Мы используем cookie-файлы, чтобы получить статистику и обеспечивать вас лучшим контентом. Продолжая пользоваться нашим сайтом, вы соглашаетесь с использованием технологии cookie-файлов. Это совершенно безопасно!
Как развиваются проекты создания электросамолета

Как развиваются проекты создания электросамолета

Время прочтения:

Электромобили экологически чистые, бесшумные, и будущее, похоже, принадлежит им, пишет The Economist.

Американская компания Tesla, которая много сделала для того, чтобы добавить престижа и «крутости» образу электромобилей, едва успевает удовлетворить спрос на свою Model 3 для среднего сегмента рынка (хотя это не помешало ей объявить о планах выпуска еще и электрических грузовиков). Шведский автопроизводитель Volvo анонсировал, что с 2019-го все машины, по крайней мере, частично будут работать от электричества. Volkswagen будет предлагать варианты с электродвигателем для всех своих марок, похожие заявления сделали и в General Motors. Некоторые страны, в частности Китай, Великобритания и Франция, предлагают запретить двигатели внутреннего сгорания через несколько десятков лет.

Однако, не все виды транспорта так легко электрифицировать. Одним из самых трудных является авиация, где проблема мощности аккумулятора накладывается на серьезную другую — вес. В пересчете на килограмм веса ископаемое топливо содержит примерно в 100 раз больше энергии, чем литий-ионная батарея. На автодорогах эту проблему можно решить. Однако для машины, которая должна поднять себя в небо, сделать это значительно труднее.

Непросто, но не невозможно. Самолеты с электрическим приводом всех форм и размеров разрабатывают десятки компаний. Некоторые смахивают на летающие автомобили — такие финансирует соучредитель Google Ларри Пейдж. Другие умеют зависать в воздухе, как дроны, и могли бы работать беспилотными воздушными такси (ими очень интересуется Uber). Словенская компания Pipistrel уже изготовила двухместный электрический тренировочный самолет. Другой двухместный аппарат, E-Fan, запустил европейский авиагигант Airbus (хотя недавно он отказался от этого проекта).

Причина стала известна 28 ноября, когда в Airbus объявили про еще более амбициозные намерения. В команде с британским производителем реактивных двигателей Rolls-Royce и немецкой группой Siemens Airbus будет работать над превращением небольшого авиалайнера на «летающую экспериментальную установку» для проверки технической обоснованности гибридно-электрических двигателей. «Перед нами открывается новый мир авиации», — заявил руководитель подразделения Siemens eAircraft Франк Антон. Он предполагает, что электроэнергия окажется так же важна для коммерческой авиации, как и изобретение реактивного двигателя.

Недостаточно. Пока что

В целом в отрасли господствует мнение, что технология изготовления аккумуляторов пока что не достигла того уровня, когда можно строить авиалайнеры исключительно с электрическим приводом. Но если гибридные двигатели помогают некоторым электромобилям ездить на более длинные расстояния, то гибридные системы приближают создание и электросамолетов.

В команде Airbus планируют модификацию BAe 146 — 100-местного регионального авиалайнера с четырьмя обычными реактивными двигателями. Первым шагом будет замена одного из них двухмегаватным электрическим блоком, который будет состоять из встроенного в корпус пропеллера.

Как и в гибридном автомобиле, последний будет приводиться в движение комбинацией из батареи и вспомогательного двигателя для увеличения дальности (небольшого реактивного мотора, смонтированного в задней части фюзеляжа и подключенного к генератору). Этот увеличитель дальности можно будет временно включать в течение полета для приведения в действие пропеллеров или зарядки батареи. Он будет очень экономно расходовать горючее, ведь постоянно будет работать на самой оптимальной скорости в отличие от реактивного двигателя, который непосредственно приводит в движение самолет.

Летные испытания должны начаться в 2020 году. Если они пройдут успешно, на самолете заменят еще один двигатель. Команда надеется, что результаты дадут достаточно информации, чтобы спроектировать полностью гибридно-электрический авиалайнер на 50-100 мест с нуля. Такой самолет введут в эксплуатацию ориентировочно 2030-го.

До того в воздух могут подняться уже другие аппараты. Стартап Zunum Aero, функционирующий неподалеку от Сиэтла надеется до 2022 года выпустить для перевозки первых пассажиров свой гибридно-электрический рейсовый самолет на 12 мест. В этом ему помогут инвестиции американского аэрокосмического гиганта Boeing и успешного авиаперевозчика JetBlue.

электросамолет Zunum

Конструкторы надеются, что такие самолеты станут промежуточными звеньями на пути к полностью электроприводным самолетам в будущем. Сложно будет преодолеть проблему веса. Возможно, большие самолеты, которые обслуживают дальние маршруты, так и не удастся полностью электрифицировать, хотя гибридные системы могут снизить расходы горючего для них. Но здесь помогут изменения в конструкции. Например, в Airbus считают, что электродвигатели можно вмонтировать в фюзеляж для уменьшения аэродинамического сопротивления. Электроэнергия имеет некоторые плюсы, которые уравновешивают ее большой недостаток. Один из них — двигатели внутреннего сгорания не слишком эффективно преобразуют энергию топлива в движение. Зато большая часть ее теряется в форме теплоты. Реактивный двигатель может иметь около 55% КПД во время движения с постоянной круизной скоростью на идеальной высоте. Но этот показатель уменьшается наполовину и более во время взлета, набора высоты, посадки и движения по взлетно-посадочной полосой, а именно на это приходится большая часть полета самолетов, которые обслуживают короткие маршруты.

Электрический двигатель может работать намного эффективнее. Последние модели имеют более 95% КПД, поэтому батареи, которые обеспечивают их током, не должны равняться по энергоемкости горючему для реактивных самолетов. Также электродвигатели легче за реактивных, что частично выравнивает дисбаланс веса. И они состоят из гораздо меньшего количества деталей, а следовательно, требуют меньше техобслуживания (это очень затратная статья в авиации).

Из всех этих причин в Zunum планируют сосредоточить внимание (по крайней мере сначала) на относительно коротких маршрутах, где электродвигатели принесут наибольший выигрыш. Президент компании Ашиш Кумар говорит, что главная идея — обслуживать сотни мелких американских аэропортов, которые остались за бортом, когда рейсы перенесли в большие транспортные узлы. Самолет этой компании будет иметь круизную скорость около 550 км/ч (340 миль/ч), а дальность полета составит около 1130 км (700 миль). Как и разработка Airbus, он будет использовать единственный небольшой реактивный двигатель в задней части фюзеляжа для обслуживания генератора, что сможет приводить в действие два 500-киловаттных пропеллера и заряжать батареи, установленные на крыльях (после приземления их будут менять на свежие). Благодаря этому в некоторых аэропортах время между рейсами можно будет уменьшить до 10 мин.

Дальность полета этого самолета, по словам доктора Кумара, со временем будет расти. Ведь батареи имеют еще одно преимущество по сравнению с ископаемым топливом: как всякая не до конца разработанная технология, они все еще предлагают много пространства для совершенствования. С наращиванием производства (где тон задают автомобильная и электронная отрасли) емкость батарей растет, а цены падают.

Например, на прошлой неделе в большой южнокорейской компании Samsung Electronics заявили, что применение графена (сверхмелкой формы углерода) в литий-ионной батарее позволило поднять ее энергоемкость на 45%, а также чрезвычайно снизить нужное для перезарядки время. Сейчас разрабатывается много других химических составляющих батарей. Среди перспективных идей батарея с твердым литием, который заменит жидкий электролит нынешних ячеек твердым веществом. Кроме значительного повышения энергоемкости такие батареи должны также быть дешевыми в массовом производстве. По мнению доктора Кумара, они дадут возможность его разработке к 2035 году увеличить дальность полета до почти 2400 км, а возможно, даже и отказаться от бортового генератора.

Объединить все эти плюсы и минусы в едином аппарате непросто. Пол Еременко, главный технический директор Airbus, говорит, что узкофюзеляжный гибридно-электрический авиалайнер будет «безопасным, эффективным и экономным». Доктор Кумар из Zunum готов пойти еще дальше и назвать конкретные цифры. Для авиаперевозчиков важный показатель — стоимость имеющейся пассажиро-мили (CASM). Ее вычисляют делением операционных затрат на вместимость (количество мест в самолете, умноженное на километраж полета). В Zunum заявляют, что в их самолете стоимость пассажиро-мили равна 8 центам. Консалтинговая компания Oliver Wyman считает, что для американских авиалиний она в среднем равнялась 11 центов в 2016-ом.

Как и электромобили, электросамолеты будут иметь еще некоторые другие преимущества, которые не так просто выразить цифрами. Они будут тише чем реактивные самолеты, что привлекательно для аэропортов, расположенных вблизи крупных городов. А также экологически чище, и этот показатель будет улучшаться, если больше электроэнергии будет вырабатываться из низкоуглеродистых носителей. Скептики сомневаются, что удастся решить проблему веса надлежащим образом; циники подозревают, что эти проекты делаются только ради пиара. Но мало кто предполагал темпы электрификации в других отраслях. Если электросамолет сможет предложить быстрые и одновременно дешевые рейсы в обход переполненных аэропортов, то авиапассажиры будут такой конкуренции только рады.

комментировать
наверх