مقدمة: الطاقة خلف حركة الطيران الحضري

إن ظهور طائرات الإقلاع الرأسي الكهربائي والهبوط (eVTOL) يمثل لحظة محورية في النقل، حيث تنمو المدن كثافة الكثافة وتزداد الازدحام، تعد هذه المركبات بفتح البعد الثالث للسفر القصير إلى المتوسط، حيث أن قلب كل نظام من أجهزة التحكم بالوقود هو نظام الطاقة الذي يحدد النطاقات والحمولة والضوضاء والسلامة والتركيب البيئي.

أساسيات نظم الطاقة الإلكترونية

كامل النظم الكهربائية

(أ) مركبات الإي فيتيلات الكهربائية الكاملة تعتمد حصراً على عبوات البطاريات التي يمكن شحنها (أو الطرازات الصلبة الناشئة) لتخزين وتوليد الطاقة إلى محركات كهربائية متعددة ومحركات الدفع، وتصمم هذه الطائرات على شكل دفعات كهربائية موزعة، وهي تقدم كميات متأصلة من الطاقة والتحكم فيها بدقة.

النظم الهجينة - الكهربائية

(أ) لا توجد في معظم البنايات الهجينة، أو في محركات الحرق على متنها، أو في توربين أو خلية الوقود التي تعمل بالدفع الكهربائي، أو في معظم البنايات الهجينة، أو المحرك الذي يُحمّل البطاريات و/أو القوى المباشرة، أو يسمح بالطائرة بالعمل في شكل ميكانيكي فقط من أجل التخلص من الطاقة، أو الهبوط، أو في قطاعات منخفضة الدقة، بينما يمتد نطاق المحركات المتحركة

التحليل المقارن لنظم الطاقة الكهربائية والكهربائية

كثافة الطاقة والكفاءة

(ب) إن أكثر أنواع الطاقة أهمية في نظم الطاقة الكهربائية في محطة الكهرباء الإلكترونية هي كثافة الطاقة، أما البطاريات اليوم فتخزن طاقة أقل بمقدار 40 مرة لكل كيلوغرام من الوقود المحتوي على طائرات، وفي حين أن المحركات الكهربائية تحوّل أكثر من 90 في المائة من الطاقة المخزنة إلى الدفع، فإن كفاءة استخدام الطاقة في النظام أقل لأن محركات الحرق تعمل بنسبة تتراوح بين 30 و40 في المائة من الكفاءة الحرارية، وتضيف سلسلة المولدات الكهربائية إلى ذلك

الحمولة

وتستهدف حالياً أجهزة التزود بالكهرباء الكاملة بأجهزة التكتل الجوي في المناطق الحضرية التي تبلغ مساحتها 20 إلى 60 ميلاً مع ركاب يتراوح عددهم بين 1 و4 مسافرين بالإضافة إلى طيار، وتتسبب الكتلة البطارية اللازمة لمسافات أطول في تآكل القدرة على الحمولة مما يؤدي إلى انخفاض معدل العائد، فعلى سبيل المثال، قد ينتج عن مجموعة من البطاريات تبلغ مساحتها 100 ميل مع حمولة تبلغ 300 كغم؛

التكاليف التشغيلية

وتعود معاملات التقلبات الكهربائية بتكاليف تشغيلية أقل لكل ميل لأن الكهرباء أرخص من وقود الطائرات على أساس معادلة للطاقة، وتحتاج المركبات الكهربائية إلى صيانة أقل من محركات الاحتراق الداخلية.

Noise and Emissions

(ب) إن الأنابيب هي عامل حاسم في قبول المجتمعات المحلية، ولا سيما في الموانئ الواقعة بالقرب من المناطق السكنية، وتُحدّد المركبات الإلكترونية الكهربائية أكثر هدوءاً من الطائرات المروحية أو أي طائرة تحمل محركات الاحتراق لأن الضوضاء على الموجات العالية التردد التي تُحدثها المركبات، والمركبات ذات التأثيرات العالية، والمركبات ذات التأثيرات القصوى، وغياب الضجيج المتحركي.

الصيانة والاعتماد

ويتوقف تسارع السرعوف على الموثوقية، إذ أن مضيق الطاقة الكهربائية الكامل يعتمد على جزء من أجزاء أي نظام هجين: لا توجد صوامع أو صمامات أو محركات متحركة أو نظم كهرباء، مما يقلل من احتمال حدوث عطل في المحركات الميكانيكية ويخفض ساعات العمل، كما أن المحركات الكهربائية زائدة عن الحاجة عندما توزع عبر عدة محركات، مما يتيح الاستمرار الآمن في الطيران بعد مرور محرك واحد.

Battery Technology and the Road to Higher Energy Density

S-FT-FT-S-FT-S-B-F-FT-S-B-J-J-J-J-B-A-J-J-A-J-A-J-A-J-A-J-A-J-A-J-A-J-A-J-A-J-A-J-A-A-J-A-J-A-J-J-J-A-J-A-J-A-A-J-J-J-J-J-J-A-J-J-J-A-A-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-A-A-J-J-A-A-J-A-A-A-J-J-J-A-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-J-A-A-A-A-

الهندسة المعمارية الهجينة: سلسلة، بارال، وسلسلة - بارال

سلسلة الهجينات (مقدمة رنغي)

In a series hybrid, the internal combustion motorstion motors that supplies electricity to the motors and/or charges the bat. The motor neverميكانيكيally drives the rotors directly. This decouples the motor speed from the rotor speed, allowing the motor to operate at its most efficient RPM. The bat acts as a buffer, handling transient power demands during takeoff and landing. Series hyr

Parallel Hybrid

ويتيح هجين موازٍ لكل من المحرك الكهربائي ومحرك الاحتراق قيادة الدوارات إما بصورة فردية أو مجتمعة، ويتطلب ذلك مجموعة معدات أو كتل أكثر تعقيدا، ولكن يمكن أن يوفر طاقة ذروة أعلى حيث يمكن تلخيص مصدري الطاقة، وقد تكون الهجينات الموازية أكثر كفاءة في الرحلات إذا كان المحركات يمكنها أن تقود مباشرة الدوارات، وتزيل خسائر المولدات، غير أن الانقلاب الميكانيكي يضيف وزناً ويقلص.

مجموعة بارال (الطرق اليومية)

Some advanced structures allow shifting between series and parallel modes to optimize efficiency for different flight phases. For example, takeoff and climb might use electric-only or series mode for low noise, while cruise could engage a direct-drive motor to reduce losses. These systems are the most complex but potentially the most efficient for long-range missions. Developers like Airbus

متطلبات البنية التحتية لكل نظام من نظم الطاقة

شبكات شحن للمركبات الإلكترونية الكهربائية

وتحتاج البطاريات الإلكترونية الكاملة للكهرباء إلى شبكة كثيفة من محطات الشحن ذات الطاقة العالية في الموانئ، ومن الضروري إعادة شحن البطاريات العادية التي تتراوح بين 50 و80 كيلوواط في 10 و20 دقيقة للحفاظ على الوقت التشغيلي، وهذا يتطلب شحن بنية أساسية قادرة على 300 إلى 500 كيلوواط، على غرار شحنات المركبات الكهربائية الثقيلة، غير أن شبكة الكهرباء في العديد من مواقع النقل البري قد تحتاج إلى رفع رسوم الجرد لمعالجة طلقات متعددة.

إعادة وقود وصيانة المركبات الإلكترونية الهجينة

ويمكن أن تستخدم طائرات الإي فيتوبل الهجينة الهياكل الأساسية الموجودة لوقود الطائرات، بما في ذلك طائرة من طراز A-1 أو طائرات من طراز Avgas، أو وقود الطائرات المتدفقة المستدام، ويستغرق تجديد الوقود دقائق، ويعني توسيع النطاق أقل توقفا، غير أن البنية الأساسية لسلسلة الصيانة للنظم الهجينة أقرب إلى الطائرات التقليدية، مما يتطلب ميكانيكيين متخصصين للعمل في مجال المركبات والمولدات الكهربائية.

مسارات التنظيم والتصديق

إن إصدار شهادات الطائرات الإلكترونية يشكل عقبة رئيسية بالنسبة للتصميمات الكهربائية والهجينة، كما أن إدارة الطيران الاتحادية ووكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي قد وضعتا فصولا أو فئات خاصة للانبعاثات من مركبات الإيفوترول (مثلا، فئة النقل الكهربائي من طراز FAA)) (الطائرة الكهربائية الكاملة، تحديات التصديق الرئيسية تتصل بضبط الوقود الحراري، إضافة عالية الجودة)

مطورو رؤوس الأموال والأسواق

OnFT competitive field includes both dedicated startups and established aerospace. Joby

Environmental and Sustainability Life cycle Analysis

(أ) بالإضافة إلى انبعاثات السائل المخلف، يشمل تقييم الاستدامة الكاملة إنتاج البطاريات، واستخراج الوقود، وإعادة تدوير النفايات في نهاية العمر، واستخدام الأراضي في الموانئ، وتتحول مركبات الإي في تي تي إل تي إل إل تي إل إلى محطة توليد الطاقة الكهربائية، وبالتالي فإن كثافة الكربون في الشبكة، في المناطق التي يرتفع فيها معدل التخصيب، يمكن أن تكون آثار دورة حياة المركبات الكهربائية أقل من 50 إلى 70 في المائة من انبعاثات الهيدروجين المشابهة باستخدام السائل الأحفورية.

المستقبل: اعتماد القوى المحركة المستعملة

ويمكن أن تؤدي هذه الصناعة دوراً تكميلياً في رؤية يمكن أن تؤدي فيها مركبات الإي في شكل كهرباء وهجينات (EVTOL) أدواراً تكميلية.

الاستنتاج: نظام الطاقة الاختيارات يحدد الطريق إلى الأمام

فنظم الطاقة الكهربائية والهجينة كل منها تنطوي على مزايا وقيود مميزة بالنسبة لطائرات الشبكة الإلكترونية للكهرباء، حيث أن التصميمات الكهربائية الكاملة توفر البساطة، وتكاليف التشغيل المنخفضة، والتشغيل الهادئ، وعدم وجود انبعاثات مباشرة، مما يجعلها مثالية بالنسبة للبيئات الحضرية الكثيفة السكان - ولكن تحد من كثافة الطاقة الحالية للبطارية، وتوفر النظم الهجينة النطاقات أسرع للوقود، وتوفر المرونة التشغيلية على حساب أعلى درجة من التعقيد، وتكاليف الصيانة، وبعض الأهداف.