מטוסים חשמליים: כך תטוסו - כבר בעתיד הקרוב - גלובל - TheMarker
 

אתם מחוברים לאתר דרך IP ארגוני, להתחברות דרך המינוי האישי

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

תיק מניות

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

לרשימת הקריאה המלאה לחצו כאן

מטוסים חשמליים: כך תטוסו - כבר בעתיד הקרוב

המטוסים של העתיד ייראו אחרת לגמרי - בזכות מנועים חשמליים והיברידיים שיאפשרו טיסה חסכונית ושקטה בהרבה ■ עם זאת, יש צורך בהתקדמות טכנולוגית נוספת לפני שמטוסי נוסעים שאינם צורכים דלק יגיעו לשוק

2תגובות
Larry Fisher

כשדידייה אסטיין, טייס מבחן של איירבוס, חצה את התעלה האנגלית במטוס דו־מושבי חשמלי קטן בשם E–fan ביולי, ענקית התעופה־חלל האירופית הקפידה לציין כי המסע אינו גימיק. איירבוס אכן רצינית מספיק לגבי מטוסים חשמליים כדי לרצות לייצר את הדגם כמטוס הדרכה לטייסים. שיווקו יתחיל בסוף 2017, ובעקבותיו תגיע גם גרסת ארבעה מושבים.

איירבוס אינה לבדה בתכנון מטוסים חשמליים והיברידיים גדולים בהרבה להטסת נוסעים. כמו במכוניות, להנעה חשמלית כמה יתרונות על פני מנועי סילון ומנועי בוכנות הידראוליים. מנועים חשמליים מודרניים וכאלה הנשלטים דיגיטלית מספקים הרבה מומנט פיתול — כוח סיבובי שמסוגל להניע מדחפים כפי שהוא מניע גלגלים. כוח חשמלי הוא גם שקט, נקי ואמין יותר, ויש בו פחות רכיבים שנשחקים או נשברים.

נכון, הסוללות אינן מספקות את הטווחים שרבים היו רוצים: סוללות ליתיום־יון מאפשרות ל– E–fanלטוס במשך כשעה, עם עתודה של כחצי שעה נוספת. זה אולי מספיק לשיעור טיס, אבל לא למטוס נוסעים. עם זאת, הסוללות משתפרות בהדרגה, ומכיוון שיש למטוסים משך חיים ארוך — בואינג 747 למשל, התחיל לטוס ב–1969 — מהנדסי תעופה־חלל עובדים על פרויקטים עם מועד הגשה רחוק.

"שינוי יסודי 
בתכנון המטוסים"

מה שמרגש במיוחד את מהנדסי התעופה־חלל בהנעה חשמלית, הוא שהיא מספקת הזדמנות לבנות כלי טיס שונה מהותית, כמו מטוס E–Thrust של איירבוס. הרעיון הוא שבמקום לתלות מנועי סילון גדולים וכבדים מתחת לכנף, ניתן יהיה להתקין מספר גדול יותר של מדחפים קטנים וקלים יותר, המונעים בחשמל, באזורים שונים של המטוס. זה יהיה מורכב מדי וכבד מדי לעשות זאת עם מנועים מסורתיים קטנים ורבים. ואולם מנועים חשמליים הופכים את הרעיון הזה — המכונה הנעה חשמלית מפוזרת (DEP) — לישים.

היתרון של חלוקת הכוח הוא שניתן להגדיל את זרימת האוויר מעל לכנפיים, ולהקל על המטוס לטוס ביעילות מוגברת. "DEP מאפשר שינוי יסודי באופן שבו אנחנו מתכננים מטוסים", אומר מרק מורק, חוקר ראשי לתחום הטיס החשמלי במרכז המחקר של נאס"א בלנגלי שבווירג'יניה.

נאס"א בוחנת כנף DEP המותקנת מעל משאית שמוסעת במהירות גבוהה על קרקעיתו של אגם יבש בבסיס חיל האוויר אדוארדס בקליפורניה. על הכנף מותקנים 18 מדחפים חשמליים קטנים. הצעד הבא הוא פרויקט בשם ספטור, הכולל את החלפת הכנף של מטוס קל רגיל בן ארבע מושבים — במקרה הזה, מטוס Tecnam P2006T האיטלקי הדו־מנועי — בכנף DEP הכוללת כ–12 מדחפים חשמליים. ספטור צפוי להגיע לטיסות 
מבחן ב–2017.

שורת המדחפים הקטנים של ספטור תגדיל את כוח העילוי של המטוס במהירויות נמוכות, ותאפשר לו להמריא ולנחות על מסלולים קצרים יותר. היא גם תאפשר כנף דקה יותר — אולי ברוחב שליש מהכנף של מטוסים מסורתיים כיום — וכך תחסוך משקל ועלויות דלק. כנף טיפוסית של מטוס קל היא גדולה יחסית, כדי למנוע הזדקרות במהירויות נמוכות, כשהכנף אינה מספקת מספיק עילוי. ואולם כנפיים גדולות אינן יעילות במיוחד כשהמטוס משייט, מכיוון שהן יוצרות הרבה כוח גרר. הכנף של ספטור תהיה בעלת התאמה מיטבית לשיוט, אך עדיין תספק די עילוי כדי למנוע הזדקרות של המטוס בזמן ההמראה או בנחיתה.

הכנף תספק אפשרויות נוספות. ניתן יהיה לשלוט במהירות של כל מדחף חשמלי בנפרד, מה שיאפשר שינוי בדפוסי זרימת האוויר מעל לכנף, כדי להתמודד עם שינויים מהירים בתנאי הטיסה, כמו פרצי רוח. בעת שיוט, המדחפים הקרובים יותר לגוף המטוס יוכלו להתקפל, ולהותיר את העבודה למדחפים הקרובים יותר לקצות הכנפיים.

אם טיסות המבחן של ספטור יהיו מוצלחות, ניתן יהיה לשלב את הטכנולוגיה גם במטוסי נוסעים קטנים בתוך כעשור, גם בקצב ההתקדמות הנוכחי בפיתוח סוללות. מטוסים אלה, לדברי מור, לא יהיו בעלי פליטות פחמן, יהיו שקטים ביותר ויצמצמו עלויות תפעוליות בכ–30%.

NASA Graphic

היעד: צמצום רעש המטוסים ב‐30%

הרעיון של E–Thrust של איירבוס רחוק יותר מיישום. המטוס הוא פרויקט משותף עם יצרנית מנועי הסילון הבריטית רולס־רויס וקבוצות מחקר נוספות, וצפוי להיכנס לפעולה סביב שנת 2050. עד אז, האיחוד האירופי צופה כי מגזר התעופה יצמצם את צריכת הדלק, פליטות הפחמן והרעש של מטוסי נוסעים 
ב–20%–30% לפחות ביחס למטוסים המתקדמים ביותר היום.

המטרה של E–Thrust היא לעמוד ביעדים אלה ולהצליח לשאת כ–90 נוסעים בטיסות של שעתיים ומעלה, עם טווח ביטחון נדיב מצד הסוללות שלו. ואולם, זה ידרוש פריצת דרך בטכנולוגיית אגירת החשמל — משהו שעשוי לקרות בעשורים הקרובים. הרעיון מתבסס גם הוא על הנעה מפוזרת, אך עם הבדל משמעותי, מכיוון שהוא היברידי.

בזנבו של E–Thrust יושב מנוע סילון מסורתי, אך יש לו גם שלושה מדחפים חשמליים על כל כנף. בהמראה, הסילון וכל ששת המדחפים החשמליים ישמשו לאספקת עילוי מרבי. כאשר המטוס יגיע לגובה שיוט, ניתן יהיה להפחית את כוח מנוע הסילון. הוא יהיה חזק מספיק להפעלת המדחפים במקרה שצריך יהיה לתמוך בסוללות. בעת הנחיתה, יכובו המדחפים החשמליים והסילון. בעוד שהמטוס דואה, האוויר המגיע מקדימה יסובב את המדחפים, כך שהם יעבדו כמו טורבינות רוח ויטענו את הסוללות עוד קצת. המדחסים ישמשו לנחיתות — כאשר הסילון פועל ומוכן לספק דחף נוסף במקרה שהמטוס צריך לעשות סיבוב נוסף.

אחד היתרונות של המערכת ההיברידית הוא אספקת תוספת אדירה ליחס העקיפה של מטוס הסילון. יחס זה הוא מדד לכמות האוויר הזורמת מסביב לליבה החמה של מנוע סילון לעומת כמות האוויר העוברת דרכו כדי לספק חמצן בתא הבעירה. מנועי הסילון במטוסי נוסעים מוקדמים היו בעלי יחס עקיפה נמוך, והרבה מהדחף שלהם הגיע מהאוויר המהיר היוצא מאחורי הליבה, לכן הם היו רועשים וזללני דלק. כאשר האוויר עוזב את הליבה, הוא מסובב טורבינה, שמניעה מדחף בקדמת המנוע כדי למשוך פנימה עוד אוויר. באמצעות הגדלת המדחף, ניתן להניע יותר אוויר איטי מסביב לליבה (האוויר "העוקף"). זו שיטה יעילה ושקטה בהרבה. זו גם הסיבה שבגינה מנועי הסילון השמינו במשך השנים.

יש עוד מכשולים שצריך להתגבר עליהם

מטוסי סילון מודרניים יכולים להגיע ליחס עקיפה של 12 ל–1, לעומת יחס עקיפה של 5 ל–1 בשנות ה–70. ואולם, הגדלת המדחפים קשה יותר ויותר, כי הם תופסים יותר מקום מתחת לכנף. מנועים גדולים יותר דורשים גם כנפיים חזקות יותר, ואלה מוסיפות למשקל המטוס. המערכת ההיברידית של 
E–Thrust עוקפת בעיות אלה בצורה טובה, מכיוון שרק למנוע הסילון בזנב המטוס ליבת בעירה. פירוש הדבר שכל האוויר הזורם דרך המדחסים החשמליים תורם ליחס עקיפה של 20 ל–1 ומעלה. זה צפוי להפוך את המטוס לחסכוני בדלק ושקט במיוחד.

יתרון נוסף מגיע מכך שהמנועים המפוזרים "מעכלים" את מה שנקרא שכבת הגבול של אוויר הזורם מעל לכנף. זו שכבת אוויר דקה מאוד הקרובה למשטח הכנף ומואטת על ידי חיכוך, כאשר מולקולות האוויר נוגעות במשטח הכנף. שכבת הגבול שעוברת מעל למשטח העליון המורם של הכנף, המספק עילוי לכנף, יכולה להיות סוערת, מה שמסייע ליצירת השובל שמטוסי סילון מותירים אחריהם. מיקום המדחפים החשמליים של E–Thrust מעל לכנף כדי ליירט את שכבת הגבול, מאפשר להם להאיץ אוויר זה ולצמצם את הגרר שיוצר השובל.

ל–E–Thrust נחוצות שתי התפתחויות טכניות: מלבד סוללות טובות יותר, דרושה לו מוליכות־על, תופעה המסירה התנגדות חשמלית כאשר חומרים מסוימים מצוננים אל מתחת לטמפרטורה קריטית. צמצום ההתנגדות מאפשר בנייה של מערכות הנעה וחשמל קלות וחזקות מספיק להטסת המטוס. זה כבר נעשה בקנה מידה קטן, בציוד כמו סורקים בבתי חולים. עם זאת, עבור מטוס תידרש מערכת צינון אינטנסיבית ברמה שעדיין לא קיימת בצורה מסחרית. קבוצה באוניברסיטת קיימברידג' עובדת עם איירבוס על בעיה זו.

התגברות על מכשולים אלה תאפשר למטוסים החשמליים לצבור מומנטום. הם יתחילו בקטן, אך יגדלו ויילכו, ויטיסו יותר נוסעים, בעוד שהטכנולוגיות מתקדמות. איירבוס צופה כי חלק מטכנולוגיות אלה יסייעו גם בייעול מטוסי הסילון המסורתיים והפחתת הרעש שהם מייצרים.



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר TheMarker

סדר את התגובות

כתבות ראשיות באתר

כתבות שאולי פיספסתם

*#