Az Eviation Alice prototípusa. Ian Langsdon / EPA
Az Egyesült Királyság kormánya megtiltja az új hagyományos benzin- és dízelüzemű autók értékesítését által 2040. Nyilvánvaló, hogy a terv szerint minden polgár elektromos vagy hibrid elektromos autót vezet, vagy - még ennél is jobb - kerékpárt vezet. De vajon az elektromos áramlás csökkentheti-e a személyszállítás más, széndioxid-igényes személyszállításának repülését?
Ez egy összetett kérdés, és a méret szempontjából fontos kérdés. Lehetséges, hogy a kis repülőgépek villamos energiával működnek. Valójában több vállalat már fejleszt kis elektromos repülőgépeket, amelyek piacán is megjelenhetnek a következő években.
De a nagy repülőgépeknél, amelyeket mindannyian gyakrabban használunk, valószínűtlen, hogy ez hamarosan megtörténik. A probléma nem a meghajtó technológia, hanem az energiatárolás. A sugárhajtómű körülbelül 30-szer több energiát tartalmaz kilogrammonként, mint a jelenleg elérhető legfejlettebb lítium-ion akkumulátor.
A világ legnagyobb utasszállító repülőgépe, az Airbus A380 egyetlen repüléssel képes 600 utasokat 15,000 kilométerre repülni. Számításaim szerint akkumulátorokkal csak egy kicsit tudott repülni 1,000 kilométer felett. Még ha az utasokat és a rakományt is cserélnék elemekre, a távolság még mindig kevesebb, mint 2,000 kilométer. A jelenlegi tartomány megtartása érdekében a síkra akkumulátorokra lenne szükség, amelyek 30-szer nagyobb súlyúak, mint a jelenlegi üzemanyag-bevitelük, tehát soha nem száll le a földről.
Ez a kompromisszum különösen a távolsági repülésekre nézve hátrányos, mivel az üzemanyag a felszálláskor a repülőgép súlyának felét teszi ki. Sőt, egy hagyományos repülőgép könnyebb lesz, mivel az üzemanyag elfogyasztódik, de az elektromos repülőgépeknek ugyanazt az akkumulátor tömeget kell viselniük a teljes repülés során. Mint mondtam, a méret számít.
Öt-tíz-üléses könnyű repülőgépek esetében az üzemanyag valószínűleg a repülőgép súlyának 10% -át - 20% -át teszi ki. Ha az üzemanyagot egyszerűen cserélik az elemekre, akkor ez gyakorlatilag nem csökkenti a sík repülési távolságát. Ha kettő vagy három utas cseréje további akkumulátorokkal járna, akkor az 500 kilométerek és az 750 kilométerek közötti távolságot eredményezne, összehasonlítva az üzemanyag-meghajtású távolsággal, amely meghaladja az 1,000km-t.
Első kereskedelmi modell
Lehet azonban egy másik lehetőség is. Izraeli cég Eviation a közelmúltban bemutatta egy prototípusváltozatot arról, hogy állítása szerint a világ első kereskedelmi elektromos utasszállító repülőgépe lesz. Az Alice elnevezésű repülőgép nemcsak az akkumulátorokra cseréli a sugárhajtóművet, hanem egy teljesen új tervezési koncepció, amely javítja a meghajtórendszer integrálását a repülőgépkeretbe. Kilenc utas szállítása 1,000km hatótávolsággal, Alice várhatóan belép a szolgáltatásba az 2022 útvonalon.
Alice gyakorlati alternatíva lehet a kicsi, regionális utazásokhoz, de a legtöbb menetrend szerinti utasszállításhoz, még a rövid távú járathoz sem. Tehát hogyan segíthet itt az elektromos áramlás? Az akkumulátor technológia fejlesztése az egyik lehetőség. Egy új technológia, a lítium-levegő akkumulátorok elméletileg elérheti ugyanazt az energiasűrűséget, mint a sugárhajtómű. Ezek azonban még mindig laboratóriumi szakaszban vannak. Tekintettel a repülési ipar rendkívül biztonságos tudatosságára, valószínűtlen, hogy a jövőbeli repülőgépeket be nem bizonyított technológiára tervezzék.
A következő 20 – 30 években valószínűleg a rövid távú repüléseknél a hibrid repülőgépek jelennek meg, amelyek kombinálják a jelenlegi turbóventilátor-motorokat az új elektromos hajtóművekkel. Ez a rugalmasabb hibrid rendszer optimalizálható a felszálláshoz szükséges nagy tolóerő és a hosszú hajózáshoz szükséges energia sűrűség biztosításához.
A hibrid E-Fan X. Airbus
Ezt a területet aktívan folytatják a E-FanX projekt, amelyben az Airbus, a Rolls-Royce és a Siemens részt vesz egy hibrid-elektromos meghajtású repülési demonstrátor fejlesztésében. Egy BAe 146 repülőgéppel, amely általában 100 utasokat szállít, a repülőgép négy Honeywell turbóventillátormotorjának egyikét egy két megawatt villamos motor által hajtott hajtóventilátorral cserélni tervezik.
A projekt kezdeti szakaszában az elektromos áramot egy Rolls-Royce AE2100 gázturbina biztosítja, amelyet a repülőgép törzsében helyeztek el (a főtestben). De az E-FanX továbbra is fontos lépés lesz a hibrid elektromos technológia fejlődésében. - mondta az Airbus azt akarja, hogy ezt a technológiát az 100-k rendelkezésére bocsássák az 2030 üléses repülőgépek számára.
Lehetőség van sík felszerelésére több kicsi elektromos meghajtóval egy úgynevezett elosztott meghajtórendszerben is, amely sokkal hatékonyabb, mint a hagyományos, két nagy turbóventillátort használó kivitel. Ezt az ötletet tovább lehet vinni, ha a különálló törzset és a szárnyokat egyetlen „kevert-szárny-test”, Amely hatékonyabban integrálja a hajtóműveket a repülőgépkerettel egy aerodinamikusabb kialakításban. Ez 20% -kal csökkentheti a repülőgépek számára szükséges energiamennyiséget.
A világ két fő repülőgépgyártója, a Boeing és az Airbus azonban egyik sem aktívan foglalkozik kevert szárnyas technológiával. Egy ilyen nagy tervezési váltásnak túl sok technikai kihívása van hogy ez kereskedelmi szempontból életképes legyen épp most. Például a legtöbb repülőtér nem képes beilleszteni egy vegyes szárnyú repülőgépet.
nincs alternatívája
Sajnos a legtöbb ember által végrehajtott járatok esetében jelenleg nincs gyakorlati alternatíva a sugárhajtású turbóventilátorok számára. Ezen okból kifolyólag a repülőgép-hajtóművek fő gyártói komoly beruházásokat végeznek jelenlegi motor-technológiájuk fejlesztésében. A Nemzetközi Légi Közlekedési Szövetség becslése szerint minden új generációs repülőgép átlagosan 20% -kal üzemanyag-hatékonyabb, mint a helyébe lépő modell, és hogy a légitársaságok 1.3 billió dollár dollárt fektetnek be az új repülőgépekbe a következő évtizedben.
Például a Rolls-Royce legújabb motorja, a Trent XWB ez hatalom az új Airbus A350, a „világ leghatékonyabb nagyméretű repülőgép-hajtóműveként” forgalmazzák. Az Airbus szerint a motor elősegíti az A350 „25% -kal alacsonyabb üzemi költségeinek, üzemanyag-elégetésének és CO₂-kibocsátásának elérését az előző generációs repülőgépekhez viszonyítva”.
A Rolls-Royce motor következő generációja, a UltraFanTM, további 20% -ról 25% -ra csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és a CO₂-kibocsátást, és várhatóan az 2025-ben üzembe helyezi.
De érdemes emlékezni arra, hogy a repülés jelenleg csak a 2% -ot teszi ki a globális CO₂-kibocsátás 3% -ához. Ez a teljes szállítási ágazatban körülbelül 30% -ról 35% -ra, míg a villamosenergia-termelés esetében további 30% -ra vonatkozik 35% -ra.
A légi utasok száma: várhatóan megduplázódik az elkövetkező két évtizedben, de ugyanúgy, mint a teljes kibocsátás, tehát ez valószínűleg nem teszi a repülést a probléma nagyobb részévé. A repülési kibocsátások csökkentése a légi járművek generációjára eső 20% -kal valószínűleg nem tartós javulás. De ha a hibrid repülőgépek valósággá válnak, akkor a repülés valójában még kevésbé járul hozzá a teljes kibocsátáshoz, mint manapság.
A szerzőről
Duncan Walker, az alkalmazott aerodinamika vezető tanára, Loughborough Egyetem
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
books_technology
