Ce sunt aeronavele hibride-electrice?

Aeronavele hibride electrice reprezintă o schimbare semnificativă a tehnologiei de propulsie prin integrarea motoarelor tradiţionale cu ardere, de obicei turbine sau Pisc cu motoare electrice şi sisteme de baterii. Spre deosebire de aeronavele electrice pure, hibrizii reţin un motor cu ardere de combustibil care poate reîncărca bateriile în zbor sau poate furniza energie mecanică directă, în timp ce motoarele electrice ajută în timpul decolării, al urcării şi aterizării cele mai mari faze de energie. Această configuraţie poate reduce consumul global de combustibil cu 20

Există două arhitecturi principale: hibrizi de serie, în cazul în care motorul cu ardere conduce doar un generator la motoarele electrice și bateriile de încărcare, și hibrizi paralele, în cazul în care atât motorul și motoarele pot transforma direct elice sau ventilatoare. Unele modele utilizează o abordare turboelectrică, cu o turbine de gaz generatoare de energie electrică pentru ventilatoare electrice distribuite . Aranjament care promite redundanță ridicată și aerodinamică îmbunătățită. Aceste sisteme sunt deosebit de potrivite pentru zboruri pe distanțe scurte sub 1000 km, în cazul în care penalizarea de greutate a bateriilor este mai puțin severă și frecvente decolări și debarcări maximizează beneficiul impulsului electric.

Provocări critice care reţin aeronavele hibride-electrice

Densitatea și greutatea energiei bateriei

Bariera cea mai formidabilă rămâne tehnologia bateriilor. Celulele litiu-ion actuale furnizează aproximativ 250

Dincolo de densitatea energiei, managementul termic este o problemă critică. Bateriile generează căldură semnificativă în timpul deversării de energie înaltă, în special în timpul decolării. Fără răcire adecvată, performanța se degradează rapid, și riscurile de siguranță crește. Sistemele active de răcire lichid adaugă greutate și complexitate, în continuare erodarea capacității de încărcare utilă.

Infrastructura și barierele în materie de costuri

Companiile aeriene și aeroporturile se confruntă cu o problemă de pui și ouă: fără o flotă de aeronave hibride, nu există niciun stimulent pentru instalarea stațiilor de încărcare de mare putere la porți; fără infrastructură de încărcare, operatorii nu se pot angaja în flote hibride. Încărcarea rapidă pentru pachete mari de baterii

Certificarea și nesiguranța în materie de reglementare

Autoritățile aeronautice, cum ar fi FAA și AESA, nu au finalizat încă standardele de certificare pentru sistemele de propulsie hibridă. Întrebări privind modurile de avarie, interferența electromagnetică a cablurilor de înaltă tensiune și izolarea împotriva incendiilor cu baterii rămân nerezolvate. Societatea inginerilor auto (SAE)] și EASA au emis orientări preliminare, dar reglementările cuprinzătoare nu pot fi gata până la sfârșitul anilor 2020, ceea ce întârzie intrarea comercială.

Complexitatea sistemului și integrarea aeronavelor

Integrarea a două surse de energie, electronice de putere, și un sistem sofisticat de management al energiei adaugă o complexitate semnificativă la proiectarea aeronavelor. Greutate și echilibru schimbare dinamică ca descărcarea bateriilor, care necesită algoritmi avansate de control al zborului. Cerințe de Redundanță pentru componentele de multiplicare a siguranței, creșterea costurilor de întreținere. Interacțiunea dintre sistemele electrice și termice prezintă, de asemenea, provocări de căldură de uzură de la motoare și invertoare trebuie să fie gestionate fără a crește drag prin conducte de răcire supradimensionate.

Oportunități care conduc industria înainte

Reduceri adânci ale emisiilor

Sectorul aviației este supus unei presiuni extreme pentru a obține emisii de CO2 nete emisii de carbon [ până în 2050. Avioanele hibride pot reduce emisiile de CO2 cu 30 2016/1350% în comparație cu cele regionale actuale, în special atunci când sunt combinate cu combustibili de aviație durabili (SAF) arși în motorul cu ardere. Asociația Internațională de Transport Aerian (IATA) a vizat platformele hibride-electrice ca pilon-cheie pentru rutele pe distanțe scurte. În plus, zborul electric produce zero poluanți atmosferici locali și particule în materie de îmbunătățire a calității aerului în jurul aeroporturilor.

Costuri de funcționare mai mici în timp

În timp ce costurile de achiziție inițială sunt ridicate, propulsie hibrid-electric oferă costuri de funcționare mai mici pe zbor. Motoarele electrice necesită mai puțină întreținere decât motoarele complexe cu turbine, cu mai puține piese în mișcare. Electricitatea este mai ieftină pe unitate de energie decât combustibilul cu jet în majoritatea regiunilor, iar motorul cu ardere poate funcționa la o eficiență optimă, decât să-și modifice viteza de decolare. Studii efectuate de ]Rolls-Royce sugerează că sistemele hibride-electrice ar putea reduce costurile de funcționare directă cu 25 2012 [30] pe rute de 500 de kilometri după maturizarea tehnologiei.

Reducerea zgomotului și integrarea mobilității aerului urban

Motoarele electrice sunt mult mai silenţioase decât motoarele tradiţionale. O aeronavă hibrid-electrică poate opera cu propulsie electrică aproape silenţioasă în timpul taxiului, apropierii şi aterizării, reducând urmele sonore din jurul aeroporturilor cu până la 70%. Aceasta deschide uşa pentru ore de operare prelungite şi relaţii comunitare mai strânse. Aceeaşi tehnologie este fundamentală pentru aeronavele electrice verticale de decolare şi aterizare (EVTOL), care pot în cele din urmă să hrănească pasagerii la companiile aeriene hibride-electrice regionale într-o reţea multimodală fără probleme.

Conducta de creștere și inovare a pieței

Peste 10 miliarde de dolari au fost investiţi în startup-uri pentru aviaţie hibridă şi electrică începând cu 2020.Printre principalii jucători se numără Harbinger, alături de producători moștenitori precum Airbus (cu demonstratorul său E-Fan X) și Boeing[ (prin filiala sa Wisk Aero. Aceste eforturi sunt sprijinite de programe guvernamentale precum Institutul de Tehnologie Aerospațială din Regatul Unit și întreprinderea comună UE pentru aviație curată.Piața aeronavelor hibride-electrice este proiectată să atingă 18 miliarde de dolari cu 2035, conduse în mare măsură de companiile aeriene regionale care doresc să modernizeze flotele și să îndeplinească obiectivele privind emisiile.

Viitor Outlook: Când vom vedea zboruri hibride-Electric?

Mai multe termene de certificare indică începutul anilor 2030 ca fiind primele livrări comerciale. Heart Aerospace își propune să aibă 30 de pasageri ES-30 în funcțiune până în 2028, folosind un sistem hibrid pentru până la 400 km de gamă exclusiv electrică. Între timp, parteneri mai mari precum United Airlines și Mesa Air Group au plasat comenzi condiționate. Cu toate acestea, mulți analiști cred că adoptarea la scară largă va necesita o altă generație de baterii și electronice electrice, împingând implementarea pe scară largă a flotei la mijlocul anilor 2030.

Calea de urmat depinde de progresul coordonat: producătorii de baterii trebuie să dubleze densitatea energetică în timp ce realizează siguranţa de grad aviaţional; autorităţile de reglementare trebuie să finalizeze cadrele de certificare; aeroporturile trebuie să investească în infrastructura de încărcare cu megawaţi. Dacă aceste piese se încadrează în funcţiune, aeronavele hibride-electrice nu vor fi doar o soluţie de nişă, ci noul standard pentru călătoriile pe distanţe scurte de transport şi decarbonizare, un pas critic în aviaţia decarbonizare, menţinând în acelaşi timp conectivitatea de care depind economiile globale.

Pe termen lung, aeronavele pur electrice și pe bază de hidrogen pot domina, dar tehnologia hibrid-electrică oferă o punte pragmatică care mobilizează infrastructura existentă de combustibil în timp ce conduc inovația în propulsie electrică. Provocările sunt reale, dar oportunitățile de ionizare, economice și operaționale sunt suficient de convingătoare pentru a susține angajamentul industriei.