دور ثورست في تطوير الطائرات الكهربائية الهجينة

ما هو (ثورست) ولماذا يهم؟

فالقوة الميكانيكية التي تولدها محرك للتغلب على الجر ودفع طائرة عبر الهواء، وبعبارات نيوتن، هي رد الفعل على التعجيل بضخامة من الهواء )أو غازات العادم( في الاتجاه المعاكس للسفر.

هيكل الكهرباء الهجينة

(ب) تصنف محركات كهربائية مهجورة عادة في مخازن و] تركيبات متحركة [FL]، وفي سلسلة من التقويم، يُنتج توربين الغاز أو محرك بيستون مولداً يُحمِّل البطاريات؛ وتُولِّد المحركات الكهربائية وحدها دفعة.

Thrust Management in Series vs. Parallel Systems

• Series hybrid momentum profile:] All propulsion comes from electric motors, so driven is limited by motor power and battery discharge rates. This simplifies control but requires large energy storage.
• Parallel hybrid مدوحة: ] Both sources can be combined for top momentum push during takeoff, then the thermal motor can be downsized or turned off during cruise, reducing fuel burn.
• Turboelectric momentum profile:] The turbine runs at opt speed independent of fan speed, enabling high-efficiency fans, but the system’s weight and thermal management become critical.

ويجب على المهندسين تصميم نظم إدارة الدفع التي ]] تحول دون رحمة ] بين مصادر الطاقة دون التضحية باستجابة الدفع أو سلامة الطيران، ويشمل ذلك خوارزميات رقابة متطورة وأجهزة إلكترونية عالية التردد.

التحديات الأساسية في تنمية الصدأ

1- كثافة الطاقة وطولها

وتوفر المحركات الكهربائية اليوم مصباحاً ممتازاً، ولكن نسبة الطاقة إلى الوزن لا تزال تربينات الغاز، وبغية مطابقة دفعة توربان تقليدي، يجب أن يكون وزن السيارات والبطاريات خفيفاً بشكل لا يصدق، وكل كيلوغرام من نظام الدفع يضيف إلى كتلة الطائرات، مما يتطلب دفعة أكبر لرفعها - دورة مفرغة.

2 - الإدارة الحرارية

وتولد المحركات والبطاريات الكهربائية حرارة أثناء العمليات ذات الصدأ العالي، لا سيما عند الإقلاع، وعلى عكس احتراق الوقود، يجب رفض الحرارة الناجمة عن الخسائر الكهربائية من خلال نظم التبريد التي تضيف الوزن والسحب. ] من الضروري أن تحافظ الإدارة الحرارية على الزخم دون التسخين المفرط، وتستخدم بعض المفاهيم مواد الوقود أو التغيير التدريجي كبواليع حرارية.

3 - معدلات التخلص من البطارية

ولا تكون الطلبات الصاخبة ثابتة: فقد يتطلب الإقلاع طاقة بحرية تتراوح بين 2 و3 مرات لبضع دقائق، ويجب أن تكون البطاريات قادرة على الحصول على معدلات عالية من السعرات الحرارية (معدلات تخفيفية مقارنة بالقدرات) دون وضع علامات فولطية أو مدرج حراري. ] يجري تطوير البطاريات ذات القوة العالية والبطاريات الناشئة الصلبة لتلبية هذه المتطلبات من الدفع العابر.

4 - شركة " مرسل " و " فان " للتصميم

ويمكن للمحركات الكهربائية أن تدور في أعالي المركبات من المحركات التقليدية، مما يتيح للزواحف أو المشجعات الأصغر أو الخفيفة، غير أن ارتفاع مستوى الصواريخ يزيد من الضوضاء ويقلل من الكفاءة بسبب القيود المفروضة على سرعة البقشيش. ]) يجري دراسة جميع المدافعات القابلة للاختراق، والدوارات المفتوحة المتعددة الألواح، ومراوح التعبئة .

التكنولوجيات التي تُدرِّب تحسينات في صدع

محركات كهربائية عالية الكفاءة

Permanent magnet coincidehronous motors (PMSMs) with rare-earth magnets] achieve efficiency above 955% and torque densities beyond 20 Nm/kg. Axial-flux motor topologies are particularly promising for aerospace because they can be integrated into ducted fans or propellers with minimal axial length]

أجهزة توليد الطاقة الكهربائية المتقدمة

وللتخفيض بسلاسة، يجب على المحولات والمحولات أن تتعامل مع ارتفاع الفولط (800 V إلى 000 1 V) مع انخفاض الخسائر في التحول. ]) وكاربيد السيليكون (SiC) ونايتريد غالويوم (GaN) شبه موصلة ] يمكن من التبديل السريع وتقليص متطلبات التبريد.

Distributed Electric Propulsion (DEP)

() يستخدم ضغط كهربائي متعدد صغير (مثلاً، من 8 إلى 12) موزعة على طول الجناح أو النسيج، ويمكن لهذه التشكيلة أن تزيد من كفاءة الأيروديناميين بتفجير الهواء فوق سطح الجناح، وتحسين الرفع بالسرعة المنخفضة، والحد من الزخم اللازم للإقلاع.

نظم الرقابة الهجينة

وتدمج أجهزة الحاسوب الحديثة لمراقبة الطيران ] مراقبة المحرك الرقمي الكامل للملكية (FADEC) ] مع نظم إدارة البطاريات، وتنسق هذه أجهزة التحكم الدفع من كلا المصدرين، وتتحقق إلى أقصى حد من استهلاك الوقود، أو الصحة بالبطارية، أو خفض الضوضاء. ويجري استكشاف خوارزميات التعلم الآلات للتنبؤ بالطلب على الدفع استنادا إلى مرحلة الطيران والظروف الجوية.

الهيكل التنظيمي والتوثيق

ويجب أن يفي الأداء الصدأ في الطائرات المختلطة بنفس معايير التصديق الصارمة التي تستوفيها المحركات التقليدية (مثلاً، الجزء 33 من اتفاق القوات المسلحة الإيطالية، مجموعة خدمات الدعم والخدمات المجتمعية). ويشمل ذلك إثبات أوقات الاستجابة ] الصدئة، وطرائق الفشل، والتحكم في أثناء سيناريوهات التخلص من المحرك ().

المستقبل: حلول صدأ الجونج المقبل

نظم الاختراع المسببة للمرض والاختراق

ويتيح تركيب محركات كهربائية وكابلات كهربائية لدرجات حرارة مسببة للبرد (مثل 77 كيلو باستخدام النيتروجين السائل) القدرة على الموصلات السطحية، وزيادة الكثافة الحالية بشكل كبير، والحد من الخسائر الكهربائية، مما قد يؤدي إلى كثافة كهربائية عالية (20-30 كيلوواط/كغم) مع الحد الأدنى من الرفض الحراري.

خلايا الوقود الهيدروجينية كإكرامات رانجية

وبالنسبة للطائرات الهجينة البعيدة المدى، يمكن أن تعمل خلايا وقود الهيدروجين كمواد للتزود بالطاقة الكهربائية، وتوفر الطاقة الكهربائية للدفع بالرحلات السياحية دون البطاريات الثقيلة، وتنتج خلايا الوقود المياه كمنتج ثانوي وتتوفر لها طاقة محددة عالية (كواه/كغ) مقارنة بالبطاريات، غير أن كثافة الطاقة لا تزال غير كافية لاستخلاص الغازات .

نظم المساعدة على التقاط الصدمات العالية

ويمكن أن تؤدي المساعدة الكهربائية الأرضية (مثل جرارات الجرار أو الغازات العشبية المجهزة بالطرق البرية) إلى خفض الدافع على متن السفن اللازم للإقلاع، مما يتيح استخدام السيارات والبطاريات الأصغر حجماً، ويجري استكشاف هذا المفهوم لطائرات الاستيعاب القصيرة الأجل الكهربائية، مما يمكن ] من عمليات الإقلاع والهبوط في الوقت الذي يُجرى فيه تشغيل محركات محركات الهجينة.

خاتمة

إن دور الدافع في محركات الطائرات الكهربائية الهجينة يتجاوز إلى حد بعيد الدافع البسيط، ويملي هيكل الطاقات، ونظام تخزين الطاقة، وتصميم الإدارة الحرارية، وحتى تصميم الجناح، وحيث أن التكنولوجيات ستتقدم من محركات الكثافة العالية إلى أجهزة التزحلق فوق الكابلات - المحركات ستتغلب باستمرار على المبادلات التاريخية بين الطاقة والوزن.