Гибридный электрический самолет - Hybrid electric aircraft

А гибридный электрический самолет является самолет с гибридный электрический трансмиссия, как плотность энергии из литий-ионные батареи намного ниже, чем авиационное топливо, он эффективно увеличивает диапазон по сравнению с чистым электрический самолет К маю 2018 года насчитывалось более 30 проектов, а ближнемагистральный Гибридно-электрические авиалайнеры планировались с 2032 года.

История

В Крыло Boeing с подкосами планировалась дозвуковая концепция с гибридной электрической силовой установкой.[1]В Алмазный DA36 E-Star первый полет 8 июня 2011 г., первый полет серия гибрид трансмиссия, снижающая расход топлива и выбросы до 25%, технология масштабируется до 100-местного авиалайнера.[2] Маленький и на 100 кг (220 фунтов) легче Austro Engine 40 л.с. (30 кВт) Двигатель Ванкеля производит электричество, дополненное EADS аккумуляторы для бесшумного взлета, питание Сименс Электродвигатель мощностью 70 кВт (94 л.с.), вращающий гребной винт.[2]В AgustaWestland Project Zero должен был быть гибридно-электрическим.

2011

НАСА спонсировало столетний вызов поощрять разработку самого экономичного в мире самолета.[3] Спонсорами конкурса стали Google и проводился в небе Калифорнии. Среди участников был первый в мире параллельный газо-электрический гибридный самолет под названием EcoEagle, построенный студентами Эмбри-Риддлский авиационный университет, два электрических самолета - Пипистрел Телец G4 и eGenius.[4]

2014

Faradair Aerospace представляет концепцию гибридного электрического самолета с тройным коробчатым крылом, получившего название BEHA (Bio Electric Hybrid Aircraft), как одного из первых в мире региональных самолетов, специально разработанных для гибридных электрических региональных рейсов. Британский стартап продолжил развитие от первоначальной концепции до последнего варианта BEHA M1H с будущими возможностями для беспилотных и всех электрических вариантов. E-STOL BEHA получил поддержку со стороны ключевых членов правительства Великобритании, а разработка планера велась в Университете Суонси.[5]

2017

Зунум Аэро, при поддержке Боинг и JetBlue, работает с 2014 года в семье от 10 до 50 человек. гибридный электрический региональный самолет.[6] 5 октября 2017 года Zunum приступила к разработке самолета вместимостью от шести до 12 человек. Стремясь начать полет в 2020 году и доставить в 2022 году, он должен снизить эксплуатационные расходы на 40–80%, чтобы достичь доступные места (ASM) расходы на 78-местный Dash 8-Q400.[7]

28 ноября 2017 г. Airbus объявила о партнерстве с Rolls-Royce plc и Сименс развивать E-Fan X гибридно-электрический авиалайнер демонстратор, полетит в 2020 году.[8]

2018

1300 л.с. GE Catalyst может использоваться в гибридно-электрической силовой установке: в конце 2016 г. General Electric модифицировал GE F110 истребитель ТРДД извлечет 250 кВт HP турбины и 750 кВт от ее LP турбина, поддерживаемая Исследовательская лаборатория ВВС США и НАСА, разработали и испытали электродвигатель-генератор мощностью 1 мегаватт с GE Global Research, и испытал жидкостное охлаждение инвертор преобразование 2400 В постоянного тока в трехфазный переменный ток с Карбид кремния на базе выключателей и 1,7 кВт МОП-транзистор силовые модули.[9]

Эксперты отрасли ожидают, что к 2032 году гибридно-электрический авиалайнер на 50 мест выйдет в коммерческую эксплуатацию на таких маршрутах, как Лондон-Париж.[10]

К ноябрю 2018 г. Зунум Аэро офисы были закрыты, а все 70 сотрудников уволены, поскольку программа подходит к концу.

Pipistrel Panthera

В Европа финансировал Hypstair программа с 6,55 млн евро на три года до 2016 г. на TRL из 4: а Pipistrel Panthera макет получил серийный гибрид -электрическая трансмиссия, наземные испытания двигателя мощностью 200 кВт, приводимого только от батарей, только от генератора мощностью 100 кВт и обоих вместе.[11]Далее следует Махепа проект с 2017 года, финансируемый ЕС в течение четырех лет с 9 млн евро в рамках Горизонт 2020 программа исследований по сокращению авиации выбросы углерода на 70% в 2050 году, до TRL 6 до начала разработки продукта.[11]

Трансмиссия Panthera будет разделена на модули: электрический двигатель толкать генератор и внутреннее сгорание генератор энергии в носу, человеко-машинный интерфейс и вычисление, топливо и аккумуляторы в крыле.[11] Наземные испытания запланированы на 2019 год, перед летными испытаниями в 2020 году.[11]

В Пипистрел Телец G4 взлетая с Сонома Каунти аэропорт В Калифорнии

Двухфюзеляжный, четырехместный, с батарейным питанием Пипистрел Телец G4 получил DLR водородный топливный элемент трансмиссия будет летать как HY4 в сентябре 2016 года, с водородные баки и батареи в фюзеляжах, топливные элементы и мотор в центральном гондола.[11] Партнерами являются немецкий разработчик двигателей и инверторов. Компактная динамика, Ульмский университет, TU Delft, Миланский политехнический университет и Мариборский университет.[11]

Наземные и летные испытания должны последовать за испытаниями Panthera через пару месяцев.[11]

Вдоль их наземное обслуживание масштабирование до 19- и 70-местных авиалайнеров будет изучаться в двух конфигурациях: больше модулей такого же размера для электрических распределенная тяга, или модули большего размера, экстраполирующие результаты летных испытаний, приводящие в действие сдвоенные винты.[11] Полеты будут проверять поведение системы, измерять производительность и надежность, и оценить режимы отказа.[11] А интенсивность отказов одного на 10 миллионов часов, как в авиалайнерах, с очень надежными компонентами или с избыточность.[11]

Австрийская компания ScaleWings, разработчик Реплика P-51 Mustang в масштабе, разработала гибридный и дублированный поршневой / электрический двигатель, основанный на независимых модулях: четырехтактный V-образный двухцилиндровый двигатель объемом 1,15 л (70 куб. дюймов), производящий 80 и 120 л.с. (60 и 89 кВт) с турбонаддувом, и электродвигатели, производящие От 170 до 350 л.с. (от 130 до 260 кВт) в сочетании.[12]

VoltAero стартап, основанный в сентябре 2017 г. Технический директор и летчик-испытатель 2014 г. Airbus E-Fan 1.0, расположенный в Роян и создан при поддержке французского Nouvelle-Aquitaine область, край.[13] Компания разрабатывает гибридный стенд на базе Cessna 337 Skymaster, который он собирается вылететь в конце февраля 2019 года.[13]Чистый лист, полностью композитный VoltAero Cassio прототип должен появиться в 2020 году, а поставки - в конце 2021 или начале 2022 года.[13] Он будет оснащен двумя двигателями мощностью 60 кВт (80 л.с.) электродвигатели вождение гребные винты трактора на крыле и 170 кВт (230 л. поршневой двигатель и двигатель мощностью 150 кВт (200 л.с.), приводящий в движение толкающий винт в кормовой части фюзеляжа.[13] Комбинация топлива и аккумуляторов обеспечит ему запас хода в 1200 км (650 миль) с девятью людьми на борту.[13]

31 октября 2018 г. Алмазный Самолет летал HEMEP, финансируется Министерство экономики Германии и Австрийское агентство содействия исследованиям, достигая 130 узлов (240 км / ч) и 3000 футов (910 м) за 20 минут.[14] Это модифицированный DA40 с его однопоршневым двигателем, замененным двумя электродвигателями Siemens 75 кВт (101 л.с.) в носовой части, которые приводились в действие мощностью 110 кВт (150 л.с.) Двигатель Austro AE 300 дизель или две батареи по 12 кВтч (43 МДж) на 5 ч. выдержка или 30 мин. только на батареях.[14]

2019

К январю 2019 года американский стартап Ampaire заменял Cessna 337 Skymaster (а двухтактный самолет ) кормовой поршневой двигатель с электродвигателем, чтобы пилотировать прототип на Гавайях. Мокулеле Эйрлайнз пригородные маршруты, обслуживаемые Cessna Караваны.[15] Семь других авиакомпаний заинтересованы в Caravan или Двойная выдра конверсии: Сиэтл Kenmore Air, Тропик Эйр Белиза, Пуэрто-Рико Vieques Air Link, Южные авиалинии Экспресс Мемфиса, Теннесси, Гернси Ориньи и Star Marianas Air, базирующаяся на Северных Марианских островах, а также Норвегия.[15] Тестовые полеты будут проводиться на 45 км по маршруту в течение 15 минут между Кахулуи аэропорт в Центральном Мауи и Хана аэропорт на восточной стороне.[16] Гибридный прототип провел свой первый открытый испытательный полет 6 июня 2019 года, до запланированного обслуживания, запланированного на 2021 год.[17] Обмен личных авиалиний (PAX) стала стартовым заказчиком Ampaire Electric EEL модифицированный шестиместный Skymaster, который будет сертифицирован в 2021 году, с заказом на 50 плюс 50 опций.[18]

К марту 2019 г. универсальное глобальное время переоборудовал 39-местный Bombardier Dash 8 Q100 в гибридно-электрический для демонстрационных полетов с 2022 года в рамках своего проекта 804.[19]Конструкция мощностью 2 МВт (2700 л.с.) аналогична Airbus E-Fan X программа, но направлена ​​на сертификацию и производство для последующего коммерческого предложения.[19]Один 2150 л.с. (1600 кВт) PW121 турбовинтовой двигатель будет заменен газовой турбиной мощностью 1 МВт (1300 л.с.), соединенной с электродвигателем той же мощности, работающей от серийного производства. литий-ионные батареи для взлета и взбираться.[19]Турбина используется одна в круиз и приводит в действие мотор-генератор для подзарядки батарей в спуск.[19]В уменьшенный двигатель оптимально работает с 30% экономией топлива на протяжении 200–250 миль (370–460 км).[19]Дальность полета снижена с 1000 до 600 миль (1900 до 1100 км) из-за большей массы пустого и на 50% меньшего запаса топлива.[19]

Faradair Aerospace представила свой 18-местный BEHA M1H во время Revolution.aero в марте, Лондон, с турбовинтовой гибридной силовой установкой и возможностью быстрой смены пассажиров и грузов. CS23 / Part23 правила пригородной категории. Самолет E-STOL, способный работать на взлетно-посадочных полосах длиной менее 300 м с полезной нагрузкой 5 тонн, за счет своей уникальной конфигурации с тройным коробчатым крылом и бесшумной конфигурации с выталкивающим вентилятором.[20]

В июне 2019 г. Парижское авиашоу, Дахер, Airbus и Safran объединились для разработки Демонстрационный образец EcoPulse на базе TBM, при этом половина демонстрации стоимостью 22 миллиона евро (25 миллионов долларов) была профинансирована DGAC.[18]Первый полет запланирован на лето 2022 года до гипотетической сертификации 2025-30 годов.[18]Существующий двигатель самолета будет дополнен шестью электродвигателями Safran мощностью 45 кВт (60 л.с.) на крыле с питанием от двигателя мощностью 100 кВт (130 л.с.) ВСУ или батарейки.[18]Подобно НАСА X-57 Максвелл, то распределенная тяга уменьшает завихрения на законцовках крыла и увеличивает подъемную силу на малых скоростях за счет взорвать крыло, позволяя уменьшить крыло с меньшим сопротивлением.[18]

Опрос середины мая 2019 г. UBS показывает, что 38% американцев и немцев заявили, что они, вероятно, будут летать на гибридно-электрическом самолете, а для 18-44-летних этот показатель превышает 50%.[21]UBS считает, что гибридные самолеты вместимостью до девяти пассажиров на коротких маршрутах ниже 250 миль (460 км) могут быть доступны с 2022 года, а с 2028 года для региональных авиалайнеров с маршрутами до 1 часа.[21]UBS прогнозирует рынок для 16000 гибридно-электрических самолетов и 178–192 млрд долларов в течение 2028–2040 годов, в основном в авиация общего назначения, свет бизнес-джеты и региональный самолет эксплуатационные расходы на 20% ниже, чем у нынешних 50-70-местных автомобилей.[21]

Во главе с Cranfield Aerospace Решения (CAeS), Проект Фрессон стартовал 1 октября 2019 года, чтобы управлять электрическим Бриттен-Норман БН-2 Островитянин в течение 30 месяцев до EASA STC в течение еще 6-12 месяцев.[22]Он рассчитан на 60-минутный ресурс плюс 30-минутные резервы, с энергопотреблением в пять раз дешевле, чем Avgas, и меньшими затратами на техническое обслуживание, затраты на преобразование могут быть окуплены за три года, и он будет иметь двигатель внутреннего сгорания с увеличенным запасом хода.[22]Половина финансирования в размере 18 миллионов фунтов стерлингов (22 миллиона долларов США) поступает от партнеров, а другая половина - от правительства Великобритании.[22]Из 800 находящихся на вооружении островитян около 600 совершают короткие перелеты.[22]Логанэйр следует использовать его для коротких межостровных перелетов у северных Шотландия.[22]

Электрический угорь разработчик Ampaire и специалист по модификации самолетов Ikhana Aircraft Services изучить 19 мест, дизель-электрический гибрид de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter.[23]Он мог бы использовать Ихана STC для увеличения MTOW от 5443 до 6350 кг (от 12000 до 14000 фунтов) ожидается, что исследование будет завершено к концу 2019 года.[23]

2020

При поддержке Баварский финансирование, немецкий DLR модифицирует один из своих двух Do 228 в гибридно-электрический демонстратор.[24]Первый полностью электрический полет запланирован на 2020 год, а первый гибридно-электрический полет - на 2021 год. Кохштедт аэропорт.[24]Партнеры включают Двигатели MTU Aero и Сименс, из которых Rolls-Royce plc приобретает электрическую двигательную установку.[24]

В апреле 2020 года программа E-FanX, поддерживаемая Rolls-Royce plc, Airbus и Siemens, отменяется. [25]

К июлю 2020 года Faradair Aerospace объявляет о переезде на аэродром Даксфорд, Кембриджшир, Великобритания, в партнерстве с Имперский военный музей Даксфорд и Колледж Гонвилля и Кая, Кембридж на разработку прототипа гибридного электрического регионального самолета BEHA M1H на новом заводе по изготовлению прототипов в рамках нового аэрокосмического комплекса исследований и разработок Duxford Avtech. Первый полет запланирован на конец 2023 - начало 2024 года.[26]

В ноябре 2020 г. Embraer имел региональный авиалайнер конструкция, исключающая гибридно-электрическую трансмиссию, поскольку эксплуатационные расходы увеличиваются на 15% для 5% требуемой мощности по сравнению с обычным турбовинтовой.[27]

2021

В Аэрокосмический альянс Берлин-Бранденбург это бизнес-кластер это включает Rolls-Royce Dahlewitz, Двигатели MTU Aero, специалист по авиационной технике APUS и Stemme.[24]Он планирует IBEFA-i6 проект, 19-местный распределенная электрическая тяга демонстратор полетит в 2021 году с турбодизель, газовая турбина и топливная ячейка генераторы.[24]

В отличие от этого i-6, APUS i-5 будет двойная стрела стенд с тандемное размещение для полной массы 4 т (8 800 фунтов).[28]А Роллс-Ройс 250 Турбовальный привод будет приводить в движение четыре электрических гребных винта через батарею, генераторы, преобразователи и регуляторы мощности.[28]При поддержке немецкого государства Бранденбург и Бранденбургский технологический университет, полеты должны начаться после 2021 года.[28]

Рекомендации

  1. ^ "Boeing Feature Story: в воображении самолетов завтрашнего дня". Боинг. 2010-08-16. Архивировано из оригинал на 2013-09-06.
  2. ^ а б Гленн Пью (23 июня 2011 г.). "Самолет с гибридным двигателем в Париже". AvWeb.
  3. ^ "Зеленый полет". НАСА.
  4. ^ «ЭкоОрел». НАСА.
  5. ^ "Запуск электрического триплана на биотопливе на Kickstarter". TechCrunch. Получено 2020-08-05.
  6. ^ Грэм Уорвик (5 апреля, 2017). «Стартап Boeing, JetBlue Back Hybrid-Electric в регионе». Авиационная неделя и космические технологии.
  7. ^ Стивен Тримбл (5 октября 2017 г.). «Zunum запускает гибридно-электрический самолет для регионального рынка». Flightglobal.
  8. ^ «Airbus, Rolls-Royce и Siemens объединяются ради будущего электричества» (PDF) (Пресс-релиз). Аэробус, Роллс-Ройс, Сименс. 28 ноя 2017. (Airbus, Rolls-Royce, Сименс )
  9. ^ Гай Норрис (23 мая 2018 г.). «Катализатор GE может открыть путь к гибридной электроэнергии». Авиационная неделя и космические технологии.
  10. ^ Майкл Бруно (24 августа 2018 г.). «Аэрокосмический сектор может столкнуться с капитальным ремонтом из-за электрической тяги». Авиационная неделя и космические технологии.
  11. ^ а б c d е ж грамм час я j Грэм Уорвик (7 августа 2018 г.). «Европейский проект по тестированию гибридно-электрической силовой установки». Авиационная неделя и космические технологии.
  12. ^ Грэм Уорвик (17 октября 2018 г.). «ScaleWings представляет гибридный авиационный двигатель с множественным резервированием». Авиационная неделя и космические технологии.
  13. ^ а б c d е Грэм Уорвик (25 октября 2018 г.). «Опыт E-Fan породил французский гибридно-электрический стартап». Авиационная неделя и космические технологии.
  14. ^ а б Грэм Уорвик (12 ноября 2018 г.). «Неделя технологий, 12-19 ноября 2018 г.». Авиационная неделя и космические технологии.
  15. ^ а б Грэм Уорвик (14 января 2019 г.). "Неделя технологий, 14-18 января 2019 г.". Авиационная неделя и космические технологии.
  16. ^ «На Мауи запланированы испытательные полеты гибридного электрического самолета». Мауи сейчас. 1 апреля 2019 г.
  17. ^ «Ampaire объявляет о первом публичном электрическом рейсе» (Пресс-релиз). Ampaire. 6 июня 2019.
  18. ^ а б c d е Гай Норрис и Тьерри Дюбуа (24 июня 2019 г.). «Устойчивая авиация и электрика - главная повестка дня Парижского авиасалона». Авиационная неделя и космические технологии.
  19. ^ а б c d е ж Грэм Уорвик (26 марта 2019 г.). «Гибридно-электрический X-Plane компании UTC нацелен на коммерческий рынок». Авиационная неделя и космические технологии.
  20. ^ «Faradair объявляет о возможности коммерческих полетов на гибридных электромобилях с 2025 года | Airframer». www.airframer.com. Получено 2020-08-05.
  21. ^ а б c «Проблемы климата могут возродить коммерческую авиакосмическую отрасль или сжечь ее». Авиационная неделя и космические технологии. 26 июня 2019 г.
  22. ^ а б c d е Грэм Уорвик (10 октября 2019 г.). "Перелеты по островам показывают многообещающий рынок для электрифицированных самолетов". Авиационная неделя и космические технологии.
  23. ^ а б Джон Хеммердингер (23 октября 2019 г.). «Ампайр и Ихана работают над созданием гибридно-электрического Twin Otter». Flightglobal.
  24. ^ а б c d е Грэм Уорвик (27 августа 2019 г.). «Неделя технологий, 26-30 августа 2019 г.». Авиационная неделя и космические технологии.
  25. ^ Экселл, Джон (2020-04-27). «Rolls-Royce и Airbus отменяют проект E-Fan X». Инженер. Получено 2020-08-05.
  26. ^ Thisdell2020-07-31T11: 14: 00 + 01: 00, Дэн. «У Даксфорда есть ключи, чтобы разблокировать финансирование гибридно-электрической рабочей лошадки Фарадера». Flight Global. Получено 2020-08-05.
  27. ^ Доминик Перри (26 ноября 2020 г.). «Embraer ищет партнеров для потенциальных турбовинтовых двигателей, но исключает альтернативные силовые агрегаты». Flight Global.
  28. ^ а б c Грэм Уорвик (11 ноября 2019 г.). "Неделя технологий, 11-14 ноября 2019 г.". Авиационная неделя и космические технологии. Rolls является лидером немецкого гибридно-электрического демонстратора

дальнейшее чтение