Elektriska flygplan - Electric aircraft
| Del av en serie om |
| Flygplanets framdrivning |
|---|
|
Axelmotorer : drivande propellrar , rotorer , kanalfläktar eller propfans |
| Reaktionsmotorer |
Ett elplan är ett flygplan som drivs av el , nästan alltid via en eller flera elmotorer som driver propeller. Elektricitet kan levereras med olika metoder, de vanligaste är batterier eller solceller .
Eldrivna modellflygplan har flugits åtminstone sedan 1970-talet och var föregångare till de små obemannade flygbilarna (UAV) eller drönare, som under tjugoförsta århundradet har blivit allmänt använda för många ändamål.
Även om besättningsflyg i en elektriskt bunden helikopter går tillbaka till 1917 och i luftskepp till förra seklet, gjordes den första bemannade gratisflygningen med ett eldrivet flygplan, MB-E1 , inte förrän i oktober 1973 och de flesta besatta elektriska flygplan idag är fortfarande bara experimentella prototyper. Mellan 2015 och 2016 slutförde Solar Impulse 2 en kringgång av jorden med hjälp av solenergi. På senare tid har intresset för elektriska passagerarflygplan ökat, både för kommersiella flygplan och personliga flygbilar .
Strömlagring och strömförsörjning
Nästan alla elektriska flygplan har hittills drivits av elmotorer som driver dragproducerande propeller eller lyftgenererande rotorer . Några av de propellerdrivna typerna har varit luftskepp .
CO
2utsläpp har genom sin effekt på klimatförändringen nyligen blivit en viktig drivkraft för utvecklingen av elektriska flygplan, med en nollutsläpps elektrisk drivlina som är målet för vissa utvecklingsteam. Luftfarten står för 2,4% av alla fossila bränslen härrörande CO 2 utsläpp, och dess andel av det totala ökade med 32% mellan 2013 och 2018. En annan fördel är möjligheten för brusreducering, i en industri med en svår buller och bekämpning problem. Elmotorer tappar inte heller kraft med höjd, till skillnad från förbränningsmotorer, vilket undviker behovet av komplexa och dyra åtgärder som används för att förhindra detta, till exempel användning av turboladdare .
Mekanismer för lagring och leverans av nödvändig el varierar avsevärt, och var och en har tydliga fördelar och nackdelar. Mekanismer som används inkluderar:
- Solceller omvandlar solljus direkt till elektricitet med hjälp av fotovoltaiska material.
- Batterier som använder en kemisk reaktion för att generera el som vänds när de laddas.
- Bränsleceller förbrukar bränsle och en oxidator i en kemisk reaktion för att generera elektricitet, de måste tankas, vanligtvis med väte.
- Ultrakondensatorer är en batteri/kondensatorhybrid som frigör lagrad energi i en elektrokemisk reaktion och kan laddas snabbt.
- Mikrovågsenergi som strålar från en fjärrsändare.
- Strömkablar anslutna till en jordbaserad strömförsörjning.
Solceller
En solcell omvandlar solljus direkt till el, antingen för direkt ström eller tillfällig lagring. Solcellens effekt är låg och kräver att många kopplas ihop, vilket begränsar deras användning. Typiska solpaneler med 15-20% konverteringseffektivitet (solljusenergi till elektrisk kraft) ger cirka 150–200 W/m 2 (0,019–0,025 hk/kvm) i direkt solljus. Användbara områden är ytterligare begränsade eftersom utmatning från en dåligt fungerande panel påverkar utmatningen från alla panelerna på dess krets, vilket betyder att de alla kräver liknande förhållanden, inklusive att vara i en liknande vinkel som solen och inte maskeras av skugga.
Mellan 2010 och 2020 har solenergimoduler minskat i kostnad med 90% och fortsätter att sjunka med 13-15% per år. Solcellseffektiviteten har också ökat väsentligt, från 2% 1955 till 20% 1985, och vissa experimentella system överstiger nu 44%.
Den fria tillgängligheten av solljus gör solenergi attraktiv för applikationer på hög höjd med lång uthållighet, där kyla och minskad atmosfärisk störning gör dem betydligt effektivare än på marken. Nedgången i torrluftstemperaturen när höjden ökar, kallad Environmental Lapse Rate (ELR) , är i genomsnitt 6,49 ° C/km (memorerad i pilotträning som 1,98 ° C/1,000 ft eller 3,56 ° F/1000 fot) så att temperaturen för en typisk flygplanets marschhöjd på cirka 35 000 fot (11 000 m) kommer att vara väsentligt lägre än på marknivå.
Nattflygning, till exempel för uthållighetsflyg och med flygplan som ger 24 -timmars täckning över ett område kräver vanligtvis ett reservlagringssystem, som laddas under dagen från överskottskraft, och levererar ström under mörkret.
Batterier
Batterier är den vanligaste energilagringskomponenten ombord på elektriska flygplan på grund av deras relativt höga lagringskapacitet. Batterier drev luftfartyg först under artonhundratalet men bly-syrabatterierna var mycket tunga och det var inte förrän vid ankomsten av andra kemier, såsom nickel-kadmium (NiCd) senare på 1900-talet, blev batterierna praktiska för tyngre än -luftfartyg . Moderna batterier är mestadels uppladdningsbara typer baserade på litiumteknik.
År 2017 uppskattades den tillgängliga effekten från batterier till cirka 170 Wh/kg, 145 Wh/kg vid axeln inklusive systemeffektivitet, medan en gasturbin extraherade 6.545 Wh/kg axeleffekt från ett 11.900 Wh/kg bränsle. År 2018 uppskattades litiumjonbatterier inklusive förpackningar och tillbehör att ge 160 Wh/kg medan flygbränsle gav 12 500 Wh/kg.
Potentialen för helelektrisk framdrivning är fortfarande begränsad för allmän luftfart , eftersom 2018 den specifika energin för ellagring fortfarande bara var 2% av flygbränslet . Detta 1:50-förhållande gör elektrisk framdrivning opraktisk för långdistansflygplan, eftersom ett uppdrag på 500 nmi (930 km) för ett helelektriskt 12-passagerarflygplan skulle kräva en sexfaldig ökning av batteritätheten.
Från och med 2019 uppnådde de bästa litiumjonbatterierna 250-300 Wh/kg, tillräckligt för ett litet flygplan, medan ett regionalt flygplan skulle ha behövt ett 500 Wh/kg batteripaket och ett Airbus A320- storlek enstaka gång skulle behöva 2 kWh/kg. Sådana batterier kan minska de totala driftskostnaderna för vissa kortdistansflygningar. Till exempel kostar 300 kWh batteripaket som används i Harbor Air Beavers cirka 30 dollar för kanadensare att ladda jämfört med 160 dollar för att köra Pratt & Whitney R-985 Wasp Junior- bensinmotorn i en timme, när den bränner 91 l; 24 US gal (20 imp gal).
Laddning
Den SAE International AE-7D kommitté bildades av Electro.Aero i 2018 att standardisera elektrisk flygplans laddning och energilagring. Ett av de första dokumenten som utvecklades var AS6968-standarden för laddning av elektriska flygplan med sub-megawatt. AE-7D-kommittén utvecklar också Aerospace Information Report AIR7357 för laddning av megawatt effektnivå.
Ultraljudskondensatorer
En ultrakondensator är ett hybridelektrokemiskt energilagringssystem som överbryggar batterier och kondensatorer och har vissa fördelar jämfört med batterier i att kunna ladda och ladda ur mycket snabbare med högre toppströmmar, samtidigt som det inte är lika begränsat i antalet laddningsurladdningscykler som reaktion är inte bara kemisk utan också elektrisk.
Deras energitäthet, vanligtvis cirka 5 Wh/kg, är dock långt under batteriets, och de är betydligt dyrare, även om deras längre livslängd räknas in.
Bränsleceller
En bränslecell använder reaktionen mellan två kemikalier som väte och syre för att skapa elektricitet, ungefär som en raketmotor med flytande drivmedel , men genererar elektricitet i en kontrollerad kemisk reaktion, istället för dragkraft. Medan flygplanet måste bära vätet (eller ett liknande bränsle), med sina egna komplikationer och risker, kan syret fås från atmosfären.
En Diamond HK36 Super Dimona- motorflygplan som modifierats av Boeing som ett bränslecellsdemonstrationsflygplan gjorde piloterade testflygningar 2008 med ett protonbytesmembran (PEM) bränslecell/ litiumjonbatterihybridsystem , och de har använts i flera NASA-fordon inklusive satelliter och rymdkapslar , även om dessa också måste bära en oxidationsmedel.
Ytterligare forsknings- och utvecklingsarbete krävs innan de är konkurrenskraftiga i flygplan, eftersom de är mer än tio gånger så dyra som batterier.
Mikrovågor
Effektstrålning av elektromagnetisk energi som mikrovågor är beroende av en markbaserad strömkälla. Men jämfört med att använda en strömkabel, tillåter kraftstrålning flygplanet att röra sig i sidled och har en mycket lägre viktavgift, särskilt när höjden ökar. Tekniken har bara demonstrerats på små modeller och väntar på praktisk utveckling i större skala.
Externa strömkablar
För motorfordon som byter ut bundna aerostater kan en elektrisk strömkabel anslutas till en markbaserad strömförsörjning, till exempel en elektrisk generator eller det lokala elnätet . På låga höjder undviker detta att behöva lyfta batterier och användes av det experimentella observationsfordonet Petróczy-Kármán-Žurovec PKZ-1 från 1917. Men ju högre den flyger, desto tyngre blir kabelns längd.
Framdrivning
Elektriska motorer
Även om batterierna väger mer än motsvarande i bränsle, väger elmotorer mindre än kolvmotorer och i mindre flygplan som används för kortare flygresor, kan skillnaden mellan elektrisk och bensin energitäthet förbättras. Den MagniX Magni500 elmotor används i Harbour Air elektriska de Havilland Kanada Beaver väger 135 kg (297 lb) torr och utvecklar 560 kW (750 SHP) jämfört med Pratt & Whitney R-985 Wasp Junior med en torrvikt på 290 kg ( 640 lb), som producerar 300 kW (400 hk) som den ersätter. Andra motorer som utvecklas, till exempel hos Siemens, ger ett ännu bättre förhållande mellan effekt och vikt.
På Cessna 208 Caravan , den Pratt & Whitney Kanada PT6 A-114A utgångar 503 kW (675 SHP) och väger 160 kg (360 lb) torr.
Siemens har en 260 kW (350 hk) elektrisk motor som bara väger 50 kg (110 lb), speciellt utformad för användning i flygplan. Den jämförbara Continental IO -550 -A fram- och återgående motor ger 220 kW (300 hk) och har en torrvikt på 195,37 kg (430,72 lb). Förutom själva motorn innehåller ett elektriskt framdrivningssystem också en kraftomvandlare och måste ta hänsyn till bränslereservekvivalenten , medan bensinmotorerna har generatorer, oljekylare, bränsleledningar, pumpar och annan utrustning som måste tas med i alla jämförelser som ingår inte alla i torrvikten.
Dessutom kan effektökningen i kombination med modifieringar av kompletterande typcertifikat (STC) kompensera batteriets vikt genom att öka flygplanets bruttovikt, inklusive väsentligt landningsvikten. Flygplan som använder fossila bränslen är lättare när de landar, vilket gör att strukturen som behöver absorbera påverkan blir lättare. Med ett batteridrivet flygplan förblir vikten densamma och kan därför kräva förstärkning.
Hybridkraft
Ett hybridelektrisk flygplan är ett flygplan med en hybridelektrisk drivlina. Det lyfter vanligtvis och landar under ren och tyst elektrisk kraft och kryssar under konventionell kolv- eller jetmotorkraft. Detta gör långa flygningar praktiska, samtidigt som deras koldioxidavtryck minskar. I maj 2018 fanns det över 30 projekt, och kortdistanshybrid- elektriska flygplan tänktes från 2032. De mest avancerade är Zunum Aero 10-sits, Airbus E-Fan X- demonstratorn, VoltAero Cassio , UTC ändrar en Bombardier Dash 8 , medan en Ampaire -prototyp först flög den 6 juni 2019.
Magnetohydrodynamik
I november 2018 uppnådde MIT -ingenjörer den första gratisflygningen med ett modellflygplan utan rörliga delar, EAD Airframe Version 2 . Den drivs genom att skapa en jonvind med magnetohydrodynamik (MHD). MHD har använts för att uppnå vertikal lyft tidigare, men bara genom att koppla upp MHD -jongeneratorsystemet till en extern strömförsörjning.
Historia
Pionjärer
Användningen av elektricitet för framdrivning av flygplan experimenterades först med luftfartygets utveckling under senare delen av artonhundratalet. Den 8 oktober 1883 flög Gaston Tissandier det första eldrivna luftskeppet. Året därpå flög Charles Renard och Arthur Krebs La France med en kraftfullare motor. Även med ett luftskepps lyftkapacitet behövde de tunga ackumulatorerna som behövdes för att lagra elen kraftigt begränsa hastigheten och räckvidden för sådana tidiga luftskepp.
För en fastkopplad enhet, såsom en luftobservationsplattform, är det möjligt att köra strömmen uppåt. I ett försök att skapa en mer praktisk lösning än de klumpiga ballonger som då användes, flög den österrikisk-ungerska Petróczy-Kármán-Žurovec PKZ-1 eldrivna helikoptern 1917. Den hade en specialdesignad 190 hk (140 kW) kontinuerlig klassad elmotor tillverkad av Austro-Daimler och fick sin ström upp en kabel från en jordbaserad likströmgenerator. Men elmotorer var ännu inte tillräckligt kraftfulla för sådana applikationer och motorn brann ut efter bara några få flygningar.
År 1909 hävdades det att en elektrisk fri flygmodell hade flugit åtta minuter, men detta påstående har bestridits av byggaren av den första inspelade elektriska radiostyrda modellflygningen 1957. Effektdensitet för elektrisk flygning var problematisk även för små modeller.
År 1964 flög William C. Brown på Raytheon en modellhelikopter som fick all kraft som behövs för flygning med mikrovågstransmission .
Första prototyperna
Framgång i ett fullstort flygplan skulle inte uppnås förrän nickel-kadmium (NiCad) batterier utvecklades, med ett mycket högre energilagrings-vikt-förhållande än bly-syrabatterier. År 1973 konverterade Fred Militky och Heino Brditschka en Brditschka HB-3 motorflygplan till ett elplan , Militky MB-E1 . Den 21 oktober flög den i 14 minuter för att bli det första elektriska flygplanet som flyger under egen kraft med en person ombord.
Solcellerna utvecklades nästan parallellt med NiCad -teknik och blev långsamt också en praktiskt genomförbar kraftkälla. Efter ett framgångsrikt modellprov 1974 genomfördes världens första officiella flygning i ett soldrivet, personbärande flygplan den 29 april 1979. Mauro Solar Riser använde fotovoltaiska celler för att leverera 350 W (0,47 hk) vid 30 volt. Dessa laddade ett litet batteri, som i sin tur drev motorn. Batteriet ensamt kunde driva motorn i 3 till 5 minuter efter en 1,5 timmars laddning, så att den kunde nå en glidande höjd.
Under ledning av Freddie To, en arkitekt och medlem i Kremer- priskommittén, designades Solar One av David Williams och producerades av Solar-Powered Aircraft Developments. Ett flygplan av motorglider som ursprungligen byggdes som ett pedaldrivet flygplan för att försöka passera kanalen, flygplanet visade sig vara för tungt för att framgångsrikt kunna drivas av mänsklig kraft och konverterades sedan till solenergi med hjälp av en elmotor som drivs av batterier som laddades före flygning med en solcellsuppsättning på vingen. Jungfrunsflyget i Solar One ägde rum på Lasham Airfield , Hampshire, den 13 juni 1979.
Efter framgångsrik flygning med människor fick ett relanserat Kremer-pris besättningen lagra energi innan start. På 1980 -talet lagrade flera sådana konstruktioner elektricitet som genererades genom trampning, inklusive Massachusetts Institute of Technology Monarch och Aerovironment Bionic Bat.
Den mänskliga piloten Solair 1, utvecklad av Günther Rochelt, flög 1983 med särskilt förbättrad prestanda. Det använde 2499 vingmonterade solceller.
Det tyska soldrivna flygplanet "Icaré II" designades och byggdes av institutet för flygplanskonstruktion (Institut für Flugzeugbau) vid universitetet i Stuttgart 1996. Projektledare och ofta pilot för flygplanet är Rudolf Voit-Nitschmann, chefen för institutet. Designen vann Berblinger-priset 1996, EAA Special Achievement Award i Oshkosh, Golden Daidalos-medaljen från tyska Aeroclub och OSTIV-priset i Frankrike 1997.
Obemannade luftfordon
NASA: s Pathfinder, Pathfinder Plus , Centurion och Helios var en serie av sol- och bränslecellsdrivna obemannade flygbilar (UAV) som utvecklats av AeroVironment , Inc. från 1983 till 2003 under NASA : s program för miljöforskning för flygplan och sensorteknologi . Den 11 september 1995 satte Pathfinder ett inofficiellt höjdrekord för soldrivna flygplan på 50 000 fot (15 000 m) under en 12-timmars flygresa från NASA Dryden . Efter ytterligare modifieringar flyttades flygplanet till US Navy 's Pacific Missile Range Facility (PMRF) på Hawaii -ön Kauai . Den 7 juli 1997 höjde Pathfinder höjdrekordet för soldrivna flygplan till 21 800 m, vilket också var rekordet för propelldrivna flygplan.
Den 6 augusti 1998 höjde Pathfinder Plus det nationella höjdrekordet till 80 201 fot (24 445 m) för soldrivna och propellerdrivna flygplan.
Den 14 augusti 2001 satte Helios ett höjdrekord på 29 524 meter (96 863 fot)-rekordet för FAI klass U (experimentell/ny teknik) och FAI klass U-1.d (fjärrstyrd UAV med en massa mellan 500 och 2500 kg (1 100 och 5 500 lb)) samt höjdrekordet för propellerdrivna flygplan. Den 26 juni 2003 bröt Helios -prototypen upp och föll i Stilla havet utanför Hawaii efter att flygplanet stötte på turbulens och avslutade programmet.
Den QinetiQ Zephyr är en lätt soldriven obemannade (UAV). Från och med den 23 juli 2010 innehar den uthållighetsrekordet för ett obemannat flygfordon på över 2 veckor (336 timmar). Den är av kolfiberförstärkt polymerkonstruktion , 2010-versionen väger 50 kg (2008-versionen vägde 30 kg (66 lb)) med en spännvidd på 22,5 m (2008-versionen hade en 18 m (59 fot) vingspann). Under dagen använder den solljus för att ladda litium-svavelbatterier , som driver flygplanet på natten. I juli 2010 gjorde en Zephyr ett världsrekord UAV-uthållighetsflyg på 336 timmar, 22 minuter och 8 sekunder (mer än två veckor) och satte också ett höjdrekord på 70 742 fot (21 562 m) för FAI-klass U-1.c (på distans kontrollerad UAV med en vikt mellan 50 och 500 kg (110 och 1100 lb)).
Lätt flygplan
Det första kommersiellt tillgängliga, icke-certifierade elektriska flygplanet för produktion, Alisport Silent Club självstartande segelflygplan , flög 1997. Det drivs eventuellt av en 13 kW (17 hk) likströmsmotor som körs på 40 kg batterier som lagrar 1,4 kWh (5,0 MJ) energi.
Det första luftvärdighetscertifikatet för ett eldrivet flygplan beviljades Lange Antares 20E 2003. Även en elektrisk, självstartande 20 m (66 fot) segelflygplan/segelflygplan, med en 42 kW (56 hk) borstlös motor DC/DC och litiumjonbatterier kan den klättra upp till 3000 m (9 800 fot) med fulladdade celler. Det första flyget var 2003. År 2011 vann flygplanet Berblinger -tävlingen 2011.
År 2005 flög Alan Cocconi från AC Propulsion , med hjälp av flera andra piloter, ett obemannat flygplan med namnet "SoLong" i 48 timmar utan avbrott, helt drivet av solenergi. Detta var den första dygnet runt-flygningen, med energi lagrad i batterierna monterade på flygplanet.
2007 höll den ideella CAFE Foundation det första Electric Aircraft Symposium i San Francisco.
Den Boeing ledda FCD (bränslecell demonstrator) projekt användningar en Diamond HK-36 Super Dimona motor segelflygplan som forskningstestbädd för en vätebränslecell drivna lätta flygplan. Framgångsrika flygningar ägde rum i februari och mars 2008.
Den Taurus Electro var den första två-sits elektrisk flygplan för att någonsin har flugit, medan Taurus Electro G2 är produktionsversionen, som introducerades 2011. Drivs av en 40 kW (54 hk) elmotor och litiumbatterier för själv-sjösättning till en höjd av 2 000 m (6 600 fot), varefter motorn dras tillbaka och flygplanet sedan svävar som ett segelflygplan. Det är det första tvåsitsiga elektriska flygplanet som har uppnått serieproduktion.
Den första NASA Green Flight Challenge ägde rum 2011 och vann av en Pipistrel Taurus G4 den 3 oktober 2011.
År 2013 visade Chip Yates att världens snabbaste elektriska flygplan, ett Long ESA, ett modifierat Rutan Long-EZ , kunde överträffa ett bensindrivet Cessna och andra flygplan i en rad försök som verifierats av Fédération Aéronautique Internationale . Long ESA befanns vara billigare, har en högre maxhastighet och högre stigningshastighet, delvis på grund av flygplanets förmåga att bibehålla prestanda på höjd eftersom låg lufttäthet inte försämrar motorprestanda.
År 2017 använde Siemens ett modifierat Extra EA-300 akrobatiskt flygplan, 330LE, för att sätta två nya rekord: den 23 mars på flygfältet Dinslaken Schwarze Heide i Tyskland nådde flygplanet en toppfart på cirka 340 km/h (210 mph) ) över 3 km (1,9 mi) och nästa dag blev det det första segelflygplanet som bogserar elektriska flygplan.
Solar Impulse 2 drivs av fyra elmotorer. Energi från solceller på vingarna och horisontell stabilisator lagras i litiumpolymerbatterier och används för att driva propellrar. År 2012 gjorde den första Solar Impulse den första interkontinentala flygningen med ett solplan, som flyger från Madrid , Spanien till Rabat , Marocko.
Slutfört 2014 bar Solar Impulse 2 fler solceller och kraftfullare motorer, bland andra förbättringar. I mars 2015 startade flygplanet på den första etappen av en planerad världsresa och flyger österut från Abu Dhabi , Förenade Arabemiraten. På grund av batteriskador stannade båten på Hawaii , där batterierna byttes ut. Den återupptog omringningen i april 2016 och nådde Sevilla , Spanien, i juni 2016. Månaden efter återvände den till Abu Dhabi och fullbordade sin världsomfattande resa.
Forskningsprojekt och förslag
.jpg)
Den NASA Puffin var ett begrepp, som föreslås i 2010, för en eldriven, vertikal start och landning (VTOL), personlig luftfarkost .
Den Sikorsky Firefly S-300 var ett projekt för att flygtest en elektrisk rotor, men projektet lades på is på grund av batteri begränsningar. Världens första helskaliga helelektriska rotor var AgustaWestland Project Zero obemannade flygteknikdemonstratorer, som utförde obemannade fästningar på marken i juni 2011, mindre än sex månader efter att företaget gav den officiella klartecken.
Europeiska kommissionen har finansierat många låga TRL -projekt för innovativa elektriska eller hybriddrivande flygplan. ENFICA-FC är ett projekt av EU-kommissionen , för att studera och demonstrera ett helelektriskt flygplan med bränsleceller som huvud- eller hjälpkraftsystem. Under det treåriga projektet konstruerades och flögs ett bränslecellsbaserat kraftsystem i ett Rapid 200FC ultralätt flygplan.
Den NASA Electric Aircraft Testbed (ren) är en NASA omställbara testbädd i Plum Brook Station , Ohio, som används för att designa, utveckla, montera och testa elektrisk flygplan kraftsystem, från en liten, en eller två personer flygplan upp till 20 MW (27.000 hk ) flygplan . NASA-forskningsavtal (NRA) beviljas för att utveckla elektriska framdrivningskomponenter. De kommer att slutföras under 2019 och den interna NASA arbete 2020, då de kommer att monteras i en megawatt-skala drivsystem som ska testas i narrowbody -storlek NEAT.
NASA utvecklade X-57 Maxwell för att demonstrera teknik för att minska bränsleförbrukning, utsläpp och buller. Modifierad från en Tecnam P2006T kommer X-57 att ha 14 elmotorer som driver propeller monterade på vingens främre kanter. I juli 2017 modifierar Scaled Composites en första P2006T genom att ersätta kolvmotorerna med elmotorer, för att flyga tidigt 2018, sedan flytta motorerna till vingspetsarna för att öka framdrivningseffektiviteten och slutligen installera vingen med hög bildförhållande med 12 mindre rekvisita.
Kommersiella projekt
Den Airbus CityAirbus är en eldriven VTOL flygplan demonstrator. Den multirotor flygplan är avsedd att bära fyra passagerare, med en pilot från början och bli själv lotsade när reglerna tillåter. Dess första obemannade flyg planerades i slutet av 2018 med bemannade flygningar planerade att följa under 2019. Typcertifiering och kommersiell introduktion är planerad till 2023.
I september 2017 meddelade den brittiska budgetbäraren EasyJet att den skulle utveckla en elektrisk 180-sits för 2027 med Wright Electric . US Wright Electric grundades 2016 och byggde ett tvåsitsigt proof-of-concept med 272 kg (600 lb) batterier och tror att de kan skalas upp med väsentligt lättare nya batterikemikalier . En räckvidd på 291 nm (540 km) skulle räcka för 20% av Easyjet -passagerarna. Wright Electric kommer sedan att utveckla en 10-sitsig, så småningom en minst 120 passagerare enkelgång, kortare flygplan och mål 50% lägre buller och 10% lägre kostnader. Jeffrey Engler, VD för Wright Electric, uppskattar att kommersiellt livskraftiga elplan kommer att leda till cirka 30% minskning av energikostnaderna.
Den 19 mars 2018 tillkännagav Israel Aerospace Industries att de planerar att utveckla ett kortdistans elektrisk flygplan som bygger på sin lilla erfarenhet av UAS- elkraftsystem. Det kan utveckla det internt eller med en start som Israeli Eviation , US Zunum Aero eller Wright Electric .
I maj 2018 var nästan 100 elektriska flygplan kända för att vara under utveckling. Detta var en ökning från 70 föregående år och inkluderade 60% från nystartade företag, 32% från luftfartsindustrin, hälften av dem större OEM-tillverkare och 8% från akademiska, statliga organisationer och icke-rymdföretag, främst från Europa (45%) och USA (40%). Mestadels stadsflygtaxi (50%) och flygplan för allmänflyg (47%), en majoritet är batteridrivna (73%), medan vissa är hybridelektriska (31%), de flesta av dessa är större flygplan.
Australien-baserade MagniX har utvecklat en elektrisk Cessna 208 husvagn med en motor på 540 kW (720 hk) för flygtider upp till en timme. Företagets Magni5 -elmotor producerar kontinuerligt 265–300 kW (355–402 hk) topp vid 2500 rpm vid 95% effektivitet med en 53 kg (117 lb) torr massa, en 5 kW/kg effekttäthet, som konkurrerar med 260 kW ( 350 hk), 50 kg (110 lb) Siemens SP260D för Extra 330LE . I september 2018 hade en 350 hk (260 kW) elmotor med propeller testats på en Cessna -järnfågel. 750 hk (560 kW) husvagn förväntades flyga hösten 2019 och 2022 uppskattar MagniX att elektriska flygplan kommer att ha en räckvidd på 800 och 1 610 km från år 2024. Motorn körde på en testdynamometer för 1000 timmar. Järnfågeln är en Caravan-framkropp som används som testbädd, med den ursprungliga Pratt & Whitney Canada PT6 turbopropmotorn ersatt av en elmotor, inverterare och ett vätskekylningssystem, inklusive radiatorer, som driver en Cessna 206- propeller. Produktionsmotorn kommer att producera 280 kW (380 hk) vid 1 900 varv / min, ned från testmotorns 2 500 varv / min, vilket möjliggör installation utan en reduktionsväxellåda.
En 560-kW (750-hk) MagniX-elmotor installerades i ett Havarand Canada DHC-2 Beaver- sjöflygplan. Harbour Air , baserat i British Columbia , hoppas kunna införa flygplanet i kommersiell tjänst 2021, för resor under 30 minuter till en början, tills räckvidden ökar när bättre batterier introduceras. Den 10 december 2019 gjorde den sin första flygning på fyra minuter från Fraser River nära Vancouver . Den normalt monterade Pratt & Whitney R-985 Wasp Junior- kolvmotorn på sexpassageraren Beaver ersattes med en 135 kg (297 lb) magni500 , med utbytbara batterier, vilket möjliggör 30 minuters flygning med 30 minuters reserv.
Den 28 maj 2020 flög MagniX eldrivna niopassagerare Cessna 208B eCaravan på elkraft mot kommersiell driftcertifiering.
I maj 2019 var antalet kända utvecklingsprogram för elektriska flygplan närmare 170, varav en majoritet av dem riktade sig till stadens lufttaxiroll . USA/Storbritanniens start ZeroAvia utvecklar bränslecells framdrivningssystem med nollutsläpp för små flygplan och testar sin HyFlyer i Orkney med 2,7 miljoner pund från den brittiska regeringen. En demonstrator för tyska Scylax E10 10-sits bör flyga 2022. Den ska användas av FLN Frisia Luftverkehr för att ansluta östfrisiska öar med sin 300 km (160 nmi) räckvidd och 300 m (980 fot) kort start- och landningsavstånd .
Den 10 juni 2020 var Velis Electro- varianten av tvåsitsiga Pipistrel Virus det första elektriska flygplanet som fick typcertifiering från EASA . Drivs av en 76 hk (58 kW) elmotor utvecklad med Emrax , den erbjuder en nyttolast på 170 kg (370 lb), en kryssningshastighet på 90 kn (170 km/h) och en 50 min uthållighet. Pipistrel planerar att leverera över 30 exempel 2020, som ska drivas som ett träningsflygplan .
Den 23 september 2020 Göteborg baserade Heart Aerospace presenterade sitt ES-19 konstruktion, en 19-sits helelektriska kommersiella flygplan planeras för att flyga i mitten av 2026. Med en konventionell aluminiumram och vinge är dess planerade räckvidd 400 km (222 nmi) och förväntas köra från landningsbanor så korta som 800 m (2640 fot). Ursprungligen riktade sig till flygbolag som verkar i de nordiska länderna , och Heart har fått "intresseanmälningar" för 147 ES-19-flygplan till ett värde av cirka 1,1 miljarder euro eller 1,3 miljarder dollar (7,5 miljoner euro eller 8,8 miljoner vardera) från minst åtta flygbolag. Med stöd av den svenska riskkapitalisten EQT Ventures , nordiska regeringar och Europeiska unionen finansierades Heart initialt av den svenska innovationsbyrån Vinnova och är en alumn av Silicon Valley startaccelerator Y Combinator .
Den 22 mars 2021 meddelade Toulouse -baserade Aura Aero utvecklingen av sitt ERA (Electric Regional Aircraft), ett elpassagerarflygplan för 19 passagerare, som planeras certifieras år 2026.
Ansökningar
UAV: er
Överlägset majoriteten av elektriska flygplan är obemannade drönare . Dessa varierar från palmstorlek till att vara jämförbara med en liten bemannad typ och används i en mängd olika applikationer. För mindre drönare, som tillverkas i största antal, är den vertikala startkvadrokopterkonfigurationen vanlig. Men uppfinningsrikedom , drönaren som flög på Mars 2021 för att bli det första utomjordiska flygplanet, har ett enda par koaxiala rotorer .
Drönare används i en mängd olika allmänna, kommersiella och militära tillämpningar och deras användning expanderar snabbt.
Fastvingade flygplan
För närvarande har batteridrivna bemannade elektriska flygplan mycket mer begränsad nyttolast, räckvidd och uthållighet än de som drivs av konventionella motorer. Elektrisk kraft är endast lämplig för små flygplan medan för stora passagerarflygplan skulle en förbättring av energitätheten med en faktor 20 jämfört med li-jonbatterier krävas. Pilotutbildning betonar dock korta flygningar. Flera företag tillverkar, eller har demonstrerat, lätta flygplan som är lämpliga för inledande flygträning. Den Airbus E-Fan syftade till flygutbildning men projektet avbröts. Pipistrel tillverkar lätta sportelektriska flygplan som Pipistrel WATTsUP , en prototyp av Pipistrel Alpha Electro . Fördelen med elektriska flygplan för flygträning är den lägre kostnaden för elektrisk energi jämfört med flygbränsle. Buller och avgasutsläpp minskar också jämfört med förbränningsmotorer.
En allt vanligare applikation är som en uppehållsmotor eller till och med en självstartande motor för segelflygplan . Det vanligaste systemet är den främre elektriska hållaren , som används i över 240 segelflygplan. Den korta räckvidden är inte ett problem eftersom motorn endast används kort, antingen för att starta eller för att undvika en outlanding. Fördelen med en elmotor i detta fall kommer från säkerheten att den kommer att starta och snabba utplacering jämfört med fram- och återgående motorer.
Rotorcraft
Även om det österrikisk-ungerska Petróczy-Kármán-Žurovec- teamet flög en experimentell bunden militär observationshelikopter 1917 på elkraft, gick de snart över till att använda en bensinmotor och användningen av elektrisk kraft för rotorburen flygning undersöktes inte förrän nyligen.
Den första frittflygande elektriska helikoptern var Solution F/Chretien Helicopter , utvecklad av Pascal Chretien i Venelles, Frankrike. Det gick från datorstött designkoncept den 10 september 2010 till första flygningen i augusti 2011, på under ett år.
I februari 2016 flög Philippe Antoine, AQUINEA och ENAC, Ecole Nationale Supérieure de l'Aviation Civile, den första fulla elektriska konventionella helikoptern Volta på Castelnaudary Airfield, Frankrike. Volta demonstrerade en 15-minuters svävande flygning i december 2016. Helikoptern drivs av två 40 kW (54 hk) permanentmagnet-synkronmotorer som drivs från ett 22 kWh (79 MJ) litiumbatteri. Volta är officiellt registrerat av DGAC, den franska luftvärdighetsmyndigheten , och har tillstånd att flyga i franskt civilt luftrum.
I september 2016 testade Martine Rothblatt och Tier1 Engineering framgångsrikt en eldriven helikopter. Den fem minuters flygningen nådde en höjd av 120 fot med en toppfart på 80 knop (150 km/h; 92 mph). Den Robinson R44 helikopter modifierades med två tre-fas permanentmagnet synkronmotor YASA Motors , som väger 45 kg (100 lb), plus 11 Litium polymerbatterier från Brammo väger 500 kg (1100 pund). Den flög senare i 20 minuter 2016. Den 7 december 2018 flög Tier 1 Engineering en elektrisk, batteridriven R44 över 56 km vid 80 kn (150 km/h) och en höjd av 240 fot (240 fot) m), sätter ett Guinness -världsrekord för den längsta sträckan.
Se även
Referenser
Citat
Bibliografi
-
Noth, André (juli 2008). "History of Solar Flight" (PDF) . Autonomous Systems Lab . Zürich: Swiss Federal Institute of Technology. sid. 3. Arkiverad från originalet (PDF) 2012-02-01 . Hämtad 8 juli 2010 .
Günter Rochelt var designer och byggare av Solair I, ett 16 m flygplan med solpanel ... 21 augusti 1983 flög han i Solair I, mestadels på solenergi och även termal, under 5 timmar 41 minuter.