Прототип Еліс Авіації. Ян Лангсдон / EPA
Уряд Великобританії планує заборонити продаж нових звичайних бензинових та дизельних автомобілів по 2040. Зрозуміло, що планується, щоб усі громадяни їздили на електричних або гібридно-електричних автомобілях, а ще краще - їздили на велосипедах. Але чи може електрифікація допомогти скоротити викиди від цієї інтенсивної вуглецевої форми пасажирського транспорту?
Це складне питання і питання, де важливий розмір. Можливо, для невеликих літальних апаратів живиться електрика. Насправді кілька компаній вже розробляють невеликі електромобілі, і вони могли б вийти на ринок всередині наступні кілька років.
Але для великих літальних апаратів, якими ми всі користуємось частіше, навряд чи це станеться незабаром. Проблема полягає не в технології руху, а в накопиченні енергії. Реактивне паливо містить приблизно 30 разів більше енергії на кілограм, ніж найдосконаліший літій-іонний акумулятор, який зараз є.
Найбільший у світі пасажирський літак, Airbus A380, може пролетіти пасажирами 600 кілометрів 15,000 за один рейс. Але, за моїми підрахунками, з батареями він міг пролетіти лише трохи більше 1,000 кілометрів. Навіть якби всі пасажири та вантажі були замінені акумуляторами, дальність все-таки була б меншою за 2,000 кілометрів. Щоб зберегти свій нинішній діапазон, літаку знадобляться батареї вагою 30 в рази більше, ніж його поточне споживання палива, це означає, що він ніколи не зійде з землі.
Цей виїзд особливо поганий для дальних польотів, оскільки паливо складає половину ваги літака при зльоті. Більше того, звичайний літак стає легшим у міру споживання палива, але електромобіль повинен мати таку ж вагу акумулятора протягом усього польоту. Як я вже сказав, розмір має значення.
Для легкого літака на п'ять-десять місць паливо, ймовірно, становитиме 10% до 20% від маси літака. Проста заміна палива на батареї все ще може скоротити відстань, яку літак може пролетіти на непрактичну кількість. Але заміна двох-трьох пасажирів додатковими батареями дала б відстань від 500 кілометрів до 750 кілометрів, порівняно з дальністю, що працює на паливі понад 1,000km.
Перша комерційна модель
Однак може бути і інший варіант. Ізраїльська фірма Авіація Нещодавно було відкрито прототип версії, на яку вона стверджує, що буде першим у світі комерційним повністю електричним пасажирським літаком. Літак, названий Alice, не просто замінює реактивне паливо для акумуляторів, але - це абсолютно нова концепція дизайну, яка покращує спосіб інтеграції системи приводу в повітряну рамку. Перевозячи дев'ять пасажирів з дальністю 1,000km, Аліса, як очікується, почне послугу в 2022.
Аліса може бути практичною альтернативою для малих регіональних подорожей, але не для більшості регулярних пасажирських рейсів, навіть коротких маршрутів. Тож як тут може допомогти електрифікація? Удосконалення технології акумулятора - один із варіантів. Нова технологія, відома як літій-повітряні батареї теоретично може досягти тієї ж щільності енергії, що і реактивне паливо. Однак вони все ще знаходяться на лабораторній стадії. Враховуючи надзвичайно безпечний характер авіаційної галузі, навряд чи планувати майбутні літаки за недоведеною технологією.
Що ми з більшою ймовірністю побачимо для короткочасних польотів у наступні 20 до 30 років - це гібридні літальні апарати, які поєднують поточні турбовентиляторні двигуни з новими електричними двигунами. Ця більш гнучка гібридна система може бути оптимізована для забезпечення високої тяги, необхідної для зльоту, та щільності енергії, необхідної для тривалого круїзу.
Гібридний E-Fan X. аеробус
Це сфера, яку активно переслідують в Росії E-FanX проект, в якому беруть участь компанії Airbus, Rolls-Royce та Siemens, щоб розробити гібридно-електричний демонстраційний політ. За допомогою літака BAe 146, який зазвичай перевозить пасажирів 100, вони планують замінити один з чотирьох турбовентиляторів Honeywell літака літаком на приводний вентилятор, що приводиться в дію двомогаватним електромотором.
На початкових етапах проекту електроенергія фактично буде поставлятися газовою турбіною Rolls-Royce AE2100, розміщеною у фюзеляжі літака (основний корпус). Але E-FanX все ще буде важливим кроком в еволюції гібридної електричної технології. Airbus каже він хоче зробити цю технологію доступною для літаків з сидінням 100 2030.
Також можливо обладнати площину кількома маленькими електричними двигунами в так званій системі розподіленого приводу, яка є більш ефективною, ніж традиційні конструкції, що використовують два великих турбовентилятора. Цю ідею можна використовувати далі, поєднуючи окремий фюзеляж та крила в єдиний “змішане крило-тіло”, Більш ефективно інтегруючи пропульсори з рамою в більш аеродинамічний дизайн. Це могло б зменшити кількість енергії, яку літаку знадобиться на 20%.
Але жоден із двох головних світових виробників літаків - Boeing та Airbus, активно не переслідує технологію змішаного крила. Такий серйозний зрух у дизайні має занадто багато технічних проблем щоб зробити його комерційно життєздатним негайно. Наприклад, більшість аеропортів не змогли б розмістити літаки змішаного крила.
Немає альтернативи
На жаль, для типу польотів, які більшість з нас здійснює, наразі немає практичної альтернативи реактивним турбовентиляторам. З цієї причини основні виробники двигунів літальних апаратів вкладають значні кошти в удосконалення своїх сучасних технологій двигунів. Міжнародна асоціація повітряного транспорту вважає, що кожне повітряне судно нового покоління в середньому на 20% вигідніше, ніж модель, яку він замінює, і що авіакомпанії протягом наступного десятиліття інвестуватимуть в нові літаки 1.3 трильйонів доларів США.
Наприклад, останній двигун Rolls-Royce - Trent XWB що повноважує нове Airbus A350, продається як "найефективніший великий аеромотор у світі". Airbus стверджує, що двигун допоможе A350 досягти "25% нижчих експлуатаційних витрат, спалювання палива та викидів CO₂ порівняно з літаками попереднього покоління".
Наступне покоління двигуна Rolls-Royce, UltraFanTM, запропонує подальше скорочення споживання палива та викидів CO₂ на 20% до 25%, і воно повинно вступити в експлуатацію в 2025.
Але варто пам’ятати, що авіація в даний час вносить лише 2% до 3% загальних викидів CO₂. Це порівнюється приблизно від 30% до 35% для всього транспортного сектору і ще 30% до 35% для виробництва електроенергії.
Кількість повітряних пасажирів становить очікується подвоєння протягом наступних двох десятиліть, але це загальна кількість викидів, тому це навряд чи стане авіацією більшою частиною проблеми. Скорочення авіаційних викидів на 20% на покоління літальних апаратів, ймовірно, не може стати стабільним покращенням. Але якщо гібридні літальні апарати стануть реальністю, тоді політ справді може стати ще меншим внеском у загальні викиди, ніж сьогодні.
про автора
Дункан Уокер, старший викладач з прикладної аеродинаміки, Університет Лафборо
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
книги_технології
