Када ће тачно електрични авиони прећи на небо? Енгинеерс Веигх Ин

Како се електрични аутомобили и камиони све више појављују на америчким аутопутевима, поставља се питање: Када ће комерцијално одржива електрична возила отићи на небо? Постоје бројни амбициозни напори за изградњу електричних авиона, укључујући регионалне авионе и авионе који могу покрити веће удаљености. Електрификација почиње да допушта неку врсту авионског путовања за које су се многи надали, али још нису видели - летећи аутомобил.

Кључни изазов у ​​изградњи електричних авиона укључује колико се енергије може ускладиштити у одређеној количини тежине извора енергије у возилу. Иако најбоље батерије похрањују око 40 пута мање енергије по јединици тежине од горива за млазне моторе, већи дио енергије је доступан за кретање. На крају, за дату тежину, гориво за млазне моторе садржи око 14 пута више корисне енергије од најсавременије литијум-јонске батерије.

Види такође: Упознајте електрични, водонични, нулти емисијски план постављен да лети до 2025

То чини батерије релативно тешким за авијацију. Авио компаније су већ забринуте због тежине - наметања такси на пртљагу, делимично, како би се ограничило колико авиона треба да носе. Цестовна возила могу да подносе теже батерије, али постоје сличне забринутости. Наша истраживачка група је анализирала компензацију тежине и енергије у електричним камионима и тракторима или полуприколицама.

Од електричних возила до летећих возила

Наше истраживање заснивало се на врло прецизном опису енергије потребне за кретање возила заједно са детаљима основних хемијских процеса укључених у Ли-ион батерије. Открили смо да би електрични полу-камион сличан данашњим дизел моторима могао бити дизајниран да путује до 500 миља једном пуњењем, док би могао да превози терет од око 93% свих путовања.

Батерије ће морати да постану јефтиније пре него што почне процес претварања америчке транспортне флоте у електричну енергију. Чини се да ће се то догодити почетком 2020-их.

Летећа возила су мало даље, јер имају различите потребе за снагом, посебно за вријеме полијетања и слијетања.

Шта је е-ВТОЛ?

За разлику од путничких авиона, мали беспилотни летелици на батерије, који носе личне пакете на кратким релацијама, док лете испод 400 стопа, већ долазе у употребу. Али ношење људи и пртљага захтева 10 пута више енергије - или више.

Погледали смо колико је енергије потребно малим авионима на батеријски погон способним за вертикално узлијетање и слијетање. Они су типично дизајнирани да лансирају равно као хеликоптери, прелазе на ефикаснији авионски режим ротирањем њихових пропелера или читавих крила током лета, а затим прелазе у хеликоптерски режим за слетање. Оне могу бити ефикасан и економичан начин за кретање у прометним урбаним подручјима, избјегавајући зачепљене путеве.

Енергетски захтјеви зракоплова е-ВТОЛ

Наша истраживачка група је изградила компјутерски модел који израчунава потребну снагу за е-ВТОЛ са једним путником по узору на пројекте који су већ у фази развоја. Један такав пример је е-ВТОЛ који тежи 1.000 килограма, укључујући и путника.

Најдужи део пута, крстарење у авионском режиму, треба најмање енергије по миљи. Наш узорак е-ВТОЛ-а би требао око 400 до 500 вати-сати по миљи, око исте количине енергије коју би требао електрични камионет - и отприлике двоструко већа потрошња енергије електричног путничког седана.

Међутим, полијетање и слијетање захтијевају много више снаге. Без обзира на то колико е-ВТОЛ путује, наша анализа предвиђа да ће полетање и слетање у комбинацији захтијевати између 8.000 и 10.000 вати по сату. Ово је отприлике половина енергије која је доступна у већини компактних електричних аутомобила, као што је Ниссан Леаф.

За цео лет, са најбољим батеријама које су данас на располагању, израчунали смо да е-ВТОЛ са једним путником, дизајниран да носи особу 20 миља или мање, захтева око 800 до 900 вати по сату. То је отприлике половина количине енергије као полу-камион, што није баш ефикасно: ако бисте морали брзо посјетити трговину у оближњем граду, не бисте се ушли у кабину потпуно напуњене тракторске приколице Дођи тамо.

Како се батерије побољшавају у наредних неколико година, можда ће моћи да упакују око 50 посто више енергије за исту тежину батерије. То би помогло да е-ВТОЛС буде више одржив за кратка и средња путовања. Али, постоји још неколико ствари које су потребне прије него што људи заиста могу почети користити е-ВТОЛС редовито.

То није само енергија

За возила на копну довољно је одредити корисни опсег путовања - али не за авионе и хеликоптере. Дизајнери авиона такође морају пажљиво да испитају снагу - или колико брзо је доступна ускладиштена енергија. Ово је важно зато што узлазно кретање да би полетело у млазу или гурање према гравитацији у хеликоптеру заузима много више снаге него окретање точкова аутомобила или камиона.

Стога, е-ВТОЛ батерије морају бити у стању испразнити отприлике 10 пута брже од акумулатора у електричним цестовним возилима. Када се батерије брже испразне, постају много топлије. Баш као што се вентилатор вашег лаптопа окреће до пуне брзине када покушате да емитујете ТВ емисију док играте игру и преузимате велику датотеку, акумулатор возила треба да се још брже охлади кад год се од њега затражи да произведе више енергије.

Акумулатори друмских возила се не загревају готово једнако током вожње, тако да се могу хладити ваздухом који пролази или једноставним расхладним средствима. Такодје, е-ВТОЛ такси би произвео огромну колицину топлоте на полетању, за које би требало много времена да се охлади - и на кратким путовањима мозда се цак ни потпуно не охлади прије поновног загријавања на слетању. У односу на величину батерије, за исту пређену удаљеност, количина топлоте коју генерише е-ВТОЛ батерија за вријеме полијетања и слијетања је далеко више од електричних аутомобила и полу-камиона.

Види такође: ЦЕО Тесла Елон Муск Детаљи Идеја за електрични авион на Јое Роган Подцаст

Та додатна топлота ће скратити корисни живот е-ВТОЛ батерија, и можда их учинити подложнијим пожару. Да би се сачувала поузданост и сигурност, електричним авионима ће бити потребни специјализовани системи хлађења - који ће захтијевати више енергије и тежине.

Ово је кључна разлика између електричних путничких возила и електричних авиона: дизајнери камиона и аутомобила немају потребу да радикално побољшају или своју излазну снагу или системе за хлађење, јер би то допринело трошку а да при томе не би помогло перформансе. Једино специјализовано истраживање ће наћи ове виталне предности за електричне авионе.

Наша следећа истраживачка тема ће наставити да истражује начине за побољшање е-ВТОЛ батеријских и расхладних система како би се обезбедило довољно енергије за корисни опсег и довољно снаге за узлијетање и слијетање - све то без прегријавања.

Овај чланак је првобитно објављен на разговору Венкат Висванатхан, Схасханк Срипад и Виллиам Леиф Фредерицкс. Прочитајте оригинални чланак овде.