Talaan ng mga Nilalaman:

Ang isang electric plane ba ay isang alternatibo sa modernong aviation?
Ang isang electric plane ba ay isang alternatibo sa modernong aviation?

Video: Ang isang electric plane ba ay isang alternatibo sa modernong aviation?

Video: Ang isang electric plane ba ay isang alternatibo sa modernong aviation?
Video: The $187 Billion Collapse Of China's HNA Group 2024, Marso
Anonim

Ang modernong gas turbine (turbofan) engine na nagtutulak sa mga liner ay, siyempre, hindi isang two-stroke rattler para sa mga tool sa paghahalaman, ngunit isang napakahusay at napaka maaasahang makina. Gayunpaman, ayon sa mga tagagawa ng sasakyang panghimpapawid, ito ay malapit sa nakakapagod na mga reserba para sa karagdagang pagpapabuti.

Bakit may mga makina - lahat ng mga airliner na nasa ilalim ng konstruksiyon ay magkatulad sa isa't isa na tanging isang dalubhasa sa aviation ang agad na makilala ang Boeing o Airbus mula sa Bombardier o MS-21. At kahit na walang kaunting pag-aalinlangan na ang mga modernong-type na airliner na may dalawang gas turbine engine sa ilalim ng mga pakpak ay magpapagulong sa atin sa kalangitan sa loob ng mga dekada, mataas na pag-asa para sa isang bagong layout at bagong aerodynamics ng sasakyang panghimpapawid ay nauugnay sa electric propulsion.

Mabilis, ngunit hindi nagtagal

Hanggang kamakailan, ang terminong "electric aircraft" ay naunawaan bilang isang "higit pang electric aircraft" - isang sasakyang panghimpapawid na may nakapirming pakpak, kung saan ang mekanikal at haydroliko na mga pagpapadala ay pinalitan sa maximum ng mga electric.

Wala nang mga tubo at kable - lahat ng mekanikal na gawain, tulad ng pagmamaneho ng mga timon at pagmechanize ng pakpak, ay ginagawa ng maliliit na electric motors-actuator, na binibigyan ng kapangyarihan at isang channel para sa control signal. Ngayon ang termino ay napuno ng isang bagong kahulugan: ang isang tunay na electric plane ay dapat mismo lumipat sa electric traksyon.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

Siyempre, ang mga prospect para sa electric aviation ay nakasalalay hindi lamang (at kahit na hindi gaanong) sa mga designer ng sasakyang panghimpapawid kundi sa pag-unlad sa larangan ng electrical engineering. Pagkatapos ng lahat, ang mga eroplano, tulad ng sinasabi nila, "sa mga baterya" ay umiiral. Ang mga auxiliary electric motor ay na-install sa mga glider ilang dekada na ang nakalipas.

Ang Extra 330LE, na unang lumipad noong 2016, ay nagdadala na ng mga glider at nagtatakda ng mga tala ng bilis. Ngunit ang bloke nito ng 14 na malalakas na baterya ng lithium-ion at isang de-koryenteng motor mula sa Siemens ay nagpapahintulot sa sanggol na ito na sumakay lamang ng dalawang tao, kabilang ang piloto, at manatili sa hangin nang hindi hihigit sa 20 minuto.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

Dagdag na 330LE

Siyempre, may mga proyekto na may mas kahanga-hangang mga tagapagpahiwatig. Noong Setyembre ng nakaraang taon, inihayag ng British low-cost airline na EasyJet na sa sampung taon ay maglulunsad ito ng all-electric regional liner (saklaw na 540 km, na medyo marami para sa mga intra-European flight) na may kapasidad na 180 pasahero.

Ang American startup na Wright Electric, na nakagawa na ng two-seat flying demonstrator, ay naging kasosyo sa proyekto. Gayunpaman, ngayon ang density ng enerhiya ng pinakamahusay na mga baterya ng lithium-ion ay higit pa sa isang order ng magnitude na mas mababa sa hydrocarbon fuels. Ipinapalagay na sa pamamagitan ng 2030 ang mga baterya ay mapapabuti ang kanilang pagganap sa maximum na dalawang beses.

Turbine, manatili

Ang sitwasyon sa mga fuel cell ay mukhang mas kapaki-pakinabang, kung saan ang kemikal na enerhiya ng gasolina ay direktang na-convert sa elektrikal na enerhiya, na lumalampas sa proseso ng pagkasunog.

Ang hydrogen ay itinuturing na ang pinaka-promising na gasolina para sa naturang mapagkukunan ng kuryente. Ang mga eksperimento sa mga fuel cell bilang pinagmumulan ng kuryente para sa isang electric plane ay isinasagawa sa iba't ibang bansa sa mundo (sa Russia, ang CIAM ay pangunahing nagtatrabaho sa mga proyekto upang lumikha ng naturang sasakyang panghimpapawid, at ang mga fuel cell para sa kanila ay nilikha sa IPCP RAS sa ilalim ng patnubay ni Propesor Yuri Dobrovolsky).

Mula sa mga konseptong lumilipad at pinapatakbo ng tao, maaalala ng isa ang European demonstrator na ENFICA-FC Rapid 200FC - ginamit nito ang parehong mga de-koryenteng baterya at fuel cell nang sabay. Ngunit ang teknolohiyang ito ay nangangailangan din ng makabuluhang pagpapabuti at karagdagang pananaliksik.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

Ang pinaka-makatotohanang mga prospect para sa ngayon ay tila ang mga prospect para sa electric aircraft na binuo ayon sa hybrid scheme. Nangangahulugan ito na ang propeller ng sasakyang panghimpapawid (propeller o propfan) ay itatakbo ng isang de-koryenteng motor, ngunit ito ay makakatanggap ng kuryente mula sa isang generator na pinaikot … ng isang gas turbine engine (o iba pang panloob na combustion engine). Sa unang sulyap, ang gayong pamamaraan ay tila kakaiba: gusto nilang iwanan ang GTE sa pabor sa de-koryenteng motor, ngunit hindi nila ito gagawin.

Mayroon nang ilang mga hybrid na proyekto sa mundo, ngunit kami ay pangunahing interesado sa Russia. Ang trabaho sa isang de-koryenteng eroplano, lalo na sa isang hybrid na pamamaraan, ay isinagawa sa iba't ibang mga institusyong pang-agham ng profile ng aviation, tulad ng TsAGI o TsIAM.

Ngayon, ang mga ito at ilang iba pang mga institusyon ay nagkakaisa (mula noong 2014) sa ilalim ng tangkilik ng Research Center na "Institute na pinangalanang N. Ye. Zhukovsky", na idinisenyo upang maging isang makapangyarihang "utak ng tiwala" ng industriya. Ang gawain ng pagsasama-sama ng lahat ng trabaho sa electric aviation sa loob ng sentro ay itinalaga kay Sergei Galperin, na sinipi na namin sa simula ng artikulo.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

Pag-alis ng baterya na pinapagana

"Ang paglipat sa mga de-koryenteng motor sa aviation ay nagbubukas ng maraming kawili-wiling mga prospect," sabi ni Sergei Halperin, "ngunit walang dahilan upang umasa sa paglikha ng isang komersyal na sasakyang panghimpapawid na may isang disenteng saklaw para sa mga kondisyon ng Russia sa purong kemikal na mapagkukunan ng enerhiya (mga baterya o fuel cell) sa malapit na hinaharap: ang potensyal ng enerhiya ay nag-iiba nang labis sa isang kilo ng kerosene at isang kilo ng mga baterya. Ang hybrid na disenyo ay maaaring isang makatwirang kompromiso. Dapat itong maunawaan na ang isang gas turbine engine na direktang lumilikha ng thrust at isang gas turbine engine na magse-set sa generator shaft sa paggalaw ay hindi sa lahat ng parehong bagay.

Ang katotohanan ay ang mga kinakailangan sa enerhiya ng sasakyang panghimpapawid ay nagbabago nang malaki sa panahon ng paglipad. Sa pag-alis, ang makina ng sasakyang panghimpapawid ay nagkakaroon ng lakas na malapit sa pinakamataas nito, at sa panahon ng cruising (iyon ay, para sa karamihan ng paglipad) ang konsumo ng kuryente ng sasakyang panghimpapawid ay nabawasan ng 5-6 na beses.

Kaya, ang isang tradisyunal na planta ng kuryente ay dapat na makapagpatakbo sa isang malawak na hanay ng mga mode (hindi palaging pinakamainam mula sa pang-ekonomiyang punto ng view) at mabilis na lumipat mula sa isa't isa. Walang ganoong uri ang kinakailangan mula sa isang gas turbine engine sa isang hybrid installation. Magiging katulad ito ng mga gas turbine ng mga power plant, na palaging gumagana sa parehong, pinaka-kapaki-pakinabang na mode sa ekonomiya. Ilang taon na silang nagtatrabaho nang walang tigil."

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

Ce-liner

Sa tulong ng isang generator, ang GTE ay makakabuo ng enerhiya para sa direktang supply ng kuryente ng mga de-koryenteng motor, pati na rin para sa paglikha ng isang reserba sa mga baterya. Kakailanganin ang tulong sa baterya sa pag-alis pa lamang.

Ngunit dahil ang pagpapatakbo ng mga de-koryenteng motor sa takeoff mode ay tatagal lamang ng ilang minuto, ang reserbang enerhiya ay hindi dapat masyadong malaki at ang mga bateryang nakasakay ay maaaring maging katanggap-tanggap sa laki at bigat. Kasabay nito, ang gas turbine engine ay hindi magkakaroon ng anumang take-off na rehimen - ang negosyo nito ay tahimik na makabuo ng kuryente.

Kaya, hindi tulad ng isang makina ng sasakyang panghimpapawid, ang isang gas turbine engine sa isang hybrid na sasakyang panghimpapawid na de-kuryente ay magiging hindi gaanong makapangyarihan, mas maaasahan at palakaibigan sa kapaligiran, mas simple sa disenyo, na nangangahulugang mas mura at, sa wakas, ay magkakaroon ng mas malaking mapagkukunan.

Humihip sa pakpak

Kasabay nito, ang paglipat sa mga de-koryenteng motor ay nagbubukas ng mga prospect para sa mga pangunahing pagbabago sa disenyo ng sibil na sasakyang panghimpapawid sa hinaharap. Isa sa mga pinaka-tinalakay na paksa ay ang paglikha ng mga distributed power plants.

Ngayon, ang klasikong liner na layout ay nagpapalagay ng dalawang punto ng thrust application, iyon ay, dalawa, bihirang apat, makapangyarihang mga makina na nakabitin sa mga pylon sa ilalim ng pakpak. Sa mga de-koryenteng eroplano, ang layout ng isang malaking bilang ng mga de-koryenteng motor sa kahabaan ng pakpak, pati na rin sa mga dulo nito, ay isinasaalang-alang. Bakit kailangan ito?

Ang punto ay muli sa pagkakaiba sa pagitan ng takeoff at cruise mode. Sa pag-alis sa mababang bilis ng daloy ng insidente, ang isang sasakyang panghimpapawid ay nangangailangan ng isang malaking wing area upang lumikha ng elevator. Sa bilis ng cruising, ang malawak na pakpak ay humahadlang, na lumilikha ng labis na pag-angat.

Ang problema ay nalutas dahil sa kumplikadong mekanisasyon - maaaring iurong flaps at slats. Ang mas maliit na sasakyang panghimpapawid, na lumilipad mula sa maliliit na airfield at may malalaking pakpak para dito, ay napipilitang mag-cruise na may sub-optimal na anggulo ng pag-atake, na humahantong sa karagdagang pagkonsumo ng gasolina.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

Ngunit, kung sa pag-alis ay maraming mga de-koryenteng motor na konektado sa mga propeller ang dagdag na hihipan ang pakpak, hindi ito kailangang gawing masyadong malapad. Ang eroplano ay aalis sa isang maikling pag-alis, at sa seksyon ng cruising, ang isang makitid na pakpak ay hindi lilikha ng mga problema. Ang sasakyan ay hihilahin pasulong ng mga propeller na pinapatakbo ng mga propulsion na motor, at ang mga propeller sa kahabaan ng pakpak sa yugtong ito ay tiklupin o iuurong bago lumapag.

Ang isang halimbawa ay ang X-57 Maxwell na proyekto ng NASA. Ang concept demonstrator ay nilagyan ng 14 na de-kuryenteng motor na nakaposisyon sa kahabaan ng pakpak at sa mga dulo ng pakpak. Lahat ng mga ito ay gumagana lamang sa panahon ng pag-alis at landing. Sa cruising section, tanging wing tip motor lang ang kasama.

Ang ganitong paglalagay ng mga motor ay nagbibigay-daan upang mabawasan ang negatibong impluwensya ng mga vortices na lumabas sa mga lugar na ito. Sa kabilang banda, ang planta ng kuryente ay lumalabas na kumplikado, na nangangahulugan na ito ay mas mahal upang mapanatili at ang posibilidad ng mga pagkabigo ay mas mataas din. Sa pangkalahatan, may dapat isipin ang mga siyentipiko at taga-disenyo.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

X-57 Maxwell

Makakatulong ang likidong nitrogen

"Ang isang electric plane ay nagbibigay ng maraming pagkakataon para sa pag-optimize," sabi ni Sergei Halperin. - Maaari kang mag-eksperimento, halimbawa, na may kumbinasyon ng mga pull at push screw. Ang mga de-koryenteng motor ay higit na kapaki-pakinabang kumpara sa mga makina ng turbine ng gas sa mga convertiplane, dahil ang ligtas na pag-ikot ng de-koryenteng motor sa isang pahalang na posisyon ay hindi nagpapakita ng isang kumplikadong problema sa engineering tulad ng sa kaso ng mga tradisyunal na makina.

Sa isang electric plane, maaari mong tiyakin ang buong integration ng lahat ng mga system, lumikha ng isang bagong control system. Kahit na ang mga hybrid na kotse ay magbubunga ng mas kaunting ingay at mga emisyon.

Tulad ng mga baterya, ang mga de-koryenteng motor ay tumataas sa masa, dami at pagkawala ng init habang tumataas ang kapangyarihan. Ang mga bagong teknolohiya ay kinakailangan upang gawing mas malakas at mas magaan ang mga ito.

Para sa mga domestic developer ng hybrid propulsion system, ang isang tunay na tagumpay ay ang pakikipagtulungan sa kumpanyang Ruso na SuperOx, isa sa limang pinakamalaking supplier ng mga materyales na may mga katangian ng high-temperature superconductivity (HTSC) sa mundo. Ngayon, ang SuperOx ay gumagawa ng mga de-kuryenteng motor na may stator na gawa sa mga superconducting na materyales (pinalamig ng likidong nitrogen).

Ang mga makinang ito na may magagandang katangian sa paglipad ay magiging batayan ng isang hybrid na planta ng kuryente para sa isang panrehiyong sasakyang panghimpapawid, na maaaring umabot sa himpapawid sa kalagitnaan ng susunod na dekada. Sa taong ito, sa palabas sa hangin ng MAKS, ipinakita ng mga espesyalista ng CIAM ang isang demonstrator ng naturang pag-install na may kapasidad na 10 kW. Ang nakaplanong sasakyang panghimpapawid ay nilagyan ng hybrid power plant na may dalawang 500 kW engine bawat isa.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

"Bago pag-usapan ang tungkol sa isang hybrid na electric aircraft," sabi ni Halperin, "kinakailangang subukan ang aming pag-install sa lupa at pagkatapos ay sa isang lumilipad na laboratoryo. Inaasahan namin na ito ang magiging Yak-40. Sa halip na radar, maaari tayong maglagay ng 500-kilowatt HTSC electric motor sa ilong ng kotse.

Mag-i-install kami ng turbo generator sa buntot sa halip na sa gitnang makina. Ang dalawang natitirang Yak engine ay sapat na upang subukan ang aming brainchild sa isang malawak na hanay ng taas (hanggang sa 8000 m) at bilis (hanggang sa 500 km / h). At kahit na mabigo ang hybrid installation, ligtas na makukumpleto ng eroplano ang paglipad at paglapag. Ang laboratoryo ng demonstrasyon ay magiging gamit ayon sa plano sa 2019. Ang ikot ng pagsubok ay pansamantalang nakaiskedyul para sa 2020.

Matalinong kalangitan

Ang electric at hybrid na propulsion ay sumasakop sa isang mahalagang lugar sa mga plano ng pinakamalaking tagagawa ng sasakyang panghimpapawid sa mundo. Ganito ang hitsura ng mga pangunahing tampok ng pampasaherong aviation sa kalagitnaan ng siglong ito ayon sa programa ng Smarter Skies ng kumpanya ng AIRBUS.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

"Berde" na paglipad

Ang sasakyang panghimpapawid ng hinaharap ay idinisenyo upang mabawasan ang hydrocarbon footprint sa atmospera. Ang mga hydrogen gas turbine engine, hybrid at all-electric na sasakyang panghimpapawid na pinapagana ng baterya ay magiging popular.

Ito ay ipinapalagay na ang mga baterya ay recharged mula sa kapaligiran friendly na mga mapagkukunan ng kuryente. Posible ang hitsura ng malalaking wind farm o solar power plant sa lugar ng mga paliparan.

Kalayaan sa langit

Ang mga matalinong liner ay independiyenteng magplano ng mga ruta batay sa pagiging magiliw sa kapaligiran at mga parameter ng kahusayan ng gasolina batay sa pagsusuri ng data ng lagay ng panahon at atmospera. Magagawa rin nilang magtipon sa mga pormasyon tulad ng mga kawan ng mga ibon, na magbabawas ng drag para sa indibidwal na sasakyang panghimpapawid sa pagbuo at mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya para sa paglipad.

De-kuryenteng eroplano
De-kuryenteng eroplano

Sa halip mula sa lupa

Ang mga bagong propulsion system at aircraft aerodynamics ay magbibigay-daan sa kanila na lumipad kasama ang pinakamatarik na posibleng trajectory upang mabawasan ang ingay sa lugar ng paliparan at maabot ang antas ng cruising sa lalong madaling panahon, kung saan ang sasakyang panghimpapawid ay nagpapakita ng pinakamainam na katangiang pang-ekonomiya.

Landing nang walang makina

Ang mga eroplano ng hinaharap ay makakapag-land sa isang gliding mode. Makakatipid ito ng gasolina at mabawasan ang antas ng ingay sa lugar ng paliparan. Ang bilis ng landing ay bababa din. Ito ay magpapaikli sa haba ng mga runway.

Walang tambutso

Ang mga paliparan sa hinaharap ay ganap na aalisin ang paggamit ng mga panloob na makina ng pagkasunog na nagsusunog ng gasolina. Para sa taxi, ang mga liner ay nilagyan ng mga gulong ng de-kuryenteng motor. Bilang isang kahalili - high-speed unmanned electric tractors, na magagawang mabilis na maghatid ng sasakyang panghimpapawid mula sa apron patungo sa runway at vice versa.

Inirerekumendang: