Güneşe Karşı Yol Uçuşu

Havacılık endüstrisi karbon ayak izi düşürmek için baskıya sahiptir. Tamamen elektrikli ticari uçak uzun vadeli bir hedef olarak kalırken, yakın vadeli stratejiler yakıtın arttırılmasına yoğunlaşır ve hatta en umut verici avenues bir tanesi, hibrit elektrikli konfigürasyonlarda bile şarja katkıda bulunur.

Bu yaklaşım bilim kurgusu değildir. Solar Impulse 2 gibi deneysel uçaklar, sürekli güneş enerjisinin ana uçak yüzeyine taşınmasını gösterdiler, ticari ve genel havacılık için, saf fizibiliteden pratik, maliyet-malzeme döngülerine doğru geçişler yapmak için meydan okumalar yapılır.Bu makale temel stratejileri ve tasarımcıların güneş enerjisinin ana akım uçak yüzeyindeki tasarıma, kalan engellere ve daha temiz bir geleceğe doğru giden araştırma noktalarına doğru giden araştırma noktaları.

Temel Fizik ve Mühendislik Kıtları

Belirli tasarım taktiklerine dalmadan önce, 35,000 feet'te güneş entegrasyonunu yöneten fiziksel ve operasyonel sınırları anlamak önemlidir, ancak paneller hala güneşe göre yaklaşık 1.000 watt sağlar, ancak bu rakam yüksek irtifa, bulut kapağı ve açı ile önemli ölçüde azalır. 35,000 feet'de bir uçak zemin seviyesinden daha güçlü bir geri çekilme alır, ancak paneller hala güneşe göre geniş çaplı değişimlerle karşılaştırıldığında geniş çaplı değişimlerle ilgilidir.

Güneş hücreleri için tipik bir havayolur üzerindeki kullanılabilir alan sınırlıdır. Kanatlar en büyük sürekli yüzeyleri sunar, ancak aynı zamanda aerodinamik asansör için de kritiktir. Herhangi bir propost veya hatta yüzey dokusundaki bir değişiklik artabilir. Benzer şekilde, fuselage, katı panellerin kurulumunu zorlayan eğri yüzeyler sunar.

Key Technical Hurdles

  • [FONT=0]Weight bütçesi:[Dönetici:0) Tipik bir monokristal silikon paneli, kare metre başına 10-15 kg ağırlığında ağırlığındaki 10 ila film alternatifleri bu ağırlığı yarıya çıkarabilir, ancak fedakarlık verimliliğini artırabilir.
  • [FONT:0]Aerodinamik temiz hatları: [Dönetici: Güneş hücreleri, sınır tabaka bozulmasından kaçınmak için bir kompozit laminatta yıkanmalıdır.
  • [FONT:0] ⁇ yönetimi: [DÜDÜT:1] PV hücreleri ısı yaratır; yüksek irtifalarda soğutma zorlanır ve aşırı ısıtma verimliliği ve yaşam süresini azaltır.
  • [FONT:0) Kullanılabilirlik: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Döneticiler: UV radyasyonu, termal bisiklet, vibrasyon, selam, sıcak, sıcak, sıcak, sıcak, sıcak, yıldırım grevleri ve sıvı maruz kalma (yakıt, kimyasalları)
  • [FONT:0) Avanoniklerle Integration:[Dönetici: Güçlendirme, maksimum güç noktası izleme (MPPT), ve yedek parçanın uçak elektrik sistemi ile ağ kurması gerekir.

Bu engellere rağmen, malzemeler bilimi ve güç elektroniklerinde sürekli ilerleme deneysel prototipler ve üretim çözümleri arasındaki boşluğu kapatıyor.

Strateji 1: Hafif ve Esnek Güneş Malzemeleri

Kilo cezasını azaltmak için en basit yol, özellikle de havacılık uygulamaları için tasarlanmış güneş hücrelerini benimsemektir. Geleneksel silikon wafer hücreleri doğrudan uçak ciltleri için kullanılan kompozit yapılara kadar kullanılmaktadır.

Perovskite güneş hücrelerindeki son atılımlar, laboratuvar efficileri tek parçalı konfigürasyonlarda %25'in üzerinde elde eden, özellikle de çekicidir. Perovskites düşük maliyetle ve çok düşük yoğunlukla, temel zayıflığı, nem ve oksijene karşı kırılganlıklarıyla, , daha fazla sayıdaki betonsuz bir ortamdaki betonarmeye devam eden tekniklerle ele alınacaktır.

Daha fazlası. Add-On Panel

Bu yaklaşım, üst yüzeydeki sert panellere adanmıştır. Modern tasarımlar cam veya karbon fiber-reinforced polimer derisinin kendi başına transfer kayıpları nedeniyle biraz daha hafif alır ve onarım prosedürleri, bir hücre başarısız olduğunda çevresel saldırıdan korunur.

Strateji 2: Aerodinamik Olarak Seçilmiş Yerinizi optimize etti

Bir uçağın tüm alanları eşit güneş ışığı almak veya Cessna Caravan veya sonraki hibrit elektrikli prototipler gibi yüksek performanslı tasarımları için doğrudan güneş ışığı görüyor: uçuşun çoğu için doğrudan güneş ışığı görüyor (bitkiler hariç) ve nispeten düz bir çok uçakta.

Yatay stabilizatörü başka bir adaydır. Üst yüzeyi güneş ışığı alır, ancak toplam alan daha küçüktir.Felage'de sadece en iyi yarısı yararlıdır; yan yana hücreler, günlük ve zamanlara bağlı olarak farklı güç üretir. Bazı tasarımları dikey stabilizatörlere dahildir, ancak fayda, küçük alandan dolayı marjinaltir.

Yüzey eğriliği ve Kısıtılabilirlik

Esnek hücreler bileşik eğrileri takip edebilir, ancak bent olduğunda, mikrokracaları geliştirebiliyor veya verimliliği kaybedebilirler, uçuş yükleri sırasında deride haritalama yapmak için tahmin edilebilir modellemeyi kullanırlar. Hücreleri maksimum eğriliği yönünden paralel olarak hücrelere yönlendirerek, üreticiler stres azaltır. Gelişmiş üretim tekniklerini, fiber yerleştirme hücreleri ile kombine inline hücre depozisyon gibi, eğriliği tam olarak nereye yerleştirilme hücrelerin en düşük olduğu yere yerleştirilmesine izin verir.

Strateji 3: Gelişmiş Enerji Depolama ve Güç Yönetimi

Bir uçaktaki güneş panelleri sadece aydınlatıldığında elektrik üretir. Bulutlu koşullarda güç sistemleri, gece veya düşük ak segmentleri, verimli bir enerji depolama sistemi temeldir. Güneş destekli uçuş için bataryalar sıkı gereksinimleri karşılamalıdır: yüksek özel enerji (Wh/kg), yüksek yaşam, hızlı şarj yeteneği ve güvenlik sertifikası (DO-160 uyumluluk).

Lityum-iyon kimyagerleri hükmediyor, ancak yeni sağlam devlet pilleri önemli gelişmeler vaat ediyor. Katı devletli bir batarya, havacılık için gerekli olan termal istikrara ihtiyaç duyan 400-500 Wh/kg, bugün en iyi lityum-iyon paketlerine kıyasla, ana depolama sırasındaki gibi geçici yükleri ele geçirebilmeleri için sağlam bir şekilde gelişmiştir.

Güç durumu ve Dağıtım

Güneş panelleri, ışık yoğunluğu ve sıcaklığına bağlı olarak doğrudan mevcut (DC) gerilimi.Sürücükler (MPPT) yükleri mümkün olan en yüksek gücü çıkarmak için ayarlar. Bu birimler hafif, verimli (>98%), ve geniş bir gerilim aralığı üzerinde işletme yeteneğine sahiptir. Tipik bir mimaride, MPPT batarya ve malzemeleri doğru olmayan bir şekilde beslemektedir.

Strateji 4: Kompleksiz Yapısal Bütünleşme

Uçakların yapısı uçuş yüklerini taşımak için sertifikalandırılmalıdır, baskı döngüsüne karşı ve hayatta kalan kuş grevlerini zayıflatır ve zayıf yönleri sunar. kanıtlanmış bir yöntem, güneş hücrelerini bir sandviç panelinde bir güç-genekon tabakası olarak kullanmaktır. Dış yüz sayfası, etki direnci sağlar, temel (honeycom veya köpük) sertliği sağlar ve iç yüz levhası sertliği taşır.

Mühendisler ayrıca yüksek geçiş frekanslarında çalışan elektromanyetik müdahaleyi de göz önünde bulundurmaktadır, iletişim ve navigasyon ekipmanlarını etkileyen gürültüyü yayabilirler. Shielding ve filtreleme dahil edilmeli, kitle eklemek ancak RTCA DO-160 gibi standartlarda uyum sağlamalıdır.

Bakım ve Onarım

Güneş hücresi başarısız olursa, tüm panel alanı güç kaybedebilir. Tasarımcılar, bu konuyu birçok küçük, bağımsız olarak dizeli bölgeye ayırarak ele geçirebilirler.Tek başarısız bir hücre sadece yerel bir damlaya neden olur, toplam bir kayıp değildir. onarım edilebilirlik için, hücrelerin tek kullanımlık bir dışlama için tercih edilir.

Strateji 5: Hybrid-Elektrik Propulsion Synergy

Uçakta güneş enerjisinin en etkili kullanımı, elektrik tahrikli motorlarla çiftleşiyor. Hibrit elektrikli bir mimaride, iç yanma motorlarında (turbofans veya piston motorları) temel güç sağlarken, elektrikli motorlar yüksek talep edilen aşamalarda ithaf ve tırmanma işlemi sırasında iter. Solar paneller motorlar şarj eder.

Kısa mesafeli uçaklar için, güneş entegrasyonu özellikle caziptir. Bu uçak, uçuş zamanlarının daha yüksek bir kısmını güneş bataklığı aşamasından ve inişten kaçmak için ayırmaktadır.

Güneş Rejeneratif Descent

Sık sık göz ardı edilen bir fırsat, güneş enerjisinin yüzeyden çekilmesi, tamamen elektrikli taksi veya yaklaşım için şarj olmadan çalıştırılması için kullanılan güneş enerjisinin yüksek irtifada gücü üretmeye devam eden bir araçtır.

Mevcut Programlar ve Gerçek Dünya Şeytanları

Güneş Impulse 2 2016'da canlanma, uzun süredir güneş uçuşunın hafif, yüksek riskli bir platformda kalması için mümkün olduğunu gösterdi.O zamandan beri, birkaç program pratik uygulama hedefliyor.Ajan Zephyr, yüksek çözünürlükte bir püf noktası (HAPS), güneş hücresini straferde tutmak için kullanıyor.

Genel havacılık tarafında, şirketleri gibi ACT:0)Sunny Days Havacılık[DÜT:1) (önetici için yer sahibi; gerekirse gerçek bir varlıkla değiştirilmesi) mevcut hücrelerle güneş enerjisine uygun olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşmektedir.

Almanya'da bulunan araştırma kurumları:0)Alman Havacılık Merkezi (DLR)) rüzgar tünellerinde aktif olarak fotovoltaik laminatlar depolanır, güç nesli ile yük arasındaki ticaretten ayrılır. Preliminary sonuçları dikkat etmek için% 1'den daha az olduğunu gösteriyor, sürüklenme artışı, 100-150 W/m2 yüksek irtifada 100-150 W/m2'yi yüksekliğe yükseltiyor.

Maliyet, Sertifika ve Pazar Okuma

Teknik ilerlemeye rağmen, ekonomik ve düzenleyici engeller önemli kalır. Uçaklar için güneş panelleri diğer uçak bileşeni olarak aynı standartlarda sertifikalandırılmalıdır. Yeni bir malzeme veya sistem için sertifika maliyetleri 1 milyon doları aşabilir ve 2-5 yıl sürebilir. Yatırımın geri dönüşü havayolu ve uçak üreticileri için kanıtlanmalıdır: ilk primi haklı çıkarır mı?

Uzun süredir genişbolar için, şu anda güneş panelinin ek ağırlığı, yolcunun düşük olduğu ve uçuş süresi uzun karanlık dönemler içerir.Bölgesel turbopropler ve iş jetleri için, matematik daha olumlu olacaktır. Erken kabul edilen segmentler muhtemelen daha düşük sertifikasyon yükü ve daha kısa uçuşlar güneş yetenekleri ile uyumlu olacaktır.

Future Outlook ve Next-Generation Materials

Önümüzdeki üç teknolojik trend güneş entegrasyonunu hızlandıracak. İlk, [[Dönetici güneş hücreleri ) Her iki taraftan ışık yakalayabiliyor, potansiyel olarak yansımaları olmayan güç transferleri veya zemini [Döneticileri veya yarı-transbeveyn camları[Döneticileri) ile şarj edilebilir, ancak bu kavramsal olarak da adlandırılır.

Hafif kompozitlerin yakınlaştırılması, yüksek verimsiz filmler ve sağlam devlet bataryaları, güneş destekli uçuşun vizyonunu gerçeğe daha yakınlaştırır. 2035 yılına kadar, her yeni bölgesel uçağın daha sürdürülebilir bir gökyüzüne doğru sunacağı kesindir.

[FONT:0)Related resources:[Dönemli hava havacılık teknolojisi üzerinde daha fazla okuma için, [FONTD:2))IY Çevre Koruma web sitesi) ve [[FONTFLT:4))))