Elektromos repülőgépek - a repülés jövője vagy csak a Science Online illúziója
Elektromos repülőgépek - a repülés jövője vagy csak illúzió?
A repülés kezdetétől a repülőgépek szénalapú tüzelőanyagokat, például benzint vagy kerozint használnak. Súlyukhoz képest nagy mennyiségű energiát szolgáltatnak, ami azt jelenti, hogy elegendő energiát szolgáltatnak a világszerte közlekedő nagy kereskedelmi repülőgépekhez. A csökkenő olajkészletek és az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának korlátozása miatt a repülés jövője egy alternatív energiaforrás megtalálásán múlik. A villamos energia jelenti a megoldást erre a problémára?
Az első lépés "több elektromos repülőgép" kifejlesztése, azaz sugárhajtású repülőgépek kifejlesztése, amelyek maximalizálják a villamos energia felhasználását az összes többi repülőgép-rendszer számára. Az ötlet az üzemanyag-fogyasztás jelentős csökkentése a repülőgépek energiahatékonyságának javításával. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy csökkenteni kell a repülőgép tömegét és csökkenteni kell az ellenállást az aerodinamika javításával és a repülőgép szárnyának profiljának optimalizálásával a kevesebb üzemanyag felhasználása érdekében.
Mindezek a fejlesztések, amelyek csökkenthetik az üzemanyag-fogyasztást, nem elégek. A hatékonyabb repülőgépek eléréséhez jelentős, hosszabb távú megoldásokra van szükség.
Sok ilyen jellegű újítás jelent meg a katonai követelmények eredményeként. A sugárhajtóművet a második világháború idején fejlesztették ki. Így a hidegháborús szuperszonikus sebességű verseny eredményeként az amerikai légierő Chuck Yaeger először lépett át a hangkorláton a Bell X-1 kísérleti repülőgéppel. Az új technológiák fejlesztése révén jelentős előrelépés történt a repülőgépek teljesítménye és megbízhatósága terén. A kereskedelmi légi közlekedés részesült e technológiai fejlesztésekben, így a kontinentális légi közlekedés valósággá vált.
A Concorde a katonai technika nagy teljesítményű kereskedelmi repülőgépekké való átalakításának csúcspontján állt, de fenomenális teljesítménye ellenére a túlzott zajjal és szennyezettséggel kapcsolatos elégedetlenség sújtotta. A modern sugárhajtómű-alapú repülés folyamatosan szembesül ilyen környezeti problémákkal, és bár a katonaság nyilvánvalóan érdekelt a repülőgépek mielőbbi tervezésében, a hadsereg motivációja a zöld technológiák kifejlesztésére kevésbé nyilvánvaló. Éppen ezért valószínűleg másutt kell keresnünk a légi közlekedés következő jelentős újítását.
A Bell X1 volt az első szuperszonikus repülőgép a világon. A Concorde volt az egyetlen kereskedelmi repülőgép a világon. Hitel: amerikai légierő. Jobbra: Aero Icarus a Wikimedia Commonson keresztül
Az ég tisztítása?
A napelemes repülőgépek a közelmúltban hívták fel a szakemberek figyelmét a Solar Impulse projektre, amely napenergiával működő repülőgéppel próbálta megtenni az első járatot a világ körül. Noha a napenergia repülésben történő felhasználása érdekes technikai kihívást jelent, az utasok légi szállításához nem reális lehetőség. Mint látható, a Solar Impulse repülőgépnek nagyon nagy szárnyfesztávolságra van szüksége a napelemek által kifejlesztett alacsony teljesítmény miatt. Az így nyert teljesítmény csak a repülőgép és a pilóta jelentős távolságon történő szállításához elegendő.
Az akkumulátor töltöttsége az elektromos repülőgépek legfontosabb korlátozó tényezője. A repülőgépek általában hosszabb időt igényelnek a tankoláshoz, mint egy autó, ezért gyorsan és hatékonyan kell újratölteni őket. A sugárhajtású repülőgépek számára az üzemanyag-feltöltéshez körülbelül olyan időtartamra van szükség, amely megegyezik az elektromos repülőgéphez szükséges idővel, ezért ésszerű egy körülbelül 1 órás elektromos feltöltés. A kritikus probléma azonban az energia sűrűsége, vagyis az, hogy az akkumulátor mennyi energiát tárol el súlyához képest.
A jelenleg használt közönséges lítium-ion akkumulátorok maximális energiasűrűsége körülbelül 1 000 000 joule kilogrammonként, és bár néhány újabb kutatás azt mutatja, hogy nagyobb energiasűrűség érhető el, az ezekre a technológiákra épülő elemek még nem állnak rendelkezésre. kereskedelemben kapható. Kilomillió joule kilogrammonként soknak tűnhet. Azonban a repülőgép-üzemanyagra jellemző, kilogrammonként 43 millió joule energiasűrűséghez képest ez már nem tűnik magas értéknek. Az üzemanyagtartályok cseréje 43-szor nehezebb akkumulátorra nem életképes megoldás - nyilvánvalóan van egy fontos probléma a villamos energia tárolásával, amelyet meg kell oldani, mielőtt az elektromosság működtetheti a kereskedelmi repülőgépeket. nagy távolságokra.
Az elektromos légi szállítás jövője
Befejezésként beszélhetünk az elektromosságról, mint a kereskedelmi légi közlekedés hosszú távú jövőképéről? A nyilvánvaló technikai kihívások ellenére az E-Fan repülőgép Airbus prototípusát 2017-ig dobják piacra. Az E-Fan egy nagyon könnyű kétüléses repülőgép, amelyet két villanymotor hajt, és repülési sebessége és a kereskedelmi fuvarozók által igényeltnél jóval alacsonyabb szállítási kapacitás. azonban,
Az elkövetkező évtizedekben ezt a technológiát ki lehet terjeszteni a rövid távú repülőgépekre és az üzleti repülőgépekre is - különösen a légcsavaros repülőgépeket használó légi útvonalak esetében. Az Airbusnak középtávú tervei vannak egy ilyen, valószínűleg 60 utast szállító repülőgépre vonatkozóan - ami megfelelő megoldás lenne rövid távú járatokra.
Ezeknek a prototípusoknak a biztonsági és megbízhatósági követelményeit be kell bizonyítani, mielőtt az elektromos repülőgépeket átvehetik a kereskedelmi légitársaságok. Ahogy az elektromos autóknak több időre van szükségük ahhoz, hogy meggyőződjenek az autóipari piacról, az új repülőgépek megbízhatóságának megítélése jelentős hatással lesz az elektromos repülőgépek iránti fogyasztói bizalomra.
Ha az olyan prototípusok, mint az E-Fan elnyerik a közbizalmat, akkor ez "kritikus pontot" jelenthet a közlekedés bármely új formájában rejlő technikai kihívások leküzdésében, különösen a repülés területén, amelynek hagyománya a gyors innováció. Az új anyagok, az energiatárolás és a teljesítményelektronika technológiai fejlődése tiszta elektromos kereskedelmi repülőgépek megjelenésének lehetőségét kínálhatja a következő két évtizedben.