Elektrik Uçakları Tam Olarak Ne Zaman Gökyüzüne Gidecek? Mühendisler Tartılır

Elektrikli otomobiller ve kamyonlar ABD otoyollarında giderek daha fazla göründüğü için şu soruyu gündeme getirmektedir: Ticari olarak uygulanabilir elektrikli araçlar gökyüzüne ne zaman çıkar? Daha uzun mesafeleri kapsayabilecek bölgesel jetler ve uçaklar dahil olmak üzere elektrikle çalışan uçaklar inşa etmek için çok sayıda iddialı çaba var. Elektrifikasyon, birçoğunun umduğu, ancak henüz görmediği bir hava seyahatini mümkün kılmaya başlıyor - uçan bir araba.

Elektrikli uçakların inşasında önemli bir zorluk, gemideki enerji kaynağının belirli bir ağırlığında ne kadar enerji depolanabileceğini içerir. En iyi piller, ağırlık biriminde jet yakıtından yaklaşık 40 kat daha az enerji depolasa da, hareketlerini sürdürebilmek için enerjilerinin daha büyük bir kısmı kullanılabilir. Sonuçta, belirli bir ağırlık için, jet yakıtı, en son teknolojiye sahip bir lityum-iyon pilden yaklaşık 14 kat daha fazla kullanılabilir enerji içerir.

Ayrıca bakınız: 2025'te Uçmak üzere Belirlenen Elektrik, Hidrojen, Sıfır Emisyon Düzlemiyle Tanışın

Bu, pilleri havacılık için nispeten ağır kılar. Havayolu şirketleri halihazırda ne kadar uçak taşımak zorunda olduklarını sınırlandırmak için bagajlara ağırlık yükleyen ücretlerden endişe duyuyorlar. Karayolu taşıtları daha ağır aküleri taşıyabilir ancak benzer kaygılar vardır. Araştırma grubumuz, elektrikli toplama kamyonlarında ve traktör römorklarında veya yarı kamyonlarda ağırlık enerjisi değişimini analiz etti.

Elektrikli Kamyonlardan Uçan Araçlara

Araştırmamızı, Li-ion pillerde yer alan kimyasal işlemlerin ayrıntılarıyla birlikte aracı hareket ettirmek için gereken enerjinin çok doğru bir şekilde tanımlanmasına dayandırdık. Günümüzün dizel motorlu araçlarına benzer bir elektrikli yarı kamyonun tüm yük seyahatlerinin yaklaşık yüzde 93'ünü taşıyabiliyorken, tek bir şarjla 500 mil kadar seyahat edebilecek şekilde tasarlandığını gördük.

ABD kamyon filosunu elektrik enerjisine dönüştürme sürecine başlamak için ekonomik bir anlam ifade etmeden önce pillerin daha ucuz olması gerekecektir. Bu 2020'lerin başında olmuş gibi görünüyor.

Uçan araçlar biraz daha uzaktadır, çünkü özellikle kalkış ve iniş sırasında farklı güç gereksinimlerine sahiptirler.

E-VTOL Nedir?

Yolcu uçaklarından farklı olarak, kısa mesafelerde kişisel paketler taşıyan, 400 feet'in altında uçarken, küçük akülü dronlar kullanılıyor. Ancak, insanları ve bagajları taşımak 10 kat daha fazla enerji gerektirir - veya daha fazla.

Akü ile çalışan, düşey kalkış ve iniş yapabilen küçük bir uçağın ne kadar enerjiye ihtiyacı olacağını gördük. Bunlar genellikle helikopter gibi düz fırlatmak, uçuş sırasında pervanelerini veya kanatlarını döndürerek daha verimli bir uçak moduna geçmek ve ardından iniş için tekrar helikopter moduna geçmek üzere tasarlanmıştır. Yoğun kentsel alanlarda gezinmek, tıkalı yollardan kaçınmak için verimli ve ekonomik bir yol olabilirler.

E-VTOL Uçağının Enerji Gereksinimleri

Araştırma grubumuz, halihazırda geliştirilmekte olan tasarımlar boyunca tek bir yolcu e-VTOL için gereken gücü hesaplayan bir bilgisayar modeli oluşturdu. Böyle bir örnek, yolcu dahil 1000 kilogram ağırlığında bir e-VTOL'dur.

Yolculuğun en uzun kısmı, uçak modunda seyir, mil başına en az enerjiye ihtiyaç duyar. Örnek e-VTOL'ümüzün mil başına yaklaşık 400 ila 500 watt-saat, bir elektrikli kamyonetin ihtiyaç duyduğu enerji miktarının yaklaşık olarak - ve bir elektrikli yolcu sedanının enerji tüketiminin yaklaşık iki katı - olması gerekir.

Ancak, kalkış ve iniş çok daha fazla güç gerektirir. Bir e-VTOL'un ne kadar uzağa gittiğine bakılmaksızın, analizimiz kalkış ve birlikte iniş işlemlerinin yolculuk başına 8.000 ila 10.000 watt-saat gerektireceğini öngörmektedir. Bu, Nissan Leaf gibi, çoğu kompakt elektrikli otomobilde bulunan enerjinin yaklaşık yarısı kadar.

Tüm bir uçuş için, bugün mevcut en iyi pillerle, 20 mil veya daha az bir kişiyi taşımak için tasarlanmış tek bir yolcu e-VTOL'un mil başına yaklaşık 800 ila 900 watt-saat gerektireceğini hesapladık. Bu, yarı kamyon olarak enerjinin yaklaşık yarısı kadardır, bu da çok verimli değildir: Yakındaki bir kasabada alışveriş yapmak için hızlı bir ziyaret yapmanız gerekiyorsa, tam yüklü bir traktör römorkunun kabinine atlamazsınız. orada ol.

Piller önümüzdeki birkaç yıl içinde geliştikçe, aynı pil ağırlığı için yaklaşık yüzde 50 daha fazla enerji harcayabilirler. Bu, e-VTOLS'un kısa ve orta menzilli seyahatler için daha uygun olmasına yardımcı olacaktır. Ancak, insanlar düzenli olarak e-VTOLS kullanmaya başlamadan önce gereken birkaç şey var.

Sadece Enerji Değil

Kara taşıtları için, uygun seyahat mesafesinin belirlenmesi yeterlidir - fakat uçaklar ve helikopterler için değil. Uçak tasarımcılarının da gücü yakından incelemeleri gerekir - ya da depolanan enerjinin ne kadar hızlı kullanılabildiği. Bu önemlidir çünkü bir jet ile havaya fırlatmak veya bir helikopterde yerçekimine karşı aşağıya itmek bir otomobilin veya kamyonun tekerleklerini çevirmekten çok daha fazla güç harcar.

Bu nedenle, e-VTOL aküleri, elektrikli yol araçlarındaki akülerden yaklaşık 10 kat daha hızlı oranda boşalabilir. Piller daha çabuk boşaldığında çok daha sıcak olur. Oyun oynarken ve büyük bir dosyayı indirirken bir TV şovunu yayınlamaya çalıştığınızda dizüstü bilgisayar fanınızın tam hıza çıkması gibi, bir araç batarya paketinin daha fazla güç üretmesi istendiğinde daha da hızlı bir şekilde soğutulması gerekir.

Karayolu taşıtlarının aküleri araç kullanırken neredeyse hiç ısınmaz, bu yüzden geçen veya basit soğutma sıvıları ile soğutulan havayla soğutulabilirler. Bununla birlikte, bir e-VTOL taksisi, kalkışta soğuması uzun zaman alacak çok büyük miktarda bir ısı üretecektir - ve kısa yolculuklarda inişlerde tekrar ısınmadan önce tamamen soğumayabilir. Akü paketi boyutuna göre, gidilen aynı mesafe için, kalkış ve iniş sırasında bir e-VTOL aküsü tarafından üretilen ısı miktarı elektrikli otomobil ve yarı kamyonlardan çok daha fazladır.

Ayrıca bakınız: Tesla CEO'su Elon Musk, Joe Rogan Podcast'te Elektrikli Uçak İçin Fikir

Bu ekstra ısı, e-VTOL pillerin kullanım ömrünü kısaltacak ve muhtemelen onları ateşe daha duyarlı hale getirecektir. Hem güvenilirliği hem de güvenliği korumak için elektrikli uçakların daha fazla enerji ve ağırlık gerektiren özel soğutma sistemlerine ihtiyacı olacak.

Bu, elektrikli karayolu taşıtları ile elektrikli uçaklar arasında çok önemli bir farktır: Kamyon ve araç tasarımcılarının güç çıkışlarını veya soğutma sistemlerini radikal bir şekilde iyileştirme ihtiyacı yoktur, çünkü performansa yardımcı olmadan maliyet katacaktır. Sadece özel araştırmalar, elektrikli uçaklar için bu hayati avantajları bulacaktır.

Bir sonraki araştırma başlığımız, e-VTOL batarya ve soğutma sistemi gereksinimlerini iyileştirme yollarını araştırmaya devam edecek; faydalı aralık için yeterli enerji ve kalkış ve iniş için yeterli güç - hepsi aşırı ısınmadan.

Bu makale, Venkat Viswanathan, Shashank Sripad ve William Leif Fredericks tarafından The Konuşma'da yayınlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.