Електричний літак - майбутнє авіації або просто ілюзія Science Online
Електричний літак - майбутнє авіації або просто ілюзія?
З початку авіації літаки застосовували паливо на основі вуглецю, таке як бензин або гас. Вони забезпечують велику кількість енергії по відношенню до своєї ваги, а це означає, що вони забезпечують достатню потужність для великих комерційних літаків, що подорожують по всьому світу. Зі зменшенням запасів нафти та обмеженням викидів парникових газів майбутнє авіації залежить від пошуку альтернативного джерела енергії. Електроенергія - вирішення цієї проблеми?
Першим кроком є розробка "більш електричних літальних апаратів", тобто реактивних літаків, які максимізують використання електроенергії для всіх інших систем літаків. Ідея полягає в тому, щоб значно знизити споживання палива за рахунок підвищення енергоефективності літаків. На практиці це означає зменшення ваги літака та зменшення опору за рахунок поліпшення аеродинаміки та оптимізації профілю крила літака з метою використання меншої кількості палива.
Всі ці вдосконалення, які можуть зменшити споживання палива, недостатні. Досягнення більш ефективних літаків вимагає серйозних, довгострокових рішень.
Багато важливих нововведень такого роду з’явилися в результаті військових вимог. Реактивний двигун був розроблений під час Другої світової війни. Таким чином, в результаті надзвукової швидкісної гонки холодної війни Чак Йегер з ВПС США вперше подолав звуковий бар'єр експериментальним літаком Bell X-1. Завдяки розробці нових технологій були досягнуті важливі досягнення щодо продуктивності та надійності літаків. Комерційна авіація отримала вигоду від цих технологічних удосконалень, і таким чином міжконтинентальний повітряний транспорт став реальністю.
Concorde був на піку перетворення військової техніки на високопродуктивні комерційні літаки, але, незважаючи на свої феноменальні показники, він зазнав невдоволення своїм надмірним шумом та забрудненням. Сучасна авіація на базі реактивних двигунів постійно стикається з такими екологічними проблемами, і хоча військові, очевидно, зацікавлені в якнайшвидшому проектуванні літаків, мотивація військових розвивати зелені технології менш очевидна. Ось чому нам, мабуть, потрібно шукати в іншому місці для наступного великого нововведення в авіації.
Bell X1 був першим надзвуковим літаком у світі. Concorde був єдиним у світі комерційним реактивним літаком. Кредит: ВПС США. Вправо: Aero Icarus через Wikimedia Commons
Очищення неба?
Літаки, що працюють на сонячних батареях, нещодавно привернули увагу фахівців за допомогою проекту Solar Impulse, який намагався здійснити перший політ навколо світу за допомогою літака на сонячній енергії. Хоча використання сонячної енергії в авіації є цікавим технічним завданням, воно не є реалістичним варіантом перевезення пасажирів повітряним транспортом. Як бачимо, літаку Solar Impulse потрібен дуже великий розмах крил через низьку потужність, яку виробляють його сонячні панелі. Отриманої таким чином потужності вистачає лише на транспортування літака та пілота на значну відстань.
Акумулятор акумулятора є ключовим обмежувальним фактором для електричних літаків. Літакам, як правило, потрібно більше часу для заправки в порівнянні з автомобілем, тому їх потрібно швидко та ефективно заряджати. Реактивний літак вимагає певного періоду часу для заправки приблизно однаковим, який необхідний для електричного літака, тому електрична підзарядка приблизно 1 години є розумною. Однак критичною проблемою є щільність енергії, тобто те, скільки енергії акумулятор зберігає відносно своєї ваги.
Звичайні літій-іонні батареї, які використовуються в даний час, мають максимальну щільність енергії близько 1 000 000 джоулів на кілограм, і хоча деякі останні дослідження показують, що можна отримати вищу щільність енергії, батареї, побудовані за цими технологіями, поки що відсутні. комерційно доступні. Один мільйон джоулів за кілограм може здатися чималим. Однак, порівняно з щільністю енергії в 43 мільйони джоулів на кілограм, характерною для авіаційного палива, це вже не здається великим значенням. Заміна паливних баків на батарею, яка в 43 рази важча, не є життєздатним варіантом - очевидно, є важлива проблема зі зберіганням електроенергії, яку потрібно вирішити, перш ніж електроенергія зможе живити комерційні літаки. на великі відстані.
Майбутнє електричного повітряного транспорту
На закінчення, чи можна говорити про електроенергію як довгострокове бачення комерційного повітряного транспорту? Незважаючи на очевидні технічні проблеми, прототип Airbus для літака E-Fan буде запущений у виробництво до 2017 року. E-Fan - це дуже легкий двомісний літак, що працює від двох електродвигунів і матиме швидкість польоту і значно менша транспортна спроможність, ніж та, що потрібна комерційним перевізникам. Однак,
У найближчі десятиліття ця технологія може бути поширена на літаки на короткі відстані та бізнес-літаки, особливо для повітряних маршрутів, що використовують гвинтові літаки. Airbus має середньострокові плани щодо таких літаків місткістю, мабуть, 60 пасажирів - що було б підходящим рішенням для перельотів на короткі відстані.
Вимоги до безпеки та надійності цих прототипів повинні бути доведені до того, як комерційні авіакомпанії зможуть прийняти електричні літаки. Подібно до того, як електромобілям потрібно більше часу, щоб утвердитися на автомобільному ринку, і те, як сприймається надійність нових літаків, матиме значний вплив на довіру споживачів до електричних літаків.
Якщо такі зразки, як E-Fan, завоюють довіру громадськості, то це може означати "критичну точку" у подоланні технічних проблем, властивих будь-якому новому виду транспорту, особливо в галузі авіації, яка має традицію швидких інновацій. Технологічний прогрес нових матеріалів, накопичувачів енергії та силової електроніки може запропонувати перспективу появи чисто електричних комерційних літаків у найближчі два десятиліття.