Kiedyś żart, samoloty na baterie zbliżają się do rzeczywistości

W zeszłym miesiącu Siemens oraz EADS zademonstrował nowy pojazd gazowo-elektryczny, który może przewozić dwie osoby i ich bagaż 900 kilometrów – mniej więcej odległość z Nowego Jorku do Detroit – między tankowaniem a doładowaniem. Prototyp nie był samochodem, ale małym, dwumiejscowym samolotem.

Latająca hybryda: Ten dwumiejscowy samolot na gaz elektryczny może być pierwszym z wielu, który wzbije się w przestworza.

Samolot hybrydowy jest podobny do Chevrolet Volt w tym, że opiera się na silniku elektrycznym i wykorzystuje silnik gazowy jako rezerwę. Samolot dorównuje osiągami niektórymi prywatnymi samolotami już dostępnymi na rynku, ale ma dwie wyraźne zalety: jest niezwykle cichy i zużywa około 25% mniej paliwa.

Osiągnięcie to zapowiada prawdopodobnie duży zwrot w kierunku napędu hybrydowego w samolotach. Kilka dużych korporacji przewiduje przyszłość, w której samoloty będą przynajmniej częściowo opierać się na napędzie elektrycznym. Chociaż technologia ta będzie początkowo stosowana w małych samolotach, ostatecznie może pomóc w zmniejszeniu hałasu i emisji z samolotów pasażerskich.

W ciągu tej dekady z pewnością zobaczymy, jak hybrydowe samoloty elektryczne wejdą na rynek, mówi Frank Antoni , który kieruje pracami nad samolotami hybrydowymi w firmie Siemens. Czteromiejscowe samoloty hybrydowe są prawdopodobnie w tym czasie, mówi, ale nawet 19 miejsc jest możliwych przed końcem dekady. Anton przewiduje, że w końcu zobaczymy 100-osobowy samolot hybrydowy, który zużywa o połowę mniej paliwa niż dzisiejsze samoloty.

Boeing idzie o krok dalej, opracowując koncepcję samolotów hybrydowych wielkości 737, które mogą pomieścić ponad 150 pasażerów, chociaż jest mało prawdopodobne, że wejdą one do użytku przed 2030 r. EADS, spółka-matka Airbusa, również opracowała projekt koncepcyjny dla samolotów pasażerskich, które latają wyłącznie na energię elektryczną, chociaż zasięg tych samolotów byłby ograniczony.

Głowica silnika: Nowy samolot jako pierwszy ma napęd hybrydowy.

Kilka lat temu pomysł latania samolotem na bateriach był żartem, mówi Marty Bradley , główny badacz zaawansowanych koncepcji samolotów w Boeing Research and Technology. Podczas gdy akumulatory i silniki elektryczne są wydajne i ciche, akumulatory są zwykle duże i ciężkie, przechowując znacznie mniej energii niż paliwa płynne.

Dwie rzeczy się zmieniły. Jak mówi Bradley, ilość energii, jaką mogą przechowywać baterie, stale się poprawia i wydaje się, że będzie się to utrzymywać w miarę ich opracowywania do użytku w przenośnej elektronice i pojazdach elektrycznych. Tymczasem technologie potrzebne do zintegrowania akumulatorów i silników elektrycznych z silnikami konwencjonalnymi stają się coraz mniejsze, lżejsze i wydajniejsze. Siemens zademonstrował wcześniejszą wersję swojego samolotu hybrydowego w 2011 roku, ale była zbyt ciężka, aby była praktyczna. W przypadku nowego samolotu Siemens zmniejszył masę silnika elektrycznego, energoelektroniki i przekładni o 100 kilogramów, aby podnieść jego pojemność ładunkową i pasażerską do poziomu małych samolotów o podobnych rozmiarach.

W samolotach hybrydowa konstrukcja elektryczna poprawia wydajność głównie poprzez umożliwienie zastosowania stosunkowo małego silnika na gaz, zaprojektowanego do pracy z największą wydajnością przy prędkościach przelotowych. Akumulator i silnik elektryczny zapewniają dodatkową moc potrzebną do startu i wznoszenia. Akumulatory umożliwiają również odzyskiwanie energii podczas zjazdu, podobnie jak samochody hybrydowe wychwytują energię podczas hamowania (śmigła obracają generator). A wraz z poprawą akumulatorów będą one dostarczać coraz więcej energii na pokładzie.

Silniki elektryczne dają inne korzyści. Można je montować w nietypowych miejscach na samolocie, co można wykorzystać do poprawy aerodynamiki. Można nimi również sterować: odchylać w górę, na przykład podczas startu, aby samolot szybciej oderwał się od ziemi. W locie silnik można było skierować w lewo lub w prawo, aby sterować samolotem, eliminując potrzebę stosowania steru. Te zmiany konstrukcyjne, wraz z wydajnością napędu hybrydowego, mogą pomóc zmniejszyć zużycie paliwa o połowę, mówi (patrz „Skrzydło hybrydowe” zużywa o połowę mniej paliwa niż standardowy samolot).

To, jak szybko zostanie zastosowany napęd elektryczny, zależy głównie od rozwoju akumulatorów. Plany elektrycznych samolotów EADS wymagają akumulatora, który może przechowywać 1000 watogodzin na kilogram, czyli około pięć razy więcej energii niż typowy akumulator litowo-jonowy. Nowe chemikalia akumulatorów, takie jak lit-powietrze i litowo-siarkowe, mogą zapewnić większą pojemność, ale nadal istnieją pewne duże wyzwania (patrz Nanostruktury pięciokrotnie zwiększające żywotność baterii i nie tylko litowo-jonowe: ARPA-E stawia na nowatorskie magazynowanie energii ). Bradley spodziewa się, że do 2050 roku całkowicie elektryczne samoloty będą ograniczone do 1600 kilometrów.

W przypadku większych samolotów napęd elektryczny może być używany do obracania dużymi turbowentylatorami z przodu silnika odrzutowego. Mówi, że pierwszym zastosowaniem napędu elektrycznego w dużych samolotach będzie kołowanie, co pozwoli samolotom zaoszczędzić paliwo na ziemi.

Tak więc przez najbliższe kilka lat technologia hybrydowa będzie ograniczona do małych samolotów. Jedną z krótkoterminowych korzyści płynących z tej technologii jest to, że małe lotniska (które często znajdują się w pobliżu obszarów mieszkalnych) będą cichsze, mówi Jean Koster , profesor nauk inżynierii lotniczej i kosmicznej na University of Colorado w Boulder, który założył firmę mającą na celu komercjalizację bardziej kompaktowej skrzyni biegów do łączenia zasilania gazowego i elektrycznego. Konstrukcje hybrydowe mogą również położyć kres jednemu z ostatnich problemów z paliwem zawierającym ołów: małe samoloty z silnikami wysokoprężnymi nadal wymagają dodatków ołowiu. W rzeczywistości doładowanie akumulatora mogłoby umożliwić korzystanie z tych samych silników zasilanych gazem, które są stosowane w samochodach hybrydowych.

ukryć