Engang en joke, batteridrevne fly nærmer sig virkeligheden

Sidste måned Siemens og EADS demonstreret et nyt gas-elektrisk køretøj, der er i stand til at transportere to personer og deres bagage 900 kilometer - omtrent afstanden fra New York til Detroit - mellem tankning og genopladning. Prototypen var ikke en bil, men et lille tosædet fly.

Flyvende hybrid: Dette tosædede elektriske gasfly kan være det første af mange, der tager til himlen.

Hybridplanet ligner Chevrolet Volt ved, at den er afhængig af en elektrisk motor og bruger en gasmotor som backup. Flyet matcher ydeevnen af ​​nogle private fly, der allerede er på markedet, men det har to tydelige fordele: det er bemærkelsesværdigt støjsvagt og bruger omkring 25 procent mindre brændstof.

Præstationen forudsiger, hvad der sandsynligvis vil være et stort skift i retning af hybrid fremdrift i fly. Flere store virksomheder forestiller sig en fremtid, hvor fly i det mindste delvist er afhængige af elektrisk fremdrift. Selvom teknologien først vil blive anvendt på små fly, kan den i sidste ende hjælpe med at reducere støj og emissioner fra passagerfly.

Inden for dette årti vil vi helt sikkert se hybride elektriske fly komme ind på markedet, siger Frank Anton , der leder hybridfly-indsatsen hos Siemens. Fire-sæders hybridfly er sandsynligvis inden for den tidsramme, siger han, men selv 19 sæder er mulige, før årtiet er ude. Anton forudser, at vi i sidste ende vil se 100-passager hybridfly, der bruger halvt så meget brændstof som nutidens fly.

Boeing tager dette et skridt videre med et koncept for hybridfly på størrelse med 737'ere, som har plads til mere end 150 passagerer, selvom det er usandsynligt, at disse vil tages i brug før 2030. EADS, Airbus' moderselskab, har også udviklet et konceptuelt design for passagerfly, der udelukkende flyver på elektricitet, selvom rækkevidden af ​​disse fly ville være begrænset.

Motorhoved: Det nye fly er det første, der har en hybrid drivlinje.

For nogle år siden var ideen om at flyve et fly på batterier en joke, siger man Marty Bradley , en hovedefterforsker for avancerede flykoncepter hos Boeing Research and Technology. Mens batterier og elektriske motorer er effektive og støjsvage, har batterier tendens til at være store og tunge og lagrer langt mindre energi end flydende brændstoffer.

To ting har ændret sig. Mængden af ​​energi, som batterier kan lagre, forbedres støt, og det ser ud til at fortsætte, efterhånden som de er udviklet til brug i bærbar elektronik og elektriske køretøjer, siger Bradley. I mellemtiden bliver de nødvendige teknologier til at integrere batterier og elektriske motorer med konventionelle motorer mindre, lettere og mere effektive. Siemens demonstrerede en tidligere version af sit hybridfly i 2011, men det var for tungt til at være praktisk. For det nye fly reducerede Siemens vægten af ​​den elektriske motor, kraftelektronik og gear med 100 kg for at bringe dets fragt- og passagerkapacitet op på niveauet for små fly af samme størrelse.

I fly forbedrer et hybrid elektrisk design hovedsageligt effektiviteten ved at gøre det muligt at bruge en relativt lille gasdrevet motor designet til at køre på sit mest effektive ved marchhastigheder. Batteriet og elmotoren giver den ekstra kraft, der er nødvendig til start og opstigning. Batterierne gør det også muligt at genvinde energi under nedstigning på samme måde som hybridbiler fanger energi under bremsning (propeller spinner en generator). Og efterhånden som batterierne forbedres, vil de levere mere og mere af energien om bord.

Elektriske motorer giver andre fordele. De kan monteres usædvanlige steder på et fly, som kan bruges til at forbedre aerodynamikken. De kan også styres: vinklet opad, for eksempel under start for at få et fly hurtigere op af jorden. Under flyvningen kunne motoren pege til venstre eller højre for at styre flyet, hvilket eliminerer behovet for et ror. Disse designændringer, sammen med effektiviteten af ​​hybridfremdriften, kunne hjælpe med at reducere brændstofforbruget til det halve, siger han (se 'Hybrid Wing' bruger halvdelen af ​​brændstoffet i et standardfly).

Hvor hurtigt elektrisk fremdrift tages i brug afhænger mest af batteriernes udvikling. EADS's elektriske flyplaner kræver et batteri, der kan lagre 1.000 watt-timer pr. kilogram, hvilket er omkring fem gange mere energi end et typisk lithium-ion-batteri. Nye batterikemier som lithium-luft og lithium-svovl kunne give mere kapacitet, men der er stadig nogle store udfordringer (se Nanostrukturer øger batterilevetiden femdobbelt og ud over lithiumion: ARPA-E placerer væddemål på Novel Energy Storage). Bradley forventer, at al-elektriske fly vil være begrænset til 1.600 kilometer indtil efter 2050.

For større fly kan elektrisk fremdrift bruges til at hjælpe med at dreje de store turbofans foran på en jetmotor. Den første anvendelse af elektrisk fremdrift til store fly vil være til taxakørsel, hvilket gør det muligt for fly at spare brændstof på jorden, siger han.

Så i de næste mange år vil hybridteknologi være begrænset til små fly. En kortsigtet fordel ved teknologien er, at små lufthavne (som ofte er placeret i nærheden af ​​boligområder) vil være mere støjsvage, siger Jean Koster , en professor i rumfartsingeniørvidenskab ved University of Colorado i Boulder, som har grundlagt et firma for at kommercialisere en mere kompakt gearkasse til at kombinere gas og elektrisk kraft. Hybriddesign kan også sætte en stopper for en af ​​de sidste holdouts af brændstof, der indeholder bly: Små flyvemaskiner med højkompressionsmotorer kræver stadig blytilsætningsstoffer. Faktisk kunne batteriforøgelsen gøre det muligt at bruge de samme gasdrevne motorer, som bruges i hybridbiler.

skjule