NASA будує повністю електричний літак N3-X

Розробка повністю електричних літаків йде на повний хід. Прототип електролітака Eviation Alice здійснив 8-хвилинний перший політ, і очікується, що найближчими роками дебютують інші моделі, такі як ES-30 компанії Heart Aerospace. Однак, всі ці моделі розраховані на перевезення не більше 30 пасажирів і польоти на короткі відстані.

Наприклад, Eviation Alice може перевезти лише двох членів екіпажу та дев’ять пасажирів на відстань 463 кілометри, а електрична модель ЄС-30, хоч і розрахована на перевезення до 30 пасажирів, має дальність польоту лише 200 км.

Щоб дійсно знизити викиди парникових газів і пом’якшити наслідки зміни клімату, потрібні більші повністю електричні літаки. Примітно, що на великі літаки припадає понад 75 відсотків викидів парникових газів в авіації та з огляду на щорічне зростання авіаперевезень на 4-5 відсотків ці викиди збільшуються.

Але дослідницька група під патронатом NASA розпочала розробку повністю електричної версії літака N3-X, який може перевозити до 330 пасажирів. Електричний літак N3-X, дебют якого намічений на 2040 рік, включає аеродинамічний гібридний планер крила і корпусу і енергоефективний EPS. Тим не менш, він, як і раніше, покладатиметься на два турбодвигуни, які спалюють реактивне паливо для живлення EPS.

Основна проблема при повній електрифікації N3-X і великих літаків в цілому – це величезні потреби в енергії для тяги під час зльоту, для чого потрібно близько 25 мегават потужності. Для порівняння: сучасний Боїнг 787-8, частково електрифікований літак, досяг максимальної потужності близько 1 МВт із відновлюваних джерел (тоді як решта потужності, необхідної для зльоту, надходить від спалювання реактивного палива).

“Іншими словами, нам потрібно в 25-30 разів більше енергії, щоб частково електричний літак став повністю електричним і майже вся ця необхідна потужність призначена для зльоту”, – говорить Мона Гассемі, доцент і директор ZEROES (Zero Emission).

Щоб допомогти задовольнити ці потреби в потужності, її команда пропонує замінити два турбоелектричні двигуни N3-X чотирма електрохімічними енергетичними блоками (EEU), які включають батареї, паливні елементи та суперконденсатори. Вони розробили кілька різних конструкцій EPS для зльоту, коли вся електроенергія прямує на тягу. Теоретично, із досить потужними батареями, цього заряду має вистачити, щоб підняти N3-X у повітря лише на електриці.

Дослідники проаналізували свої три конструкції EPS у нормальних умовах, а також сценарії, в яких один із компонентів енергосистеми вийшов з ладу. Їхні результати показують, що дві конструкції можуть бути реалізовані в реальному житті, навіть якщо один EEU вийде з ладу під час польоту. Примітно, що сучасні акумуляторні технології, як і раніше, сильно відстають від того, що потрібно в цих повністю електричних конструкціях. Але Гасемі не зупиняється.

«З майбутніми досягненнями в літій-повітряних та літій-сірчаних батареях потрібна питома енергія для передбачуваного широкофюзеляжного повністю електричного літака може бути досягнута протягом наступних 25 років», – зазначає вона. «Однак інше багатообіцяюче рішення може бути досягнуте раніше – це компактні термоядерні реактори».

Незалежно від того, чи будуть літаки майбутнього харчуватися від батарей або компактної термоядерної технології, необхідна додаткова інфраструктура для задоволення величезних потреб енергії більших повністю електричних літаків. Сюди входять електроприводи та двигуни, EEU, автоматичні вимикачі, кабелі та перетворювачі, здатні витримувати високу напругу та суворі авіаційні умови (наприклад, низький тиск, висока вологість та високі температури). Джерело