Один розмір не підходить для всіх
DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt або Німецький аерокосмічний центр) та Німецька асоціація аерокосмічної промисловості (Bundesverband der Deutschen Luft- und Raumfahrtindustrie; BDLI) представляють майбутнє бачення електричних літаків. Вони варіюються від чотиримісного перепрофільованого літака типу Pipistrel на водневому двигуні, який дев’ять років тому виграв NASA Green Flight Challenge, до великих багатогвинтових повітряних лайнерів розрахованих на польоти середньої дальності.
У їхній Білій книзі “Авіація з нульовими викидами – Польоти, вільні від викидів” (на жаль, доступній лише німецькою мовою) пропагується обіцянка “енергетичного переходу у повітряному транспортуванні, з метою досягнення нульових викидів”, і стверджується, що це “можливо до середини століття, але вимагає значного збільшення інновацій”.
Рольф Хенке, член виконавчого комітету DLR, відповідальний за дослідження та технології в галузі аеронавтики, пояснює: «Настав час розпочати новий розділ в галузі авіації. Наш звіт (Біла книга) показує шлях до польотів вільних від викидів для досягнення «Зеленого курсу» в авіації, що призведе до нових технологій, привабливих високотехнологічних робочих місць, захоплюючих продуктів та сприяння соціальному процвітанню в Німеччині та Європі. Однак, разом із трансформацією цілої галузі, цей шлях також потребує великих дослідницьких зусиль. Зокрема, літаючі демонстратори будуть важливим елементом у сферах електричного польоту, водню, нового палива та нових конфігурацій літаків».
«Рейнер Вінклер, віце-президент BDLI з питань авіації, наголошує: «Зараз ми стикаємося з двома безпрецедентними проблемами. З одного боку, пандемія коронавірусу спричинила найсерйознішу економічну кризу в нашій галузі. Крах світового повітряного руху створює драматичну ситуацію як для виробників, так і для нашого глибоко вкоріненого ланцюга поставок, який знаходиться по всій Німеччині. З іншого боку, авіація перебуває на порозі досягнення кліматично нейтрального польоту. Ми поставили перед собою амбіційні цілі; до 2050 року ми досягнемо кліматично нейтрального польоту. Ось чому до 90 відсотків наших інвестицій у дослідження та розробки вже давно спрямовані на зменшення викидів»”.
Дослідження, дослідження, дослідження
DLR, BDLI та залучені академічні та галузеві партнери, досліджують “кілька радикальних технологій… паралельно” від таких, що виконуватимуть задачі міської аеронавтики до великих авіалайнерів, здатних здійснити трансконтинентальні перельоти.
Авіація з нульовими викидами вимагає значних досліджень. Для досягнення цієї мети їх використання оцінюється щодо розміру та дальності польоту літака. Від галузі електроакумуляторної міської повітряної мобільності до гібридної енергії та енергії паливних елементів для регіональних літаків, та сталого палива, у поєднанні з новими концепціями газотурбін для скорочення викидів на рейсах середньої та великої дальності. Прямо спалений екологічний водень може стати фактором при великодистанційних польотах.
Щодо економічної точки зору, в Білій книзі передбачається: «Поки глобальний флот повітряних суден не буде замінений наступним поколінням, приблизно через 20-30 років, на додаток до інвестицій у нові технології потрібні будуть фінансові ресурси для поліпшення впливу сучасних літаків на клімат… Дослідження DLR показують, що навіть незначні зміни в керівництві польотом із збільшенням експлуатаційних витрат лише на один відсоток можуть призвести до зменшення впливу на клімат до 10 відсотків».
Різні підходи до різних задач
Регіональний літак приміського сполучення Hy4
Hy4, що працює на основі концепції гібридного приводу, який містить низькотемпературний водневий паливний елемент та високоефективний акумулятор, працює успішно. Андре Тесс, директор Інституту інженерної термодинаміки DLR, пояснює: «Головним викликом на майбутнє є створення систем електроприводів і для великих пасажирських літаків. З огляду на це бачення, ми зараз працюємо над продовженням вдосконалення силової установки паливних елементів». Цей літак, який спочатку працював від електричного двигуна потужністю 200 кінських сил, виграв виклик Green Flight Challenge у 2011 році, з пасажирською милею на галон енергії, еквівалентною 403 стандартним милям на галон. Цей екологічно чистий дизайн дозволить їй перевозити чотирьох пасажирів у непілотованому режимі між 60 регіональними аеропортами Німеччини, що є зручним для користувачів авіаперевезень малої дальності.
19 місць – популярне число
Спільна робота між Німецьким аерокосмічним центром та Bauhaus Luftfahrt, проект CoCoRe (Співпраця для досліджень приміського сполучення, або Cooperation for Commuter Research) вивчає можливості та потенціал гібридно-електричних 19-місних літаків. Ці літальні апарати могли б виконувати завдання та задачі на відстані до 350 кілометрів (217 миль), що не є рідкістю для подібних повітряних перевезень.
Це популярний сегмент ринку, в усьому світі використовується близько 3000 літаків приміського класу. Але лише трохи більше десятка нових 19-місних літаків доставлялися до цивільного сектору щороку в останні роки. Керівник проекту Вольфганг Гримме з Інституту повітряного транспорту та досліджень аеропортів DLR пояснює: «У нашому дослідженні ми розглянули зразок конфігурації, який, з декількома модифікаціями, ґрунтується здебільшого на 19-місному Do 228 та, зокрема, на Jetstream 31, які зараз літають».
Передбачаючи польоти в 200 кілометрів (124 милі) лише на заряді акумулятора, дослідники DLR очікують, що вага акумулятора складе дві тонни, а максимальна загальна злітна вага – 8,6 тонни. З огляду на це, вони пропонують встановлювати легко замінні батареї в гондолах над шасі. Такі відстані не є рідкістю для маршрутів навіть в Америці. Наприклад, Southwest Airlines, 11 березня, щойно додала новий маршрут між Колорадо-Спрінгз, Колорадо та Денвером, з обслуговуванням чотири рази на день. За даними авіакомпанії, рейс буде найкоротшим у південно-західній маршрутній мережі, із відстанню лише 63 морських милі (73 милі).
Гримме додає: «Це дозволяє нам розмістити вагу порівняно важких батарей саме там, де це найзручніше під час зльоту та посадки – безпосередньо над шасі. Це також означає, що порожні акумулятори можна замінити швидко і легко».
Подовжувачі дальності у вигляді двох газових турбін, які можна під’єднати або від’єднати від гвинтів, можуть дозволити польоти на відстань до 1000 кілометрів (620 миль). Дослідження DLR показують, що 56 відсотків 19-місних літаків у всьому світі літають на відстань менше 200 кілометрів, а 83 відсотки – літають не далі ніж 350 кілометрів (217 миль).
Анніка Пауль із компанії Bauhaus Luftfahrt пояснює: «Цей спосіб використання означає, що поєднання повністю електричного польоту, посиленого подовжувачами дальності, запобіжить більшій частині викидів вуглекислого газу, спричинених приміськими літаками». Подовжувачі дальності дозволять відхилення від курсу на користь альтернативних аеропортів та дозволятимуть довші повністю електричні польоти.
Поліпшені акумулятори можуть призвести до ще кращих повністю електричноих польотів найближчим часом. Менші машини, що працюють від акумуляторів та мають більший діапазон з’єднань, також забезпечать більше польотів у віддалені регіони з меншим обсягом пасажирів, розширюючи можливості для більшої кількості рейсів до більшої кількості пунктів призначення, яких, в інших випадках, не дістатись за допомогою літаків 737 або A320. Економія акумуляторів із більшою кількістю циклів зарядки/розрядки сприятиме збільшенню використання електричних літаків і знову призведе до збільшення кількості малих суден, що здійснюватимуть більше перельотів до малообслуговуваних громад.