Расчет перспективной силовой установки аэротакси конвертопланной схемы

Авторы

Васильков Н. Д.^1*, Иванов Н. С.^2**, Карпович Е. А.^3***

1. Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия
2. Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия
3. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: vasilkovnd@nrczh.ru
**e-mail: ivanovniks@mpei.ru
***e-mail: karpovichea@mai.ru

Аннотация

Представлен расчет мощностных и массогабаритных характеристик силовых установок различных схем для летательного аппарата вертикального взлета и посадки ‒ аэротакси конвертопланной схемы массой 2500 кг, обеспечивающего перелет на расстояние до 600 км со скоростью 500 км/ч. Рассмотрено пять различных схем силовых установок, включая электрическую с энергоузлом на водородных топливных элементах, а также параллельные и последовательные схемы гибридной силовой установки на основе одного или двух газотурбинных двигателей. Приведено описание методик расчета как самóй перспективной силовой установки, так и отдельно воздушных винтов.

Ключевые слова:

летательный аппарат вертикального взлета и посадки, аэротакси конвертопланной схемы, гибридная силовая установка, водородный топливный элемент, модель регрессии для оценки характеристик воздушного винта

Список источников

1.  Joby Technology, https://www.jobyaviation.com/technology/ 
2.  Мясников М.И., Ильин И.Р. Основные принципы построения структуры и алгоритмов систем управления конвертопланов // Научный вестник МГТУ ГА. 2024. Т. 27. № 5. С. 70-89. DOI: 10.26467/2079-0619-2024-27-5-70-89
3.  Указ Президента Российской Федерации от 07.05.2024 № 309 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года». 2024. 
4.  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
5.  Ludowicy J, Ratei P, de Graaf S. Comparison of Energy Sources for an Electric Powertrain in a Tilt-Rotor Urban Air Mobility Vehicle. Engineering Proceedings. 2025;90(1):69. DOI: 10.3390/engproc2025090069
6.  Редькин А.В., Ялоза Ю.А., Ковалев И.Е. Оценка надежности конвертируемого летательного аппарата с гибридной силовой установкой и многовинтовой несущей системой // Научный вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23. № 5. С. 76-96. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-5-76-96
7.  Набиев Р.Н., Абдуллаев А.А., Гараев Г.И. Разработка концептуальной функциональной схемы беспилотного конвертоплана с гибридным источником энергии // Авиакосмическое приборостроение. 2021. № 5. С. 3-18. DOI: 10.25791/aviakosmos.5.2021.1217
8.  Roiati R, Rice T, Steinfeldt B, et al. Performance Analysis of a High-Speed Tiltrotor Aircraft Featuring VerdeGo Aero’s VH-5 Hybrid-Electric Turbofan Engine. Vertical Flight Society's 80th Annual Forum & Technology Display (May 7-9, 2024; Montréal, Quebec, Canada). DOI: 10.4050/F-0080-2024-1235
9.  Yanev RY,  Staack I. Framework Development for Conceptual Design and Configuration Analysis of eVTOL Aircraft.  34th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (September 9-13, 2024; Florence, Italy). ICAS2024_0557.
10.  Sobiesiak LA, Fortier-Topping H, Beaudette D, et al. Modelling and Control of Transition Flight of an eVTOL Tandem Tilt-Wing Aircraft. 8th European Conference for Aeronautics and Aerospace Sciences (EUCASS; July 1-4, 2019; Madrid, Spain). DOI: 10.13009/EUCASS2019-137
11.  Tallerico T. Genetic Optimization of Planetary Gearboxes Based on Analytical Gearing Equations. NASA/TM-20220008843, 2022.
12.  Васильков Н.Д., Калитка В.С., Иванов Н.С. База данных современных электродвигателей и исследование зависимостей их удельной мощности и крутящего момента от выходных параметров // Электротехника. 2026. № 1. С. 21-30.
13.  Вавилов В.Е., Калитка В.С., Васильков Н.Д. и др. Тенденции и перспективы развития электромеханический преобразователей энергии и блоков силовой электроники для летательных аппаратов с электрической и гибридной силовой установкой // Электротехника. 2025. № 12. С. 27-33. DOI: 10.53891/00135860-2025-12-27-33
14.  Xue Yi, Alnajideen M, Navaratne R. Evolution of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Technology for Aviation Applications: A Review. Energy & Fuels. 2025(39):22839-22887.
15.  Knehr KW, Kubal JJ, Deva A, et al. From Material Properties to Device Metrics: a Data-Driven Guide to Battery Design. Energy Advances. 2023(2):1326-1350. DOI: 10.1039/d3ya00137g
16.  Васильков Н.Д., Калитка В.С., Козлов А.Л. Расчет силовой установки летательного аппарата вертикального взлета и посадки для межрегиональной перевозки грузов и пассажиров // Авиационные двигатели. 2025. № 2(27). С. 17-26.
17.  Мясников М.И., Ильин И.Р. Математическая модель динамики полета конвертируемого винтокрылого летательного аппарата с системой автоматического управления // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 3. С. 187-200. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=176944
18.  Зиненков Ю.В., Федотов М.М., Разносчиков В.В. и др. Подход к математическому моделированию воздушного винта самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 140–149. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177615
19.  Plencher RM, Senty P, Wickenheiser TJ. Propeller Performance and Weight Predictions Appended to the Navy/NASA Engine Program. Report Number: NASA-TM-83458, 1983.
20.  Gerr D.  Propeller Handbook: The Complete Reference for Choosing, Installing and Understanding Boat Propeller. Camden: IMP. 2001. 176 p.
21.  Бондаренко Д.А., Равикович Ю.А. Влияние применения гибридных силовых установок на летно-технические и эксплуатационные характеристики легких вертолетов // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 174-182. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=179119