• Găuri negre
  • Inginerie
  • Tehnologia mediului
  • Tehnologia Viitoare
  • Descoperiri științifice
  • Spaţiu
  • Securitate
  • Găuri negre
  • Inginerie
  • Tehnologia mediului
  • Tehnologia Viitoare
  • Descoperiri științifice
  • Spaţiu
  • Securitate

electrice

Brooks McKinney

8 iulie 2020

Avioanele electrice promit mai curate, mai liniștite călătoriile aeriene regionale

Potrivit Agenției pentru Protecția Mediului, avioanele reprezintă aproximativ 12% din S.U.A. emisiilor de transport și aproximativ 3% din producția totală de gaze cu efect de seră a națiunii. În 2018, aviația a contribuit cu 2,4% din emisiile de CO2 generate de om la nivel mondial. Atunci, în interesul inversării schimbărilor climatice, ce se poate face pentru a reduce poluarea aerului prin înlocuirea aeronavelor cu combustibil de reacție cu avioane electrice cu emisii reduse sau zero? Ce noi tehnologii vor fi necesare pentru a efectua această schimbare și cât timp ar putea dura?

Ieșirea de la sol

Ideea avioanelor electrice nu este nouă.

În octombrie 1973, un producător austriac de 23 de ani, Heino Brditschka, a devenit prima persoană care a pilotat un avion electric, o versiune modificată a unui planor HB-2. Aeronavele Solar Impulse II, construite în Elveția, cu energie electrică și solară, au circulat pe glob pe parcursul a 16 luni în 2015-16. Și din 2010, producătorul de aeronave Airbus a dezvoltat și a zburat o serie de aeronave demonstrative complet electrice.

Dar legile fizicii rămân o provocare descurajantă pentru toți cei care iau această nouă formă de aviație mai curată și mai liniștită.

"Pentru un avion electric, primele trei priorități sunt greutatea, greutatea și greutatea", a spus Cory Combs, cofondator și director tehnologic al Ampaire, Inc. din Los Angeles. „Trebuie să-și cheltuiască multă energie doar păstrându-se în aer”.

El a explicat că provocarea fundamentală este că un avion electric trebuie să poarte suficientă baterie pentru a-i permite să decoleze transportând o sarcină utilă nominală de pasageri sau marfă, să zboare cu o viteză rezonabilă, apoi să parcurgă o distanță suficientă, în mod obișnuit 100 de mile, până la faceți-l viabil din punct de vedere comercial. Dacă pachetele sale de baterii devin prea mari sau prea grele, aeronava va avea o capacitate limitată de a transporta pasageri și mărfuri.

Această cerință energetică este exacerbată, a adăugat Combs, prin cerința Administrației Aviației Federale (FAA), conform căreia toate aeronavele trebuie să transporte cel puțin 45 de minute de combustibil de rezervă, suficient pentru a se îndrepta către un alt aeroport sau pentru a încerca o altă încercare de aterizare.

Stabilirea contactului cu realitatea

„Bateriile cu ioni de litiu (Li) sunt tehnologia actuală de energie stocată de ultimă generație pentru aviație”, a spus Dr. Ajay Misra, director adjunct, Direcția Cercetare și Inginerie, Centrul de Cercetare Glenn al NASA, „același tip de tehnologie utilizată în telefoanele mobile și mașinile electrice”.

Pentru aviație, a adăugat Misra, măsura relevantă a adecvării bateriei se numește energie specifică pachetului, denumită și densitate de energie gravimetrică a pachetului. Un pachet conține mii de celule ale bateriei. Unitățile de energie specifice pachetului sunt watt-ore pe kilogram (Wh/kg).

Potrivit Misra, pachetul specific de energie al celor mai utilizate baterii Li-ion astăzi este de aproximativ 150 până la 170 Wh/kg. În schimb, energia specifică a combustibilului pentru avioane este de aproape 12.000 Wh/kg, sau de aproximativ 70 până la 80 de ori mai multă energie decât bateriile Li-ion.

Punerea propulsiei mai întâi

Potrivit lui Roei Ganzarski, CEO al magniX, un producător de motoare electrice din Redmond, Washington, totuși, aviația electrică se confruntă cu o situație de pui/ou.

„Nu veți obține baterii pentru aviație decât dacă există un avion electric care are nevoie de ele”, a explicat el. „Și nimeni nu va proiecta și construi un avion electric decât dacă există un sistem electric de propulsie care poate alimenta avionul.”

De aceea, Ganzarski consideră că propulsia electrică va conduce la așa-numita a treia revoluție în aviație, la fel cum motorul cu piston derivat din automobile folosit de Wright Flyer a lansat prima revoluție și apariția motorului cu reacție a inaugurat cea de-a doua.

Pentru a susține această idee, magniX lucrează cu Harbour Air, o companie aeriană regională, cu sediul în Vancouver, B.C., pentru modernizarea mai multor tipuri de hidroavioane cu sisteme de propulsie electrică. În dec. În 2019, cele două companii au efectuat primul zbor al primului avion comercial complet electric din lume, un castor de cinci pasageri de la Havilland Canada DHC-2 Beaver propulsat de sistemul Magni500 560kW al magniX.

Navigarea în procesul de certificare

În lunile următoare, magniX va căuta certificarea FAA a motorului său Magni500, în timp ce Harbor Air speră să obțină certificarea pentru DHC-2 Beaver. În cele din urmă, compania charter aeriană speră să electrizeze întreaga sa flotă de aproximativ 40 de hidroavioane.

Regulamentele actuale ale FAA, adoptate în 2017, permit certificarea avioanelor electrice care cântăresc 19.000 de lire sterline sau mai puțin, cu 19 sau mai puține locuri pentru pasageri.

După cum vede Ganzarski, adaptarea aeronavelor existente, certificate anterior, cu noi sisteme de propulsie electrică este o modalitate mai rapidă și mai puțin costisitoare de a reduce poluarea aerului prin aviație electrică decât de a construi avioane electrice de la zero.

„FAA îl cunoaște deja pe de Havilland Beaver”, a spus el. „Nu există nimic„ nou ”în această aeronavă decât acum că va fi alimentată electric.”

Dezavantajul electrificării hidroavioanelor mai vechi, recunoaște Ganzarski, este că nu vor avea gama aeronavelor originale, care au fost proiectate cu motoare mari și grele pe partea din față. Hidroavioanele tradiționale pot transporta, de asemenea, combustibil cu densitate mare de energie în aripi și nu trebuie să facă loc pentru o mulțime de baterii grele.

Cea de-a doua cale către magniX pe piața avioanelor electrice, a explicat Ganzarski, este de a furniza motoare electrice OEM-urilor de avioane, cum ar fi Aviation Aircraft, cu sediul în Israel. Eviation dezvoltă un nou jet de navetă complet electric, numit Alice de la zero. Avionul aerodinamic, cu nouă pasageri, care a fost conceput pentru a profita din plin de motoarele sale electrice magni250, are o gamă publicitară de 540 mile marine sau aproximativ 620 mile statutare.

Compensația pentru clienții care speră să obțină un avion electric mai nou, cu performanțe superioare, a recomandat Ganzarksi, este că astfel de avioane vor veni cu timpi de certificare FAA mai lungi și etichete de preț mai mari decât modernizările.

Dând aripi lui Hybrid Electric

Soluția Ampaire la dilema greutate/distanță a avioanelor electrice este ceea ce ei numesc un sistem de propulsie hibrid-electric paralel. Include atât un motor convențional cu ardere internă, cât și un motor electric cu un acumulator scalabil.

În comparație cu aeronavele convenționale cu combustibil cu reacție, explică Combs, această abordare promite să reducă consumul de combustibil (50-70%), costurile de întreținere (aproximativ 25%), poluarea aerului și zgomotul la decolare.

"Credem că scăderea dramatică a costurilor de operare și a nivelurilor de zgomot asociate cu propulsia hibrid-electrică ar putea duce, de asemenea, la revitalizarea călătoriilor aeriene regionale", a spus el. Folosind aeronave hibride-electrice, calculează el, companiile aeriene ar putea oferi servicii de transport de mărfuri și de pasageri mai puțin costisitoare și mai frecvente între aeroporturile regionale mai mici.

De exemplu, Combs indică primul produs comercial al Ampaire, Electric EEL, un Cessna 337 Skymaster cu șase locuri modernizat cu sistemul hibrid-electric al companiei. Electric Eel a zburat pentru prima dată în mai 2019. În 2020, Ampaire intenționează să desfășoare demonstrații de zbor ale EEL în Hawaii, în colaborare cu Mokulele Airlines, urmărind o rută comercială de 31 de mile care zboară în prezent pe Maui de către transportatorul regional. Ampaire speră să obțină certificarea FAA pentru EEL în 2021.

Satisfacerea obiectivelor de siguranță, de mediu

Avioanele hibrid-electrice, a subliniat Combs, vor îndeplini așteptările de performanță, siguranță și mediu ale călătorilor aerieni comerciali.

De obicei, folosim puterea bateriei pentru taxi, o combinație între puterea motorului și puterea bateriei pentru decolare (pentru a se potrivi performanțelor la decolare ale aeronavelor actuale), iar atunci când am atins suficientă altitudine, putem rula motorul pe combustibil și putem zbura electric ”. El a spus. „Deci, pentru traseele scurte de hamei, putem zbura în esență toate electricele”.

Pentru rute mai lungi, a adăugat Combs, aeronavele hibrid-electrice împart puterea între motor și motorul electric; traseele mai lungi necesită mai multă putere a motorului și mai puțină energie electrică, dar dimensiunea bateriei rămâne aceeași.

„Scopul este să folosiți întotdeauna bateria, deoarece aceasta este cea mai ieftină, cea mai eficientă și cea mai ecologică formă de energie”, a spus el. „Motorul pe combustibil servește drept rezervă de urgență sau furnizează energie pentru acea deplasare suplimentară.”

În plus față de activitatea sa pe EEL electric, Ampaire modernizează și avioane de pasageri cu nouă și 19 locuri cu sisteme de propulsie electrică hibridă

Cu fața la anodul în față

În viitorul previzibil, explică Misra de la NASA, bateriile Li-ion vor rămâne tehnologia energiei stocate pentru avioanele electrice.

„Odată cu creșterea incrementală a chimiei bateriei Li-ion, energia specifică a ambalajului său ar putea crește cu încă 20-30 la sută, ajungând probabil la 200-220 Wh/kg”, a spus el. „Chimii mai avansate ale bateriilor, cum ar fi cele care utilizează anodi de siliciu sau litiu metalici (comparativ cu anodul de grafit utilizat de majoritatea bateriilor Li-ion în prezent) pot ajunge la 300, chiar și 400 Wh/kg, dacă avem noroc.”

El crede că aceste niveluri specifice de energie ar putea permite introducerea unor avioane regionale complet electrice capabile să transporte 10-20 de pasageri sau avioane puțin mai mari (50-70 de pasageri) alimentate de sisteme de propulsie hibrid-electrice.

Instruirea viitorului

Centennial, cu sediul în Colorado, Bye Aerospace a adoptat o abordare diferită pentru a potrivi maturitatea tehnologiei bateriilor cu nevoile piețelor generale de aviație. Compania dezvoltă un avion de antrenament cu două locuri, alimentat cu Li-ion, numit eFlyer 2.

„În următorii 20 de ani, industria aeriană se așteaptă la o creștere de cinci ori a cererii de piloți comerciali de la cei 155.000 de astfel de piloți care zboară astăzi”, a explicat fondatorul și CEO-ul Bye Aerospace, George E. Bye. „Ne răspundem acestei nevoi dezvoltând un avion trainer care este de cinci ori mai puțin costisitor de operat decât trainerii cu două locuri în serviciu astăzi. Și nu produce poluare a aerului și nici zgomot folosind tehnologia modernă. ”

Costul de funcționare mai scăzut al eFlyer 2 este deosebit de important pentru piloții aspiranți, a adăugat el, deoarece costul de a deveni pilot în prezent rivalizează cu cel de a deveni medic sau avocat.

Calitățile de zbor și rezistența eFlyer 2 (aproximativ 3 ore), a susținut Bye, se aliniază bine și cu programa de formare în zbor și cu capacitățile de învățare ale majorității oamenilor.

"Noii piloți fac în mare parte decolări, aterizări și poate câteva manevre recomandate de instructorul lor", a spus el. „Cercetările au arătat că după aproximativ o oră, poate ceva mai mult, capacitatea lor de a învăța este mult diminuată. Credem că eFlyer 2 și tehnologia sa de propulsie electrică sunt o potrivire excelentă pentru acea curbă de învățare. ”

Bye Aerospace dezvoltă, de asemenea, mai multe versiuni cu patru locuri ale eFlyer, cunoscute sub numele de eFlyer 4 și respectiv eFlyer X, a adăugat Bye.

Conectarea

Deci, cât de curând ne putem aștepta ca avioanele electrice să devină o parte omniprezentă a vieții noastre și să înceapă să schimbe valul schimbărilor climatice?

„În 10 ani, probabil vom vedea avioane regionale hibrid-electrice capabile să zboare 500 de mile”, a proiectat Misra. „Cu toate acestea, avioanele de pasageri mai mari, electrice, precum 737, nu sunt probabil până în 2040, deoarece vor fi necesare progrese semnificative în tehnologia bateriilor.”

Dacă sunteți gata să dați aripi carierei dvs. cu tehnologiile secolului 21, consultați oportunitățile de carieră Northrop Grumman.

Popular