ВТСП для авиации
2007, Tом 4, выпуск 5
Тематика: ВТСП устройства
В последние годы устройства на основе ВТСП материалов находят своё место во многих отраслях промышленности. Новая область, в которой сверхпроводники, вероятно, смогут занять достойное положение – авиастроение.
Рис. 1. Схема электрического привода для самолёта.
В частности, использование ВТСП хорошо вписывается в красивую концепцию о создании самолётов с электрическим приводом, работающим от экологически чистых топливных элементов, либо, что более реалистично, работающих по схеме: газовая турбина - генератор – электродвигатель (рис. 1, 2). Электрические самолеты, несомненно, явились бы значительным скачком в авиастроении, и в научной периодике начинают всё чаще возникать работы, касающиеся различных аспектов применения сверхпроводников в этой области [1-5]. Электрическая тяга имела бы много преимуществ по сравнению с традиционными технологиями – лучшая управляемость, более высокий КПД, снижение затрат на техническое обслуживание. Однако, исторически, электрическая энергия была достаточно далека от неба. Современные электродвигатели обладают достаточной мощностью и крутящим моментом для авиационных применений, однако связка генератор + электродвигатель получается слишком тяжелой и громоздкой, чтобы ее можно было поставить на самолет. Использование сверхпроводящих материалов позволит существенно уменьшить массогабаритные характеристики электрических машин, а это, в свою очередь, поднимет мощные электрические силовые установки в небо.
Одним из основных стимулов к созданию электрических самолётов является обеспокоенность общественности загрязнением окружающей среды. Выбросы углекислоты представляют очевидную угрозу для экологии. Так как около 30% вредных выбросов в атмосферу происходит в результате сжигания топлива в двигателях различных транспортных средств: машин, тепловозов, самолетов и морских судов, то поиски новых технологий, способных уменьшить потребление ископаемого топлива транспортом, представляются весьма актуальными. Электрические самолёты, будут более безопасны для окружающей среды, в силу меньшего потребления углеводородного топлива. Кроме того, переход на электрический привод способен существенно снизить шум от работы двигателей, что стало серьезной проблемой: ”рёв” современных авиамоторов некомфортен как для пассажиров, так и для населения и фауны прилегающих к аэропорту территорий.
Рис. 2. Турбовентиляторный двигатель и электрический вентилятор
Может возникнуть вопрос о том, откуда самолёту брать электроэнергию. В качестве источника энергии может выступать работающая на водороде газовая турбина, приводящая в движение генератор или топливные элементы, высокий КПД которых позволит увеличить дальность полета без дозаправок.
Экономически оправданным способом хранения топлива на борту будут криогенные баки с водородом, в которых он хранится в жидком виде. Так как температура жидкого водорода составляет около 20 K, то его присутствие на борту позволит выполнять сразу две задачи: помимо получения электроэнергии жидкий водород может использоваться и как хладагент устройств на основе ВТСП или MgB2.
Предложенные рядом разработчиков модели ВТСП привода [2-4], несомненно, потребуют значительных усовершенствований до начала их установки на самолёты. Особенно остро возникнут вопросы, связанные с надежностью систем криогенного обеспечения, возможные способы их разрешения предложены в [5]. Но можно смело надеяться, что все препятствия будут успешно преодолены с развитием сверхпроводниковых и криогенных технологий.
- P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 15, 2218 (2005).
- P.J. Masson et al., Supercond. Sci. Technol., 20, 748 (2007).
- P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 17, 1533 (2007).
- P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 17, 1579 (2007).
- P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 17, 1619 (2007).