Електрически самолети - бъдещето на авиацията или просто илюзия Science Online
Електрически самолет - бъдещето на авиацията или просто илюзия?
От самото начало на авиацията самолетите използват горива на основата на въглерод, като бензин или керосин. Те осигуряват голямо количество енергия спрямо теглото си, което означава, че доставят достатъчно мощност за големи търговски самолети, пътуващи по целия свят. С намаляващите петролни ресурси и ограниченията върху емисиите на парникови газове бъдещето на авиацията зависи от намирането на алтернативен източник на енергия. Електричеството е решението на този проблем?
Първата стъпка е да се разработи "повече електрически самолети", т.е. самолети с реактивно задвижване, които максимизират използването на електроенергия за всички други въздухоплавателни системи. Идеята е да се намали значително разхода на гориво чрез подобряване на енергийната ефективност на самолетите. На практика това означава намаляване на теглото на самолета и намаляване на съпротивлението, чрез подобряване на аеродинамиката и оптимизиране на профила на крилото на самолета, за да се използва по-малко гориво.
Всички тези подобрения, които могат да намалят разхода на гориво, не са достатъчни. Постигането на по-ефективни самолети изисква големи, дългосрочни решения.
Много важни нововъведения от този вид се появиха в резултат на военни изисквания. Реактивният двигател е разработен по време на Втората световна война. По този начин, като последица от свръхзвуковата скорост на състезанието по време на студената война, Чък Ягер от американските ВВС за първи път преодолява звуковата бариера с експерименталния самолет Bell X-1. Чрез разработването на нови технологии е постигнат важен напредък по отношение на производителността и надеждността на самолетите. Търговската авиация се възползва от тези технологични подобрения и по този начин междуконтиненталният въздушен транспорт се превърна в реалност.
Concorde беше в разгара на това преобразуване на военната технология във високопроизводителни търговски самолети, но въпреки феноменалните си характеристики, беше измъчван от недоволството от прекомерния си шум и замърсяване. Съвременната авиация, базирана на реактивни двигатели, постоянно се сблъсква с подобни екологични проблеми и въпреки че военните очевидно се интересуват от възможно най-бързото проектиране на самолети, мотивацията на военните за разработване на зелени технологии е по-малко очевидна. Ето защо вероятно трябва да търсим другаде за следващата голяма иновация в авиацията.
Bell X1 е първият свръхзвуков самолет в света. Concorde беше единственият търговски реактивен самолет в света. Кредит: ВВС на САЩ. Вдясно: Aero Icarus чрез Wikimedia Commons
Почистване на небето?
Самолети със слънчева енергия наскоро привлякоха вниманието на специалисти с проекта Solar Impulse, който се опита да направи първия полет около света със самолет със слънчева енергия. Въпреки че използването на слънчева енергия в авиацията е интересно техническо предизвикателство, то не е реалистичен вариант за превоз на пътници по въздух. Както се вижда, самолетът Solar Impulse изисква много голям размах на крилата поради ниската мощност, разработена от неговите слънчеви панели. Получаваната по този начин мощност е достатъчна само за транспортиране на самолета и пилота на значително разстояние.
Съхранението на батерията е ключовият ограничаващ фактор за електрическите самолети. Самолетите обикновено изискват по-дълго време за зареждане с гориво в сравнение с автомобил, така че те трябва да се презареждат бързо и ефективно. Реактивните самолети изискват период от време за зареждане с гориво приблизително идентичен с този, необходим за електрически самолет, така че електрическото презареждане от около 1 час е разумно. Критичният проблем обаче е енергийната плътност, т.е. колко енергия съхранява батерията спрямо нейното тегло.
Обикновените литиево-йонни батерии, които се използват в момента, имат максимална енергийна плътност от около 1 000 000 джаула на килограм и въпреки че някои скорошни изследвания показват, че могат да се получат по-високи енергийни плътности, батериите, изградени по тези технологии, все още не са налични. налични в търговската мрежа. Един милион джаула на килограм може да изглежда много. Въпреки това, в сравнение с енергийна плътност от 43 милиона джаула на килограм, специфична за авиационното гориво, тя вече не изглежда висока стойност. Смяната на резервоари за гориво за 43 пъти по-тежка батерия не е жизнеспособна опция - очевидно има важен проблем със съхранението на електричество, който трябва да бъде решен, преди електричеството да може да захранва търговски самолети. на големи разстояния.
Бъдещето на електрическия въздушен транспорт
В заключение можем ли да говорим за електричеството като дългосрочна визия за търговския въздушен транспорт? Въпреки очевидните технически предизвикателства, прототипът на Airbus за самолета E-Fan ще бъде пуснат в производство до 2017 г. E-Fan е много лек двуместен самолет, задвижван от два електрически двигателя и ще има скорост на полета и много по-нисък транспортен капацитет от изисквания от търговските превозвачи. въпреки това,
През следващите десетилетия тази технология може да бъде разширена и на самолети за къси разстояния и бизнес самолети - особено за въздушни маршрути, използващи витлови самолети. Airbus има средносрочни планове за такива самолети с капацитет от вероятно 60 пътници - което би било подходящо решение за полети на къси разстояния.
Изискванията за безопасност и надеждност на тези прототипи трябва да бъдат доказани, преди електрическите самолети да могат да бъдат приети от търговските авиокомпании. Точно както електрическите автомобили се нуждаят от повече време, за да се утвърдят на автомобилния пазар, така възприемането на надеждността на новите самолети ще окаже значително влияние върху доверието на потребителите в електрическите самолети.
Ако прототипи като E-Fan спечелят обществено доверие, това може да отбележи „критична точка“ за преодоляване на техническите предизвикателства, присъщи на всяка нова форма на транспорт, особено в областта на авиацията, която има традиция на бързи иновации. Технологичният напредък в новите материали, съхранението на енергия и силовата електроника може да предложи перспективата за появата на чисто електрически търговски самолети през следващите две десетилетия.