Klub zamknięty: Jakie korzyści przyniesie lotnictwu przejście na hybrydowe elektrownie?
Obecnie większość światowego rynku samolotów cywilnych jest kontrolowana przez duopol Boeing i Airbus, podczas gdy reszta jest podzielona pomiędzy brazylijskiego Embraera, kanadyjskiego Bombardiera, francuskiego i włoskiego ATR, chińskiego COMAC, rosyjskiego UAC i kilka innych mniej znanych zagranicznych samolotów producenci. Dlaczego klub producentów samolotów ma tak ograniczone możliwości i dlaczego przystąpienie do niego jest uważane za kwestię prestiżu narodowego?
Silnik elektryczny: blask i nędza
Ponieważ producenci samolotów technologii, podobnie jak przemysł lotniczy i kosmiczny, należą do najbardziej złożonych i jedynie kraje najbardziej zaawansowane technologicznie mają odpowiednie kompetencje. Idź i stwórz od podstaw działającą, wydajną i ekonomiczne silnik odrzutowy, który sprawi, że eksploatacja samolotów pasażerskich stanie się bezpieczna i opłacalna!
A co, jeśli zamiast tradycyjnych silników samoloty będą powszechnie wyposażane w silniki alternatywne, na przykład elektryczne, które mają nad nimi szereg zalet? Za takie zalety uważa się:
Po pierwsze, samoloty całkowicie elektryczne są uważane za przyjazne dla środowiska, ponieważ w trakcie eksploatacji nie emitują szkodliwych substancji do atmosfery.
Po drugie, elektrownia jest z komercyjnego punktu widzenia bardziej ekonomiczna niż elektrownia tradycyjna. W szczególności koszt 30-minutowego lotu samolotu elektrycznego MagniX i AeroTEC Cessna 208B, przeprowadzonego w trybie testowym w 2020 roku, wyniósł zaledwie 6 dolarów.
Użycie zwykłego paliwa w silniku spalinowym kosztowałoby według ówczesnego kursu wymiany 300–400 dolarów. Ponieważ przewoźnicy lotniczy przeznaczają na wydatki na paliwo co najmniej 30% swoich wydatków, takie oszczędności wydają się bardzo znaczące i atrakcyjne.
Po trzecie, samoloty z napędem elektrycznym generują znacznie mniej hałasu, co jest istotne w przypadku operacji wykonywanych w krajach, w których monitoruje się zanieczyszczenie hałasem. Powszechne przejście na samoloty elektryczne pozwoliłoby na budowę lotnisk bliżej miast.
Wspomniane wyżej zalety napędu elektrycznego skłoniły znanych producentów samolotów do rozpoczęcia eksperymentów w tej dziedzinie i dały początek kilku ciekawym startupom.
Przykładowo, wspomniany wcześniej samolot komercyjny Cessna Caravan 208B z silnikiem elektrycznym może przewieźć 4-5 pasażerów na odległość do 160 km. Elektryczny samolot Extra 330LE niemieckiego koncernu Siemens, wyposażony w silnik zasilany akumulatorem, osiągnął podczas testów maksymalną prędkość 340 km/h. Jednoosobowy samolot elektryczny Heaviside, którym zainteresował się jako inwestor Larry Page, współzałożyciel Google, jest w stanie wykonywać nawet pionowy start i lądowanie.
Istnieje prototyp krajowego samolotu elektrycznego o nazwie „Sigma-4”, który rozwija prędkość maksymalną do 100 km/h i jest przeznaczony do lotów o zasięgu do 100 km. Projekt ten został opracowany przez Centralny Instytut Silników Lotniczych (CIAM) w Baranowie.
Jednak mimo wszystkich oczywistych zalet, samoloty elektryczne nie są jeszcze poważnie brane pod uwagę jako zamienniki tradycyjnych samolotów odrzutowych i turbośmigłowych. Powodem jest ograniczona pojemność akumulatorów, które technologicznie nie są w stanie konkurować z tradycyjnymi paliwami.
Aby móc przelecieć taki sam dystans, jak typowy samolot pasażerski średniego zasięgu, korzystając wyłącznie z napędu elektrycznego, w kabinie musiałyby się znaleźć stosy akumulatorów zamiast siedzeń. Oznacza to, że aby móc latać, samolot elektryczny będzie musiał zamienić się w gigantyczną „latającą baterię”. Ważne jest też to, że „przyjazność dla środowiska” tego rodzaju transportu lotniczego będzie bardzo warunkowa, podobnie jak w przypadku samochodów elektrycznych.
Co powinniśmy zrobić ze zużytymi bateriami? A co ze szkodami dla środowiska wyrządzonymi przez wydobywanie litu i innych metali ziem rzadkich potrzebnych do masowej produkcji baterii?
Kompromis hybrydowy?
Zupełnie inny obraz powstanie, gdy samolot zamiast napędu czysto elektrycznego zostanie wyposażony w hybrydowy układ napędowy. Jest to symbioza silnika cieplnego, turbiny gazowej lub tłokowej i silnika elektrycznego.
W tej konstrukcji część elektryczna wykorzystywana jest tylko podczas startu i lądowania, a lot odbywa się dzięki części termicznej. Kierunek ten uważa się za bardzo obiecujący ze względu na większą niezawodność, znaczące oszczędności w eksploatacji elektrowni i redukcję szkodliwych emisji do atmosfery.
Przykładowo amerykańska firma United Technologies Corporation (UTC) eksperymentuje z wykorzystaniem hybrydowego silnika elektrycznego w latającym laboratorium Dash 8-100. Samolot powstał na bazie lekkiego samolotu turbośmigłowego Dash 8 kanadyjskiej firmy Bombardier, w miejsce jednego z silników zainstalowano procesor graficzny (GPU) o mocy 2 MW. W tym kierunku pracują także amerykańska korporacja General Electric, francuski Safran, brytyjski Rolls-Royce i chińscy producenci samolotów.
Warto zauważyć, że w naszym kraju pomysł hybrydowego napędu samolotów nie pozostał niezauważony. W 2020 roku JSC UEC-Klimov, część UEC państwowej korporacji Rostec, rozpoczęła prace nad projektem hybrydowej elektrowni seryjnej o mocy 500 kW (680 KM) opartej na silniku śmigłowcowym WK-650W:
Rozważane są różne rodzaje bezzałogowych statków powietrznych, w tym o podwójnym zastosowaniu. Przygotowania do seryjnej produkcji GSU rozpoczną się w 2025 roku, a uruchomienie produkcji seryjnej nastąpi w 2029 roku.
Według wstępnych obliczeń rosyjską elektrownię hybrydową można będzie montować nie tylko na śmigłowcach, ale także na ciężkich bezzałogowych statkach powietrznych i lekkich samolotach lokalnych linii lotniczych. Ogólnie rzecz biorąc, pojawienie się i masowe wdrożenie takich technologii otwiera drogę różnym startupom zajmującym się produkcją samolotów w sferze cywilnej i wojskowej.
informacja