Исследование и оптимизация архитектуры гибридной силовой установки для регионального самолета на основе турбовального двигателя с регенерацией тепла

Авторы

Михайлов А. Е.^*, Михайлова А. Б.^**, Мураева М. А.^***, Еременко В. В.^****, Горюхин М. О.^*****, Красноперов Д. Г.^******

Уфимский государственный авиационный технический университет, УГАТУ, ул. К. Маркса, 12, Уфа, 450008, Республика Башкортостан, Россия

*e-mail: mikhailov.ugatu@gmail.com
**e-mail: alexandra11112007@yandex.ru
***e-mail: marija_muraeva@rambler.ru
****e-mail: v1ad.eremenko@yandex.ru
*****e-mail: terrorable2@yandex.com
******e-mail: daniil.k1999@mail.ru

Аннотация

Представлены результаты исследования силовых установок (СУ) различной архитектуры для регионального самолета DHC-8–100/200 – турбовального двигателя (ТВаД), ТВаД с регенерацией тепла (ТВаДр), гибридной силовой установки (ГСУ) на базе ТВаД и ГСУ на базе ТВаДр. Исследование и оптимизация архитектуры силовой установки проводятся на основе анализа характеристик по типовому полетному циклу при различных функциях цели. Для повышения топливной эффективности проведен выбор оптимальных параметров цикла силовых установок с различными комбинациями степеней регенерации тепла и гибридизации при различных дальностях полета. В ходе поисковых исследований были сформированы рекомендации по выбору архитектуры двигателя и его параметров в зависимости от дальности полета регионального самолета.

Ключевые слова:

гибридная силовая установка, турбовальный двигатель, двигатель с регенерацией тепла

Библиографический список

1. Aircraft technology roadmap to 2050. – IATA: Geneva, Switzerland, 2019. – 51 p.

2. Aerospace & Defense. 2011 Year in Review and 2012 Forecast. Issue 2, 2012. – PriceWaterHouseCoopers LLP. – 32 p.

3. The Sustainability of UK Aviation: Trends in the Mitigation of Noise and Emissions. – Peter Hind and RDC Aviation Ltd, 2016. – 68 p.

4. Madden P. CAEP Combustion Technology. Review Process and CAEP NOx Goals. Rolls-Royce, 2014.

5. ACARE: Flightpath 2050 – Europe’s Vision for Aviation. Report of the High Level Group on Aviation Research.- Luxembourg, 2011. – 28 p.

6. Бондаренко Д.А., Равикович Ю.А. Обоснование применимости гибридных силовых установок на летательных аппаратах различного типа и назначения // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 148–157. DOI: 10.34759/vst-2023-2-148-157

7. Варюхин А.Н., Захарченко В.С., Рахманкулов Д.Я. и др. Традиционные, гибридные и электрические силовые установки самолетов местных воздушных линий // Авиационные двигатели. 2022. № 1(14). С. 19–32. DOI: 10.54349/26586061_2022_1_19

8. Зиненков Ю.В., Луковников А.В. Концепция многодисциплинарного формирования предварительного технического облика силовых установок беспилотных летательных аппаратов военного назначения // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 3. С. 94–110. DOI: 10.34759/vst-2022-3-94-110

9. Wheeler P., Sirimanna T.S., Bozhko S. et al. Electric/hybrid-electric aircraft propulsion systems // Proceedings of the IEEE. 2021. Vol. 109. No. 6, pp. 1115-1127. DOI: 10.1109/JPROC.2021.3073291

10. Friedrich C., Robertson P.A. Design of hybrid-electric propulsion systems for light aircraft // 14th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations Conference (16-20 June 2014; Atlanta, GA). DOI: 10.2514/6.2014-3008

11. Habermann A., Kolb M.G., Maas P. et al. Study of a Regional Turboprop Aircraft with Electrically Assisted Turboshaft // Aerospace. 2023. Vol. 10. No. 6: 529. DOI: 10.3390/aerospace10060529

12. Омар Х.Х., Кузьмичёв В.С., Ткаченко А.Ю. Повышение эффективности авиационных двухконтурных турбореактивных двигателей за счёт применения рекуператора // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 4. С. 133–146. DOI: 10.34759/vst-2020-4-133-146

13. Осипов И.В., Ремчуков С.С. Малоразмерный газотурбинный двигатель со свободной турбиной и теплообменником системы регенерации тепла В классе мощности 200 л.с. // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 81–90.

14. Григорьев В.А., Кузьмичев В.С., Зрелов В.А. и др. Малоразмерные авиационные газотурбинные двигатели: Учебное пособие. – 2-е изд., доп. – Самара: Изд-во Самарского университета, 2022. – 452 с.

15. Anfossi J., Al-Zaili J., Samad T.E. et al. Performance Assessment of a Recuperated Turboshaft Engine: A Multifuel Case // ASME Turbo Expo 2022: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (13–17 June 2022; Rotterdam, Netherlands). DOI: 10.1115/GT2022-80455

16. Tacconi J., Visser W., MacNeill R. et al. Development of a multi-objective optimization tool for intercooled/recuperated turboprop engines for minimum SFC and engine weight // Joint Propulsion Conference (09-11 July 2018; Cincinnati, Ohio). DOI: 10.2514/6.2018-4656

17. Bombardier Dash 8-100/200, https://www.airlines-inform.ru/commercial-aircraft/dash-8q200.html

18. Aircraft Performance Database, https://contentzone.eurocontrol.int/aircraftperformance/details.aspx?ICAO=DH8D&NameFilter=dash

19. Омар О.Х.Х. Метод и средства оптимизации параметров рабочего процесса авиационных ГТД с регенерацией тепла: Дис. ... канд. техн. наук. – Самара: Самарский университет, 2021. – 147 с.

20. Bertrand P., Spierling T., Lents C.E. Parallel hybrid propulsion system for a regional turboprop: conceptual design and benefits analysis // AIAA Propulsion and Energy Forum (19-22 August 2019; Indianapolis, IN). DOI: 10.2514/6.2019-4466