Гибридный двигатель для беспилотных летательных аппаратов

Руководители компании Lowental Hybrid Дорон Фридман (слева) и Итай Ловенталь (справа) демонстрируют опытный БПЛА с двигательной установкой LH-01

Израильские компании Elbit Systems Ltd. и Lowental Hybrid Ltd. подписали договор о долгосрочном сотрудничестве. В соответствии с этим документом, они в течение следующих лет будут совместно развивать направление беспилотной авиации. Такое взаимодействие направлено на совершенствование силовых установок и на повышение основных лётных характеристик беспилотной техники. В первую очередь, речь идёт о внедрении гибридных систем семейства Native Parallel Hybrid.

Долгосрочное сотрудничество

Компания «Элбит Системз» является одним из основных предприятий израильского военно-промышленного комплекса. Она разрабатывает и производит широкую номенклатуру изделий разных классов и разного назначения, включая ряд БПЛА. В свою очередь, «Ловенталь Хайбрид» была основана в 2018 г. и занимается только созданием силовых установок для малых летательных аппаратов. Она предлагает заказчикам несколько гибридных систем под общим названием Native Parallel Hybrid (NPH).

В целом, две компании были заинтересованы в сотрудничестве. Так, Lowental Hybrid могла бы получить крупного заказчика, желающего приобретать значительные количества её изделий. Для Elbit Systems подобное сотрудничество означало доступ к перспективным технологиям и двигательным установкам.

В недавнем прошлом компании провели необходимые переговоры и определили условия сотрудничества. Результатом этого стал договор, подписанный несколько дней назад.


Изделие LH-01 с воздушным винтом
В соответствии с этим документом, две компании в течение следующих 10 лет будут вместе работать над развитием беспилотной авиации. «Элбит» хочет использовать имеющийся опыт и разрабатывать новые воздушные платформы. Двигатели для них будет выпускать и поставлять «Ловенталь».

Отмечается, что гибридные установки NPH позволят в разы улучшить экономичность БПЛА. Это резко повысит их ключевые характеристики, а именно дальность и продолжительность полёта. Такие двигатели могут использоваться как при модернизации существующих беспилотников, так и при разработке совершенно новых.

Две компании, по понятным причинам, пока не раскрывают все подробности будущего сотрудничества. Они не уточняют, какие двигатели будут поставляться компанией Lowental Hybrid, какие БПЛА собирается оснащать ими Elbit Systems и т.д. Также неизвестно, ограничатся ли компании существующими изделиями NPH или будут разрабатывать новые, соответствующие будущим беспилотникам.

Впрочем, отсутствие открытой информации не говорит об отсутствии реальных планов. Вероятно, две компании уже готовы их выполнять. Соответственно, первые БПЛА с гибридными двигателями могут выйти на испытания в самое ближайшее время. Учитывая специфику таких проектов и ожидаемые преимущества, можно ожидать, что Elbit и Lowental не станут затягивать со стартом рекламной кампании.


Установка LH-02

Параллельные гибриды

На данный момент в каталоге продукции компании Lowental Hybrid имеется четыре системы семейства Native Parallel Hybrid. Они построены по одной схеме и имеют общие принципы работы, но отличаются друг от друга размерами, мощностью и другими параметрами. Кроме того, установки предназначаются для летательных аппаратов разных весовых категорий с соответствующими требованиями к их мощности.

Все изделия NPH строятся на основе пространственной рамы из металлических профилей. Этот агрегат закрепляется на планере беспилотника-носителя. Менее крупные установки LH-01 и LH-02 имеют прямоугольные рамы с размещением части агрегатов внутри. Изделия с номерами «03» и «04» получают L-образную раму с несколько иной компоновкой.

Внутри рамы помещается двигатель внутреннего сгорания. В семействе NPH используются двухтактные одно- и двухцилиндровые моторы разной мощности. Непосредственно на цилиндре закрепляется глушитель, находящийся за пределами рамы. Вал двигателя выходит за переднюю часть рамы, и на нём устанавливается шкив ременной передачи.

Выше вала ДВС на раме (снаружи) находится ведомый шкив передачи, редуктор оригинальной разработки и соосный с ним электродвигатель, также имеющий функцию генератора. Как и в случае с бензиновыми двигателями, в разных модификациях установки применяются различные моторы с нужным уровнем характеристик. Вал редуктора / электродвигателя используется для установки воздушного винта.


Изделие LH-03
В состав гибридной установки входят аккумуляторные батареи требуемой ёмкости. Они размещаются в оптимальном месте внутри летательного аппарата. Также имеются преобразователи и средства управления.

Самая компактная и маломощная установка семейства, LH-01, весит всего 2,5 кг (без учёта баков и батарей). Она имеет ДВС мощностью 1,9 л.с. и электромотор на 3,69 л.с. Более крупная система LH-02 имеет массу 3,3 кг. В ней используется бензиновый двигатель мощностью 3,2 л.с. и электромотор на 4,82 л.с.

LH-03 отличается компоновкой и весит 4,65 кг. Используется ДВС на 4,55 л.с. и электродвигатель мощностью 9,86 л.с. Наиболее мощной в семействе является установка LH-04. Её бензиновый двигатель развивает мощность 8 л.с., а электромотор — 12,25 л.с. При этом масса достигает 6,1 кг.

Принципы работы

Принцип действия установки Native Parallel Hybrid достаточно прост. В зависимости от режима полёта и текущих требований, ДВС и электромотор работают вместе или по очереди. Каждый режим имеет свои особенности, но все вместе они позволяют улучшить ключевые характеристики БПЛА.

Так, бензиновый двигатель во время работы создаёт тягу и вместе с электродвигателем в режиме генератора заряжает аккумулятор. Если необходимо увеличить мощность установки, два двигателя работают вместе, и через редуктор их мощность выдаётся на винт. При этом электромотор получает энергию от батареи. Также возможно отключение ДВС и полный переход на электрическую тягу за счёт заряда аккумулятора.


LH-04 — самый мощный представитель семейства
Предполагается, что во время полёта такая двигательная установка должна попеременно работать на разных режимах. Переход между ними зависит от плана полёта, потребления энергии и других факторов. Оптимальное использование разных режимов позволяет сократить потребление топлива и улучшить энергетическую эффективность.

С достоинствами и недостатками

Компания Lowental Hybrid утверждает, что система NPH даёт беспилотнику-носителю особые возможности. Так, в сравнении с полностью электрической установкой, она увеличивает продолжительность полёта в 5 раз. В отличие от ДВС, гибридное изделие может работать практически бесшумно. Также такая установка совмещает в себе другие положительные качества бензиновых и электрических двигателей.

В то же время, изделия NPH не лишены недостатков. В первую очередь, они, как и любая другая гибридная система, сложнее простого ДВС или электрической установки. Кроме того, наличие двух двигателей и вспомогательных приборов увеличивает габариты и массу. При этом возникают дополнительные требования к совместимым воздушным платформам.

«Ловенталь Хайбрид» предлагает несколько вариантов установок NPH, однако все они имеют мощность не более 10-12 л.с. Это известным образом ограничивает круг БПЛА, которые могли бы оснащаться такими системами. Двигатели этого семейства могут применяться только на беспилотниках массой в десятки килограммов.


Тяжёлый разведывательный БПЛА Elbit Hermes 900. Технике такого класса пригодились бы установки NPH
Возможно, компания-разработчик планирует в будущем масштабировать имеющиеся технологии и создавать новые двигательные установки. Удастся ли ей выйти на уровень мощности в десятки лошадиных сил, пока неясно. Дальнейший рост мощности тоже под вопросом.

Очевидно, что гибридные установки от «Ловенталь» не являются универсальным средством для любых БПЛА. Их должны получать только те аппараты, которые смогут реализовать все характерные преимущества NPH и нивелировать их недостатки. Это должны быть средние БПЛА разведывательного или разведывательно-ударного назначения, предназначенные для длительных полётов на большие расстояния. Применение систем NPH в других категориях беспилотников нецелесообразно, хотя и нельзя исключать возможность их адаптации.

На ранних стадиях

По всей видимости, сейчас компании Elbit Systems и Lowental Hybrid вместе занимаются именно поиском подходящих воздушных платформ или формированием требований к новым типам такой техники. Затем появятся новые проекты, и в обозримом будущем на испытания выйдут перспективные БПЛА.

Две израильские компании собираются использовать новые технологии и наработки для получения выгодных контрактов. Это означает, что они не собираются затягивать разработку перспективных проектов, а также как можно скорее начнут рекламную кампанию. Возможно, первые результаты совместной работы будут представлены на одной из ближайших зарубежных выставок.

• Кирилл Рябов
• Lowental Hybrid, Elbit Systems