ما هي طائرة هيبريه-إلكتريك؟

وتمثل الطائرات الكهربائية الهجينة تحولاً كبيراً في تكنولوجيا الدفع عن طريق إدماج محركات الاحتراق التقليدية - الاضطرابات أو البستون - التي تستخدم محركات كهربائية ونظم بطارية - خلافاً للطائرات الكهربائية النقية، تحتفظ الهجينات بمحرك لحرق الوقود يمكن أن يعيد شحن البطاريات كثيفة في الطيران أو يوفر طاقة ميكانيكية مباشرة، في حين تساعد محركات الكهرباء على التخلص من الوقود والتسلق والهبوط بنسبة مئوية.

وتوجد مبنيان رئيسيان: سلسلة هيجينات، حيث لا يدفع محرك الاحتراق سوى مولد كهربائي إلى محركات كهربائية وبطاريات شحن، وهجين مواز، حيث يمكن للمحرك والمحركات أن تنقل مباشرة مدافع أو مروحات، وتستخدم بعض التصميمات نهجاً تصاعدياً، مع توليد توربين غازي يولد الكهرباء لترتيبات موزعة للكهرباء - وهو ما يبشر بزيادة عالية.

التحديات الحاسمة في مجال مساندة الطائرات الهجينة - الكهربائية

كثافة الطاقة وطولها

وتُقدّم خلايا الليثيوم الحالية حوالي 250 إلى 300 ساعة لكل كيلوغرام، بينما يوفر وقود الطائرات نحو 000 12 و/كغ، بل ويُعزى إلى ارتفاع كفاءة المحركات الكهربائية، وتحتاج البطاريات إلى ما لا يقل عن 500 إلى 800 و/كغ لجعل الطائرات الإقليمية المهجنة صالحة تجارياً، ويستكشف الباحثون خيوط الأمان في الولايات المتحدة.

فبعد كثافة الطاقة، تعد الإدارة الحرارية مسألة حاسمة، حيث تولد البطاريات حرارة كبيرة أثناء التصريف العالي، ولا سيما أثناء التصفية، وبدون التبريد الكافي، تتدهور الأداء بسرعة، وزيادة مخاطر السلامة، وتزيد نظم التبريد السائلي النشطة من الوزن والتعقيد، وتزيد من قدرة الحمولة.

الهياكل الأساسية ومفاوضات التكاليف

وتواجه الخطوط الجوية والمطارات مشكلة دجاج وبيض: فبدون أسطول من الطائرات الكهربائية الهجينة، لا يوجد حافز يذكر على تركيب محطات شحن عالية الطاقة في البوابات؛ وبدون شحن الهياكل الأساسية، لا يمكن للمشغلين الالتزام بالأساطيل الهجينة، فسرعة توجيه رسوم إلى مجموعات البطاريات الكبيرة التي تتطلب زيادة في أسعار الشاحنات المتوسطة إلى مستويات أعلى من تكلفة البنايات الكهربائية في المطار.

التوثيق واللامركزية

ولم تستكمل سلطات الطيران، مثل القوات المسلحة الأنغولية والإيسا، بعد معايير التصديق الخاصة بنظم الدفع بالكهرباء، وقد تكون الأسئلة المتعلقة بأساليب الفشل والتدخل الكهرومغناطيسي من الكابلات ذات الحركة العالية واحتواء حرائق البطاريات دون حل، وقد لا تكون قواعد ] لمستقبل المهندسين الآليين و[FLT:]([1])

تعقيد النظام وإدماج الطائرات

إن إدماج مصدرين للطاقة، وأجهزة إلكترونية للطاقة، ونظام متطور لإدارة الطاقة، يضيفان تعقيدا كبيرا إلى تصميم الطائرات، كما أن التغير في الوزن والتوازن ديناميكيا مع تصريف البطاريات، مما يتطلب إجراء خامات متقدمة لمراقبة الرحلات الجوية، كما أن متطلبات إعادة الشمل بالنسبة للعناصر المتعددة للسلامة، وزيادة تكاليف الصيانة، كما أن التفاعل بين النظم الكهربائية الحرارية يفرض تحديات - كما يجب إدارة حرارة النفايات من المحركات والمحافير دون زيادة الجروح.

الفرص التي تدفع الصناعة إلى الأمام

التخفيضات في الانبعاثات العميقة

وبالإضافة إلى ذلك، يتعرض قطاع الطيران لضغوط شديدة لتحقيق انبعاثات صافية من مركبات الكربون بحلول عام 2050، ويمكن للطائرات الكهربائية المهجورة أن تقطع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من النفايات من خلال 30 إلى 50 في المائة مقارنة بالطائرات الإقليمية الحالية، خاصة عندما تقترن بوقود الطائرات المستدامة التي أحرقت في محرك التبشير.

انخفاض تكاليف التشغيل على مر الزمن

وفي حين أن تكاليف الشراء الأولية مرتفعة، فإن الدفع بالكهرباء يتيح نفقات تشغيل أقل في كل رحلة، وتحتاج المحركات الكهربائية إلى صيانة أقل من محركات التوربين المعقدة، مع انخفاض عدد قطع الغيار، وتكلفة الكهرباء أرخص لكل وحدة من أنواع الطاقة من وقود الطائرات في معظم المناطق، ويمكن لمحرك الاحتراق أن يرتفع بأقصى قدر من الكفاءة بدلا من أن يتفاوت سرعة الاقلاع على الدفع.

الحد من الضوضاء والتكامل في مجال الحركة الجوية الحضرية

وتصبح محركات الكهرباء أكثر هدوءا من المحركات التقليدية، إذ يمكن لطائرة كهربائية تعمل بالدفع الكهربائي القريب أثناء التاكسي، والنهوج، والهبوط، مما يقلل من آثار الضوضاء في المطارات بنسبة تصل إلى 70 في المائة، مما يفتح الباب لساعات التشغيل الممتدة، ويزيد من حدة العلاقات المجتمعية، وهذه التكنولوجيا هي الأساس للطائرات التي لا تُستخدم في عمليات الإقلاع الرأسي الكهربائي والهبوط (eVTOL) التي يمكن أن تغذيتها في نهاية المطاف شبكة الركاب الإقليمية.

خط الأساس للنمو والابتكار في الأسواق

Over $10 billion has been invested in hybrid-electric and electric aviation startups since 2020, Major players include Heart Aerospace (ES-30), Ampaire, and Harbinger[FT:5]

المستقبل: متى سنرى الرحلات الجوية الهجينة؟

وتُشير عدة جداول زمنية لإصدار الشهادات إلى أوائل 2030 حالة من أولى عمليات التسليم التجاري، ويستهدف هذا النظام أن يكون 30 مسافراً من طراز ES-30 في الخدمة بحلول عام 2028، باستخدام نظام هجين يصل إلى 400 كيلومتر من المدى الكهربائي فقط، وفي الوقت نفسه، وضع شركاء أكبر مثل خطوط جوية موحَّدة ، ومع ذلك، فإن أوامر الاعتماد من نوع " FLT:3 " ().

ويتوقف المسار إلى الأمام على التقدم المنسق: يجب على شركات صناعة البطاريات أن تضاعف كثافة الطاقة مع تحقيق السلامة من درجة الطيران؛ ويجب على المنظمين أن يضعوا الصيغة النهائية لأطر التصديق؛ ويجب على المطارات أن تستثمر في الهياكل الأساسية لشحن الميغاوات، وإذا ما وقعت هذه القطع، فإن الطائرات الكهربائية الهجينة لن تكون مجرد حل ملائم وإنما هي المعيار الجديد للسفر القصير الأجل - خطوة حاسمة في إزالة الكربون، مع الحفاظ على الربط بين الاقتصادات العالمية.

وفي الأجل الطويل، قد تهيمن على الطائرات الكهربائية والكهربائية النقية، ولكن تكنولوجيا الطاقة الكهربائية الهجينة توفر جسرا عمليا يحفز الهياكل الأساسية القائمة للوقود بينما يقود الابتكار في مجال الدفع الكهربائي، وتواجه التحديات تحديات حقيقية، ولكن الفرص - البيئية والاقتصادية والتشغيلية - هي ما يكفي للحفاظ على التزام الصناعة.