מתי בדיוק מטוסים חשמליים ייקח את השמים? מהנדסים שוקלים ב

כמו מכוניות חשמליות משאיות מופיעים יותר ויותר על כבישים מהירים בארה"ב, זה מעלה את השאלה: מתי יהיה מסחרית כלי רכב חשמליים לקחת את השמים? ישנם מספר מאמצים שאפתניים לבנות מטוסים המופעלים על ידי חשמל, כולל מטוסים אזוריים ומטוסים שיכולים לכסות מרחקים ארוכים יותר. התחשמלות מתחילה לאפשר סוג של נסיעה אווירית שרבים קיוו לה, אך עדיין לא ראו אותה - מכונית מעופפת.

האתגר העיקרי בבניית מטוסים חשמליים כולל כמה אנרגיה ניתן לאחסן בכמות נתונה של מקור האנרגיה על הלוח. למרות הסוללות הטובות ביותר לאחסן כ 40 פעמים פחות אנרגיה ליחידת משקל מאשר דלק סילוני, חלק גדול יותר של האנרגיה שלהם זמין כדי תנועה. בסופו של דבר, עבור משקל נתון, דלק סילון מכיל כ 14 פעמים יותר שמיש אנרגיה מאשר המדינה של ה- Art ליתיום יון.

ראה גם: לפגוש את החשמל, מימן, אפס פליטת מטוס מוגדר לטוס עד 2025

זה הופך את הסוללות כבדות יחסית עבור התעופה. חברות תעופה כבר חוששות לגבי משקל - הטלת אגרות על המטען בחלקו כדי להגביל כמה מטוסים צריכים לשאת. רכבי כביש יכולים להתמודד עם סוללות כבדות יותר, אך יש חששות דומים. קבוצת המחקר שלנו ניתחה את המשקל של אנרגיה-משקל במשאיות טנדרים חשמליות או בטרקטורים או במשאיות-למחצה.

מ משאיות חשמליות כלי רכב מעופפים

המחקר שלנו מבוסס על תיאור מדויק מאוד של האנרגיה הנדרשת כדי להעביר את הרכב יחד עם פרטים של התהליכים הכימיים הבסיסיים המעורבים סוללות ליתיום. מצאנו כי משאית חשמלית דומה לזו של היום דיזל מופעל אלה יכול להיות מתוכנן לנסוע עד 500 קילומטר על מטען אחד, תוך כדי היכולת לשאת את המטען של כ -93 אחוזים מכלל מסעות הנסיעה.

סוללות יצטרכו לקבל זול יותר לפני שזה הגיוני כלכלית להתחיל את התהליך של המרת צי משאיות בארה"ב חשמל. זה נראה סביר לקרות בתחילת 2020.

כלי רכב מעופפים הם קצת רחוק יותר, כי יש להם צרכים שונים כוח, במיוחד במהלך המריא ואת הנחיתה.

מהו e-VTOL?

שלא כמו מטוסי נוסעים, מטוסים זעירים המופעלים באמצעות סוללות, הנושאים חבילות אישיות על פני מרחקים קצרים, בעודם טסים מתחת ל -400 מטרים, כבר נכנסים לשימוש. אבל נשיאת אנשים ומטען דורשת פי 10 יותר אנרגיה - או יותר.

בדקנו כמה אנרגיה יש צורך במטוס קטן המופעל באמצעות סוללות המסוגל להמריא אנכית ולנחיתה. אלה נועדו בדרך כלל להשיק ישר כמו מסוקים, לעבור למצב מטוס יעיל יותר על ידי סיבוב המדחפים שלהם או כנפיים שלמות במהלך הטיסה, ולאחר מכן מעבר חזרה למצב מסוק עבור הנחיתה. הם יכולים להיות דרך יעילה כלכלית לנווט באזורים עירוניים עסוקים, הימנעות כבישים סתומים.

דרישות האנרגיה של e-VTOL כלי טיס

קבוצת המחקר שלנו בנתה מודל מחשב המחשבת את הכוח הדרוש ל- e-VTOL של הנוסע החד-מנועי, לאורך קווי העיצובים שכבר נמצאים בפיתוח. דוגמה אחת כזו היא e-VTOL שמשקלה 1000 ק"ג, כולל הנוסע.

החלק הארוך ביותר של הנסיעה, שיוט במצב מטוס, צריך את האנרגיה לפחות לכל קילומטר. מדגם e-VTOL שלנו צריך כ-400 עד 500 ואט לשעה לכל קילומטר, סביב אותה כמות של אנרגיה טנדר חשמלי צריך - וכפליים את צריכת האנרגיה של מכונית נוסעים נוסעים.

עם זאת, ההמראה הנחיתה דורשים הרבה יותר כוח. לא משנה כמה רחוק e-VTOL נוסע, הניתוח שלנו צופה ההמראה הנחיתה בשילוב יחייב בין 8,000 ל 10,000 שעות וואט לכל טיול. זהו כחצי מהאנרגיה הזמינה ברוב המכוניות החשמליות הקומפקטיות, כמו עלה ניסן.

עבור טיסה שלמה, עם הסוללות הטובות ביותר הקיימות כיום, חישבנו כי נוסע יחיד מסוג VTOL המיועד לשאת אדם 20 מייל או פחות ידרוש כ-800 עד 900 ואט שעות לכל קילומטר. זה בערך חצי כמות האנרגיה כחצי משאית, וזה לא יעיל מאוד: אם היית צריך לעשות ביקור מהיר בחנות בעיר הקרובה, לא היית קופץ לתוך מונית של טרקטור טעון לגמרי כדי להגיע לשם.

כמו סוללות לשפר במהלך השנים הקרובות, הם עשויים להיות מסוגל לארוז על 50 אחוז יותר אנרגיה עבור אותו משקל הסוללה. זה יעזור להפוך את e-VTOLS קיימא יותר עבור נסיעות לטווח קצר ובינוני. אבל, יש עוד כמה דברים לפני שאנשים יכולים באמת להתחיל להשתמש e-VTOLS באופן קבוע.

זה לא רק אנרגיה

עבור כלי רכב קרקעיים, קביעת טווח שימושי של נסיעה הוא מספיק - אבל לא עבור מטוסים ומסוקים. מעצבי מטוסים גם צריך לבחון מקרוב את הכוח - או כמה מהר האנרגיה המאוחסנת זמין. זה חשוב כי ramping עד להמריא במטוס או לדחוף למטה נגד כוח הכבידה במסוק לוקח הרבה יותר כוח מאשר להפוך את הגלגלים של מכונית או משאית.

לכן, סוללות e-VTOL חייב להיות מסוגל לפרוק בשיעורים בערך 10 פעמים מהר יותר מאשר סוללות כלי רכב חשמליים הכביש. כאשר סוללות פריקה מהר יותר, הם מקבלים הרבה יותר חם. בדיוק כמו מאוורר הנייד שלך מסתובב במהירות מלאה כאשר אתה מנסה להזרים תוכנית טלוויזיה בעת משחק משחק והורדה של קובץ גדול, חבילת הסוללה של הרכב צריך להיות מקורר למטה אפילו מהר יותר בכל פעם שהוא מתבקש לייצר יותר כוח.

סוללות של כלי רכב אינם מתחממים כמעט בזמן נהיגה, כך שהם יכולים להיות מקורר על ידי האוויר חולף על ידי או עם coolants פשוטה. עם זאת, מונית e-VTOL תיצור כמות עצומה של חום בהמראה, שייקח זמן רב להתקרר - ובטיולים קצרים אולי אפילו לא יתקרר לגמרי לפני שיחמם שוב על הנחיתה. יחסית לגודל מארז הסוללה, עבור אותו מרחק נסיעה, כמות החום הנוצרת על ידי סוללת e-VTOL במהלך ההמראה והנחיתה גבוהה בהרבה ממכוניות חשמליות ומשאיות.

ראה גם: טסלה מנכ"ל אילון מוסק פרטים רעיון עבור מטוס חשמלי על ג'ו רוגאן Podcast

החום הנוסף יקצר את אורך החיים השימושיים של סוללות ה- e-VTOL, ויגרום להם להיות רגישים יותר לתפיסת אש. כדי לשמור על אמינות ובטיחות, מטוסים חשמליים יצטרכו מערכות קירור מיוחדות - אשר ידרוש יותר אנרגיה ומשקל.

זהו הבדל מכריע בין כלי רכב חשמליים וכלי רכב חשמליים: למעצבי משאיות ומכוניות אין צורך לשפר באופן קיצוני את תפוקת החשמל או את מערכות הקירור שלהם, שכן הדבר יוסיף עלות מבלי לסייע בביצועים. רק מחקר מיוחד ימצא אלה ההתקדמות חיוניים עבור מטוסים חשמליים.

נושא המחקר הבא שלנו ימשיך לחקור דרכים לשפר את סוללת e-VTOL ואת דרישות מערכת הקירור על מנת לספק מספיק אנרגיה לטווח יעיל ולכוח מספיק להמראה ולנחיתה - ללא כל התחממות יתר.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי Venkat Viswanathan, Shashank Sripad, וויליאם לייף Fredericks. קרא את המאמר המקורי כאן.