Hàng không xanh cất cánh với thiết kế máy bay điện

Hàng không xanh cất cánh với thiết kế máy bay điện

    Hàng không xanh cất cánh với thiết kế máy bay điện
    của Gareth Willmer, Horizon: Tạp chí Nghiên cứu & Đổi mới của Liên minh Châu Âu

    Green aviation takes wing with electric aircraft designs
    Khi ngành hàng không phục hồi đến mức trước đại dịch, các nhà đổi mới đang khám phá các giải pháp để giảm lượng khí thải carbon của máy bay. Ảnh: John McArthur qua Unsplash


    Với tốc độ tăng trưởng nhanh về tổng thể của du lịch hàng không, thiết kế máy bay đã chín muồi để khử cacbon, nhưng việc bay bằng điện trên diện rộng đòi hỏi pin tốt hơn và hệ thống nhẹ.

    Khi ngành hàng không nổi lên sau ảnh hưởng của đại dịch COVID-19, khi lượng hành khách giảm mạnh, số lượng chuyến bay đang tăng trở lại. Ngành công nghiệp đang phục hồi trở lại mức trước đại dịch của các hành trình chở khách bằng đường hàng không, với một số ước tính dự báo mức tăng trưởng hơn 40% vào năm 2050.

    Nói chung, gạt sang một bên các cuộc khủng hoảng, việc đi lại của hành khách bằng đường hàng không có xu hướng tăng gấp đôi sau mỗi 15 năm, với lĩnh vực hàng không cũng là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính (GHG) tăng nhanh nhất. Nó hiện chiếm 2% lượng phát thải KNK toàn cầu, nhưng con số này được dự báo sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2050 so với mức năm 2015 theo quỹ đạo hiện có của nó.

    Do Thỏa thuận Xanh châu Âu kêu gọi trung lập với khí hậu vào năm 2050, một thiết lập lại màu xanh lá cây được kêu gọi để cải thiện tính bền vững của ngành hàng không. Theo liên kết để tìm hiểu thêm về các biện pháp EU đang vận động để giảm lượng khí thải hàng không.

    Hàng không đang trở nên hiệu quả hơn với những cải tiến về động cơ, nhưng decarbonizaton kêu gọi các lựa chọn thay thế cho các loại máy bay ngày nay đang sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

    Hệ thống động cơ hybrid và điện hoàn toàn cung cấp một câu trả lời. Những hệ thống truyền động như vậy đã và đang rất được ưa chuộng, với doanh số bán ô tô điện toàn cầu tăng gấp đôi vào năm ngoái lên 6,6 triệu chiếc.

    Nhiều dự án đang được tiến hành để hàng không thực hiện theo, nhưng chúng phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trọng lượng tuyệt đối của pin.

    Fabio Russo, người đứng đầu bộ phận nghiên cứu và phát triển của nhà sản xuất máy bay Tecnam ở Capua, Ý, cho biết việc tìm kiếm các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường đồng thời có hiệu suất cao và mang lại lợi nhuận là "điều tối quan trọng".

    Khả năng mở rộng

    Russo dẫn đầu dự án H3PS (Hệ thống truyền lực máy bay hỗn hợp khả năng mở rộng công suất cao), nghiên cứu tiềm năng của hệ thống hybrid-điện trong cái gọi là máy bay "hàng không chung" (GA).

    Bao gồm hơn 400.000 máy bay dân dụng trên khắp thế giới, danh mục này bao gồm máy bay tư nhân, máy bay phản lực kinh doanh, máy bay trực thăng và hơn thế nữa, nhưng không phải máy bay thương mại.

    Vì các máy bay có xu hướng tương đối nhỏ, sáng kiến ​​H3PS coi chúng là bước đầu tiên hướng tới việc phát triển hệ thống động cơ điện cho các chuyến bay rộng lớn hơn.

    Russo nói: “Ngày nay chúng ta cần các giải pháp môi trường và dự án H3PS đã được thực hiện để chứng minh một giải pháp hiệu quả, trọng lượng thấp và có khả năng mở rộng.

    "Khả năng mở rộng có nghĩa là bạn có thể chuyển khái niệm này từ máy bay 4 chỗ ngồi lên 11 chỗ hoặc cuối cùng là máy bay nhiều chỗ hơn."

    Hệ thống truyền động hybrid

    Dự án còn có sự tham gia của Rolls-Royce và nhà sản xuất động cơ Rotax. Một trong những mục tiêu của nó là bay một chiếc máy bay bốn chỗ ngồi được cung cấp bởi thứ được gọi là "hệ thống truyền lực hybrid song song" - kết hợp cả động cơ đốt trong truyền thống và động cơ điện.

    Russo cho biết, hệ thống động cơ hybrid có thể tăng sức mạnh cho máy bay trong các giai đoạn bay như cất cánh và lên cao. Ví dụ, với động cơ hybrid, bạn có thể sử dụng động cơ nhiên liệu có công suất thấp hơn bình thường và lấp đầy khoảng trống để máy bay cất cánh và lên cao bằng động cơ điện.

    Russo nói: “Bạn có thể tiếp cận với động cơ tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn.

    Cách tiếp cận này cho phép giảm kích thước và trọng lượng động cơ, cho phép lắp pin cho động cơ điện mà không làm tăng thêm trọng lượng đáng kể cho hệ thống.

    Cuối năm ngoái, dự án đã thành công trong việc đưa máy bay Tecnam P2010 H3PS lên bầu trời. Là chiếc xe bốn chỗ đầu tiên làm được điều này bằng cách sử dụng hệ thống hybrid song song, H3PS đánh dấu thành tựu này là "một cột mốc quan trọng trong hành trình của ngành hàng không hướng tới quá trình khử cacbon và R&D trên các hệ thống truyền động thay thế."

    Tiết kiệm pin

    Tuy nhiên, Russo nhấn mạnh rằng dự án nhằm chứng minh tính khả thi cho những chiếc máy bay như vậy hơn là tạo ra một sản phẩm cho thị trường. Ông nói, có một số cách để biến chúng thành hiện thực trên diện rộng.

    Russo cho biết: “Vẫn còn rất nhiều giới hạn về mặt kinh tế đằng sau việc phát triển loại động cơ và máy bay này.

    Một yếu tố hạn chế chính là cách pin xấu đi khi chúng chạy qua các lần sạc. Điều này có nghĩa là có một chi phí cao để tiếp tục thay thế chúng theo khoảng thời gian mà hiện tại, Russo ước tính có thể chỉ mất vài tháng.

    Green aviation takes wing with electric aircraft designs
    Chuyến bay đầu tiên của máy bay lai P2010 H3PS. Ảnh: © Tecnam, 2021/22


    Ông tin rằng những cải tiến nằm trên ổ đĩa thực, được hỗ trợ bởi ngành sản xuất pin, để thúc đẩy công nghệ pin, đồng thời giảm chi phí vận chuyển và ngừng vận hành, đồng thời tăng cường nền kinh tế tuần hoàn.

    Russo nói: “Nền kinh tế địa phương để sản xuất pin là điều cần thiết. "Điều này cũng sẽ 

    là CO2 không chỉ được tiết kiệm trong quá trình hoạt động mà còn trước và sau khi sử dụng pin trên máy bay. "

    Ông nói thêm rằng đối với các bộ phận máy bay nói chung, cần phải tập trung vào toàn bộ vòng đời và tác động của sản phẩm.

    Các giống lai khả thi

    Russo tin rằng những chiếc máy bay lai như vậy có thể trở nên hiệu quả hơn về mặt kinh tế vào khoảng năm 2030, với khả năng tiết kiệm đáng kể lượng khí thải trong một số giai đoạn bay nhất định.

    Một thử nghiệm mà nhóm của ông thực hiện cho thấy khả năng giảm 50% lượng khí thải carbon trong quá trình cất cánh và leo dốc ban đầu, và 20% trong toàn bộ hành trình kéo dài ba giờ, do lượng nhiên liệu sử dụng thấp hơn.

    Russo cho biết: “Vào cuối chuyến bay, khi chúng tôi đo lượng nhiên liệu đã tiêu thụ, sự khác biệt rất đáng chú ý.

    Các dự án khác đang nghiên cứu cách tối ưu hóa các thành phần khác nhau cho các hệ thống hàng không động cơ điện trong tương lai để làm cho chúng nhẹ nhất có thể, cũng như an toàn và hiệu quả.

    Nhiễu điện từ

    Ví dụ, dự án EASIER đã thiết kế các hệ thống để hạn chế nhiễu điện từ (EMI) giữa các bộ phận có thể ảnh hưởng đến hoạt động của máy bay.

    Nhóm nghiên cứu cũng đang nghiên cứu các phương pháp tản nhiệt để tản nhiệt tốt hơn do các thành phần điện tạo ra. Đó là tất cả trong khi cố gắng đảm bảo máy bay vẫn nhẹ, có tính đến kích thước và trọng lượng của pin hiện tại.

    Tiến sĩ Ignacio Castro, kỹ sư chính cấp cao tại Collins Aerospace, có trụ sở tại Cork, Ireland, là điều phối viên của EASIER. Ông cho biết dự án đã xem xét các phương án đi dây và lọc EMI với khối lượng và trọng lượng thấp hơn cho hệ thống truyền động điện trong máy bay, cùng với hệ thống làm mát "hai pha" và các phương pháp để cải thiện tốc độ truyền nhiệt ra bên ngoài máy bay.

    Ông giải thích rằng cần phải chuẩn bị ngay từ bây giờ cho tương lai lâu dài của hệ thống điện. Tiến sĩ Castro cho biết: “Bất kỳ thay đổi nào mà chúng tôi thực hiện đối với một chiếc máy bay để làm cho nó xanh hơn đều có thể làm tăng trọng lượng của chiếc máy bay”.

    "Điều đó cũng làm tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ, vì vậy chúng tôi có thể không có một chiếc máy bay hoàn toàn sẵn sàng cho chuyến bay. Chúng tôi cần làm mọi thứ nhỏ hơn."

    Một số công việc sắp tới của EASIER liên quan đến việc điều tra thêm về sự cân bằng giữa các phương pháp. Tiến sĩ Castro cho biết: “Ý tưởng là chúng tôi sẽ xem các hệ thống nhiệt ảnh hưởng đến EMI như thế nào và ngược lại, để xem tác động của nó là gì.

    Đánh đổi

    Có tất cả các loại đánh đổi khác để hiểu khi nói đến sản xuất máy bay điện. Ví dụ, trong khi làm cho mọi thứ nhỏ hơn sẽ giảm trọng lượng, nó cũng có thể khiến mọi thứ nóng lên nhanh hơn — giống như một ngôi nhà nhỏ ấm lên nhanh hơn khi được sưởi ấm. Tiến sĩ Castro nói: “Đó là kiểu đánh đổi giữa trọng lượng, kích thước và hiệu quả, và nó không hề đơn giản.

    Ông nói thêm rằng việc tích hợp tất cả các công nghệ riêng lẻ vào một hệ thống máy bay tổng thể hoạt động tốt sẽ là chìa khóa trong nghiên cứu trong tương lai.

    Tiến sĩ Castro cho biết: “Đó là việc hiểu các kiến ​​trúc trông như thế nào để được tạo ra một cách hiệu quả nhất có thể.

    So sánh nó với xây dựng, ông nhấn mạnh rằng bạn không thể chỉ ném các viên gạch vào nhau theo bất kỳ cách nào để tạo nên một tòa nhà. Ông nói: “Bạn cần phải sắp xếp mọi thứ lại với nhau theo cách thông minh trong bối cảnh giao điện.

    Đúng hướng

    Mặc dù có nhiều vấn đề phức tạp cần giải quyết trong ngành hàng không điện, Tiến sĩ Castro tin rằng mọi thứ đang bắt đầu đi đúng hướng. Ông nói: “Tôi nghĩ rằng chúng ta đang đi đúng hướng đối với ngành hàng không điện-hybrid, và có rất nhiều sự quan tâm cũng như nhiều chương trình. "Đó sẽ là bước đầu tiên để bắt đầu giảm lượng khí thải carbon."

    Đảm bảo các hệ thống mới này chạy trơn tru và an toàn cũng là điều cần thiết. An toàn là điều tối quan trọng và chỉ một vụ va chạm cũng đủ để tạo ra những tiêu đề lớn và nhiều nỗi sợ hãi.

    Điều đó có nghĩa là cần phải quan tâm đến sự phát triển. Tiến sĩ Castro chỉ ra: “Có một rủi ro khi nói rằng mọi thứ sẽ trở nên tuyệt vời, đặc biệt là khi những thứ cần phải cực kỳ đáng tin cậy đối với máy bay”. "Đó là một sự thay đổi mô hình trong công nghệ."

    Ông nói: Cũng cần phải đầu tư nhiều và nhiều câu hỏi cần giải quyết trong những thập kỷ tới. Tiến sĩ Castro cho biết: “Thách thức hướng tới mức phát thải ròng bằng không ở EU vào năm 2050 là một thách thức rất lớn và tôi không nghĩ hiện tại có ai có câu trả lời chắc chắn”. "Đó là câu hỏi một triệu đô la."

    Zalo
    Hotline