През януари 2022 г. се случи нещо невероятно в света на авиацията. Изцяло електрическият самолет Spirit of Innovation (“Духът на иновациите”), създаден като част от новаторска програма за достигане на пределите на електрифицирането на полетите, беше официално признат за най-бързото електрическо превозно средство в света. Той достигна скорост от 387.4 мили в час (620 км/ч) по време на тестови полети през ноември 2021 г., като постави три световни рекорда и потвърди години работа, за да докаже жизнеспособността на изцяло електрическите полети.
След години историческата наука може да определи това като един от най-значимите моменти в новата аерокосмическа история, пише Green Business Journal. Тъй като глобалната авиационна индустрия произвежда около 2.1% от всички предизвикани от човека емисии на въглероден диоксид, електрическите полети привличат все по-голям интерес, но възможността за реализиране на този потенциал в търговската авиация остава непостижима. Днес оставаме ограничени от енергийната плътност на батерийните клетки срещу големите енергийни изисквания на полетите, дори в най-скромните и леки самолети, докато строгите изисквания за безопасност и съответствие за търговските полети също се оказват изключително предизвикателни за метода на задвижване, който досега е бил до голяма степен непроверен.
Проектът ACCEL – партньорство между Rolls-Royce, YASA и компанията Electroflight, съвместно финансиран от Института за аерокосмически технологии – е предназначен да направи значителна стъпка към справяне с някои от тези фундаментални предизвикателства. Духът на иновациите доказа, че можем да създадем технологии за батерии, които отговарят на тези строги изисквания, дори само да бъдат положени основите за по-нататъшно развитие на технологията за бъдеща търговска употреба в хибридни електрически приложения и eVTOL (електрическо вертикално излитане и кацане).
Изместване на границите
Екипът в Electroflight прекара последните две години в проектиране на пълната система за задвижване и интегрирана система от батерии. Компанията твърди, че има едни от най-добрите инженери по електрификация от различни сектори, включително от Формула Е и различни програми за електрически и хибридни суперавтомобили, но този проект все още ги тласка до самия предел.
Задвижваният от батерии самолет изисква правилното съотношение между мощност, енергия и тегло. Въпреки че литиево-йонните батерии са увеличили обхвата на пътните превозни средства до 400+ мили (650+ км), остава техническото предизвикателство да се достави необходимата система за съхранение на енергия за захранване на излитането и достигането на рекордни скорости.
Беше взето решение да се използват три електрически мотора с аксиален поток, способни да достигнат 200kW пикова мощност и скоростен диапазон от 0 до 3250 об./мин. Този двигател с висок въртящ момент, но лек, е в състояние да достави значително количество мощност, като същевременно поддържа тегловото съотношение до абсолютен минимум. Използвани са 6480 литиево-йонни цилиндрични батерийни клетки, които са свързани с ултразвук. В системата има три изолирани един от друг канали за пренос на енергия от батериите – всеки напълно независим от другите, за да се гарантира, че два канала ще продължат да работят по време на полет, ако единият се повреди.
Корпусът на батерията също е изключително предизвикателна част от инженерството, тъй като цялото задвижване е свързано към предната част на самолета. Следователно корпусът на батерията върши важна работа, като не само осигурява защита в случай на самозапалване на батерията, но също така поддържа предната част на самолета свързана със структурата на фюзелажа.
Решаващо сътрудничество
Ключът към успеха са партньорствата, които са създадени с други експертни компании в индустрията – много от които са работили с Electroflight за създаването на иновации, които не са виждани досега в авиационния сектор. Композитният корпус на батерията трябва да е огнеустойчив, така че Electroflight работи с Amorim Cork Composites, за да разработи специален ламинат за вътрешните части на корпуса на батерията, изработен от коркова облицовка – уникално приложение, което вече е патентовано.
Имало е опасения относно управлението на топлинната на батерийните пакети. В отговор екипът е разработил своя собствена система за управление на батерията, подкрепена от McLaren Applied, която наблюдава всяка клетка по време на полет, за да открие всякакви аномалии в температурата и да изгради силен аргумент за безопасност за полет.
Без тези партньорства, както и инвестициите и цялостното лидерство на Rolls-Royce и финансирането от ATI, проектът никога нямаше да бъде успешен, казват от Electroflight.
Захранване на бъдещето
Технологичният напредък, въведен в рамките на проекта ACCEL, представлява ключов крайъгълен камък в пътуването към „нетна нула“. Въпреки това ще ни е необходим значителен и устойчив приток на инвестиции в технологията на батериите, за да бъдат предоставени търговски жизнеспособни хибридни електрически и eVTOL решения на клиентите.
Индустрията трябва да остане прагматична по отношение на това докъде ще се повиши енергийната плътност на клетката през следващите години и да съсредоточи усилията си там, където предимствата на батерийните системи могат да бъдат напълно използвани за създаване на завладяващи решения, като например в хибридно-електрическата индустрия, където мощността на батерията и двигателите могат да се комбинират с издържливостта на дълги разстояния на газова турбина или задвижване с ICE (двигател с вътрешно горене). Високите изблици на мощност, които могат да бъдат осигурени от технологиите за батерии, са идеални за фазите на „излитане“ и изкачване, позволявайки горивните елементи да бъдат оптимизирани за работа във фаза на круиз, осигурявайки икономии на гориво и емисии.
По-постижими за самолети, задвижвани само с електричество, са по-кратките подрегионални маршрути и междуградските пътувания. Няколко стартиращи компании в областта на аерокосмическата промишленост вече проучват жизнеспособността на въздушните таксита, които биха могли да донесат безброй ползи – от премахването на напрежението от пренатоварените пътни системи до възстановяването на малките регионални летища.
Това, което е ясно, е, че преминаването към заместващи източници на енергия става все по-неотложно в резултат на регулациите относно въглеродните емисии и шумовото замърсяване, нарастващата цена на горивото и опасенията за ефективността. Духът на иновациите направи голяма крачка към доказване на жизнеспособността на електрическите полети. Сега трябва да се надгради това новаторско постижение, като се удвоят инвестициите в технологии за батерии и се разработят иновации, които ще помогнат за отключването на бъдещето на електрифицираната авиация.
