легковесные металлические или пластиковые конструкции квадратной формы с пропеллерами по углам. Обычно они способны нести лишь небольшую нагрузку и выполнять разведывательные и другие функции. Устройство, испытанное немецкой компанией E-Volo, является полноценным средством передвижения по воздуху для одного человека. Оно объединяет четыре квадрокоптера, установленных на цельный каркас, в центре которого находится место пилота. Управляется аппарат беспроводным штурвалом, а мягкость посадки обеспечивается упругим шарообразным элементом в центральной части и четырьмя гибкими "ногами" по краям. Винты работают на электроэнергии, которая запасается в аккумуляторах и передаётся электромоторам. Общий вес машины с учётом батарей (без пилота) - 80 кг. Разработчики не уточняют технических характеристик электродвигательной системы, но говорят, что час полёта "съест" электричества на 6 евро.

Данный легкий аппарат в Германии поднялся в воздух с 16 винтами, пилотируемый его создателем Томасом Зенкелем, руководителем проекта. Пока "мультикоптер" способен летать в течение 10-30 минут. Первый тестовый полёт под управлением человека, состоявшийся в конце октября, проходил на высоте около двух метров и длился полторы минуты (рис. 1).

Три немецких изобретателя провели первое испытание первого в мире электрического, а значит, "зеленого" вертолета E-Volo с человеком на борту. Он взлетает вертикально, использует литиевые батареи и имеет 16 роторов для подъема и движения. "Наша система изначально задумывалась как электрическая - тихая, чистая и экономически рентабельная. Один час полёта будет стоить примерно 6 евро, в виде платы за электроэнергию, - объясняют представители фирмы E-Volo".

Рис. 1. Первый полет электрического вертолета в Германии

Кроме того, у аппарата немного частей, которые могут изнашиваться, а это означает продолжительные интервалы в техобслуживании и невысокую его стоимость. Краткие основные особенности опытного образца инновационного вертолета. Он может поднимать 80 килограмм полезного груза. Он может взлетать вертикально, а управление этим вертолетом осуществляется джойстиком и за счет 16 роторов управление может быть очень точным.

Изобретатели пока определили назначение своего вертолета, как "устройство для воздушного спорта", но перспективу для своего детища они видят как воздушный автомобиль. Изобретатели утверждают, что их вертолет может использоваться для контрольных патрульных облетов трасс трубопроводов, как скорая медицинская помощь, для аэросъемки, как воздушное такси, а можно его использовать просто как летательное устройство для развлечения. Однако его функции могут быть значительно расширены при его совершенствовании в будущем.

Сейчас перед изобретателями стоит главная задача - найти источник питания для 16 роторов с большой емкостью. Управление 16-ю роторами через компьютер игровым джойстиком настолько простое и точное, что E-Volo может управляться человеком без специальной подготовки. Мультикоптер E-Volo сейчас работает на литий-ионных батареях в течение 20 минут. Но изобретатели верят в быстроразвивающиеся технологии в этом направлении, и надеются, что скоро смогут увеличить время полета до одного часа. Изобретатели говорят о безопасности мультикоптера E-Volo, он может нормально сесть даже, если четыре из 16 роторов не работают. Вращающие лопасти расположены ниже пилота, что также в пользу безопасности устройства, так как в этом случае можно спокойно воспользоваться парашютом.

Управление мультикоптером может быть интегрировано с программным обеспечением GPS таким образом, что вертолет может сам выбирать маршрут движения на прямых участках и огибать препятствия. E-Volo уже совершил несколько беспилотных полетов, когда он управлялся дистанционно с земли. Уже есть и коммерческая версия мультикоптера. Варианты будущего дизайна предполагают, что e-multicopter (так разработчики тоже называют свой аппарат) будет складным.

Приведенные достижения могут свидетельствовать о том, что пилотируемые электрическими вертолёты с двумя или несколькими винтами могут найти применение на практике. Главное - сделать их абсолютно безопасными, поскольку повреждение аккумуляторов при падении грозит мощным взрывом. И тогда такие машины смогут конкурировать с другими видами авиации. вертолет электрический винтокрылая электротехнология

Пилотируемые электрическими вертолёты с двумя и более винтами могут найти применение на практике. Применение новых электротехнологий, аккумуляторов, топливных элементов и материалов в электрических вертолетах открывает новые возможности по улучшению экологии без использования обычного топлива и значительному снижению шума силовых установок в малой авиации.

Успешные демонстрационные полеты электрических вертолетов с аккумуляторами и топливными элементами знаменуют собой следующую веху в продолжающемся развитии технологий топливных элементов и новых типов аккумуляторов (литий-воздушных и др. с повышенной емкостью). В перспективе необходима разработка топливных элементов с удельной мощностью 1 кВт/кг и более.

В связи с указанным выше, имеются широкие перспективы развития и применения электрических вертолетов для энергосбережения и повышения эффективности кратковременных полетов в малой авиации.