Зубков Д.А., Новоселов Д.С., Андреева Т.А.
ПРИМЕНЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ *
Аннотация:
в данной работе рассматривается потенциал применения нетрадиционных источников электроэнергии в летательных аппаратах как средства повышения энергоэффективности и снижения экологического воздействия авиационной отрасли. Проведен анализ существующих и перспективных технологий нетрадиционных источников электроэнергии, применимых к летательным аппаратам, включая солнечные батареи, топливные элементы, термоэлектрические генераторы и пьезоэлектрические генераторы.
Ключевые слова:
летательный аппарат, нетрадиционный источник энергии, экологическое воздействие, энергоэффективность, авиационная отрасль
В условиях глобального перехода к устойчивым технологиям авиационная отрасль сталкивается с необходимостью сокращения выбросов углекислого газа и повышения энергоэффективности. Традиционные виды топлива, обеспечивающие высокую удельную энергию (около 33 кВт·ч/кг), постепенно уступают место нетрадиционным источникам электроэнергии, таким как солнечная энергия, водородные топливные элементы и системы рекуперации энергии. Настоящее исследование направлено на анализ применимости этих технологий в летательных аппаратах, оценку их преимуществ, ограничений и перспектив развития.Солнечная энергия, получаемая с помощью фотоэлектрических панелей, представляет собой возобновляемый источник с нулевыми выбросами. Она успешно применяется в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) и экспериментальных самолётах. Примером служит «Solar Impulse 2», совершивший в 2015–2016 годах кругосветный полёт за счёт 17 248 солнечных элементов, генерирующих до 340 кВт·ч в сутки. Аналогично, высотная платформа «Zephyr» от Airbus, использующая солнечные панели, установила рекорд длительности полёта (25 дней) на высоте до 20 км. Однако солнечная энергия ограничена низкой плотностью (150–200 Вт/м²), зависимостью от погодных условий и необходимостью большой площади для установки панелей. Перспективы связаны с разработкой лёгких панелей на основе перовскитов с КПД до 40% и интеграцией с системами хранения энергии, такими как литий-ионные или твердотельные батареи.Водородные топливные элементы, генерирующие электроэнергию путём реакции водорода с кислородом, предлагают высокую удельную энергию (до 1 кВт·ч/кг) и экологичность, производя воду как единственный побочный продукт. Прототипы, такие как четырёхместный самолёт «HY4» (дальность 1500 км) и разработки компании «ZeroAvia» для региональных самолётов на 19 мест, демонстрируют потенциал технологии. Испытания «ZeroAvia» в 2023 году подтверждают возможность коммерциализации к 2027 году. Основные ограничения связаны с высокой стоимостью производства и хранения водорода, а также необходимостью создания специализированной инфраструктуры. Развитие технологий производства "зелёного" водорода и гибридных систем может устранить эти барьеры.Системы рекуперации энергии, преобразующие кинетическую энергию (например, от воздушных потоков или торможения) в электричество, повышают энергоэффективность. Они применяются в гибридных самолётах, таких как «E-Fan X» от Airbus, и БПЛА с ветряными турбинами. Однако их вклад ограничен низкой мощностью и увеличением массы конструкции. Перспективы связаны с применением в городских аэромобилях (eVTOL) и разработкой более эффективных турбин. Дополнительно исследуются термоэлектрические генераторы, использующие тепло двигателей для питания бортовых систем, и пьезоэлектрические системы, генерирующие энергию из вибраций для сенсоров. Биотопливо, интегрированное с электрогенерацией, также рассматривается как перспективное направление для гибридных систем.Практическое применение нетрадиционных источников демонстрирует их потенциал. Сертифицированный электросамолёт «Pipistrel Velis Electro» использует литий-ионные батареи, заряжаемые от возобновляемых источников, для коротких полётов. Преимущества технологий включают снижение выбросов и шума, а также экономию на топливе. Однако низкая удельная мощность, высокая стоимость и необходимость новой инфраструктуры остаются ключевыми вызовами. Перспективы развития связаны с технологическими улучшениями, такими как повышение КПД солнечных панелей и компактное хранение водорода, а также с интеграцией искусственного интеллекта для оптимизации энергопотребления. Государственные программы, такие как «Clean Aviation», стимулируют исследования, а коммерциализация водородных и электрических самолётов для региональной авиации ожидается к 2030 году.Таблица 1. Доля выбросов СО2 в зависимости от типа воздушного судна. Рис. 1. Концепция полностью электрического самолета.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 1
Ссылка для цитирования:
Зубков Д.А., Новоселов Д.С., Андреева Т.А. ПРИМЕНЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ // Вестник науки №6 (87) том 1. С. 1685 - 1690. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23782 (дата обращения: 09.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+