Водородная авиация споткнулась о проблему охлаждения — облик «зелёных» самолётов придётся пересмотреть

Экологически чистые самолёты на водородных топливных ячейках упёрлись в проблему охлаждения ячеек и силовых агрегатов. С двигателями на реактивном топливе таких трудностей нет, но водород потребовал создать в самолёте мощную систему отвода тепла, что скажется на внешнем виде летательных аппаратов. Этим вопросом вплотную занялись компании TAT Technologies и Beyond Aero в проекте бизнес-самолёта One на шесть пассажиров и дальностью 1500 км.

Основой силовой установки самолёта станет низкотемпературный топливный PEM-элемент (proton exchange membrane), в котором водород соединяется с кислородом из воздуха с образованием электричества и воды. Однако высокая эффективность топливных элементов создала инженерную проблему: даже при КПД значительно выше, чем у тепловых двигателей, большая часть оставшейся энергии превращается в тепло. По оценке Beyond Aero, для системы мощностью около 1 МВт потребуется рассеивать тепловую мощность сопоставимого порядка. У обычного реактивного двигателя часть тепла уходит вместе с горячими газами, а у электрического самолёта придётся создавать отдельную систему охлаждения.

Именно система терморегулирования стала одним из наиболее сложных элементов проекта. Топливным элементам необходимы крупные теплообменники и интенсивный поток воздуха, но большие воздухозаборники увеличат аэродинамическое сопротивление и снизят дальность полёта. Поэтому система охлаждения должна стать неотъемлемой частью конструкции самолёта с минимальным влиянием на его аэродинамику. Дополнительной сложностью также стало обеспечение подачи достаточного количества кислорода к топливным элементам на высоте, где плотность воздуха ниже, что потребовало размещения мощных компрессоров.

В конструкции самолёта One разработчик уже на раннем этапе проектирования отказался от жидкого водорода и выбрал газообразный водород, который будет храниться в баллонах под давлением 700 атмосфер. Такой вариант проще с точки зрения инфраструктуры аэропорта и сертификации, хотя требует массивных баков, вынесенных далеко за корпус воздушного судна, что также повлияет на формирование облика водородных самолётов. В данном проекте баки размещены над крылом, как и два электрических двигателя с винтами.

Добавим, проект завершил этап предварительного проектирования (Preliminary Design Review) и перешёл к детальной разработке и подготовке к сертификации по требованиям EASA и FAA.