Elektrikle çalışan araçlar yollarda giderek daha fazla görülürken, elektrikli uçaklarla ilgili araştırmalar henüz emekleme aşamasında. Endüstri, giderek daha fazla elektrikli yerleşik sistemlere sahip bir uçak olan More Electric Aircraft adı verilen uçak üzerinde bir süredir çalışıyor. Örneğin A320, 1980’lerden beri elektrikli kontrol sistemi ile uçuyor.
Elektrikli ana tahrik sistemine sahip uçak ise henüz emekleme aşamasında. DLR’den araştırmacılar da dahil olmak üzere bilim ve endüstri şu anda tamamen elektrikli uçak vizyonunu gerçeğe dönüştürmek için birlikte çalışıyor. Özellikle kentsel hava taşımacılığı için potansiyel pazar, geliştiriciler için bir zorluk teşkil ediyor. Elektrikli tahrikler enerji, gürültü ve emisyon tasarrufu sağlayabilir ve şehir içi trafikte kullanıldığında belirleyici avantajlar sağlayabilir.
İlk elektrikli uçaklar havalandı
İlk tam elektrikli sabit kanatlı hava aracı, son yıllarda genel havacılık alanında düzenlenen hava gösterilerinde görücüye çıktı. 2015’ten beri planörler, 25 kilovat güç aralığında pille çalışan eve dönüş yardımı ile uçuyor ve artık seri uçaklar olarak sunuluyor.
2009 gibi erken bir tarihte, Stuttgart tesisindeki DLR, Stuttgart Üniversitesi’nden ve endüstriden araştırmacılarla birlikte, tamamen hidrojen yakıt hücreleriyle çalışan ilk elektrikli planörü geliştirdi, inşa etti ve uçurdu: Antares DLR-H2. 2016 yılında, araştırma ekibi ve DLR, Taurus G4’ü temel alan yakıt hücreleri ve pillerle ilk uçan hibrit sürücüyü sundu. Dört koltuklu prototip HY4, Eylül 2018’de ilk uçuşunu gerçekleştirdi.
260 kilovat ile şu anda havacılıktaki en güçlü elektrik motoru, 2016 yılının ortasından bu yana Siemens’in Extra 330LE akrobasi uçağında test ediliyor. 2011 yılında elektrik mühendisliği grubu, EADS ve Diamond gruplarıyla birlikte dünyanın ilk hibrit elektrikli uçağı olan DA36 E-Star’ı geliştirdi. O zamandan beri, motorun güç-ağırlık oranı beş katına çıktı ve on kat iyileştirme planlanıyor.
Elektrikli yolcu uçağına giden uzun yol
Bu hedef, önümüzdeki yirmi yılın uçak gelişimini temsil ediyor. Airbus ve Boeing gibi uçak üreticileri halihazırda elektrikle çalışan uçaklar için konseptler geliştiriyor. Her iki şirket de hibrit sürücüye güveniyor. Pazara hazır olana kadar küçükten büyüğe sistemlerin adım adım geliştirilmesi gereklidir.
Geleceğe yatırım olarak hibrit sürüş
Tamamen elektrikli veya hibrit bir elektrikli tahrikin uygulanması için önemli bir husus, enerji depolamadır. Yüksek verimli planörler, seyir uçuşlarını yalnızca pillerle bir saatten fazla uzatabilir. Günümüzde multikopterler veya motorlu uçaklar gibi daha az verimli hava araçları, maksimum 20 dakikalık uçuş süresine ulaşmaktadır. Bu, tamamen elektrikli uçuşta yalnızca çok kısa mesafeler için yeterlidir. Daha ağır uçaklar ve daha uzun menziller için piller, teknolojinin mevcut durumuna göre birincil enerji depolama sistemleri olarak çok ağır hale geliyor. Tamamen elektrikli bir A320 için, 20 dakikalık uçuş süresi için 50 tondan fazla pilin planlanması gerekir. Bu, maksimum kalkış ağırlığının yaklaşık üçte ikisi olacaktır.
Hem havacılık hem de otomotiv endüstrileri şu anda hibrit çözümleri araştırıyor. Hibrit elektrik konseptleri, pillerin esnekliğini kimyasal enerji taşıyıcılarının enerji yoğunluğuyla birleştirir. Sürücü, seyir uçuşu için sürekli güç gereksinimini kerosen gibi yüksek enerjili yakıtlardan elde eder. Kalkış ve manevralar için güç zirveleri yedek pillerle karşılanmalıdır. Elektrikli araçlarda olduğu gibi, bu menzili artırır.
Yeni araştırma yaklaşımları
Halihazırda bir hibrit tahrik uygulamak için üç yaklaşım vardır: Bir seri hibrit mimaride, bir gaz türbini tüm gücünü yerleşik elektrik sistemine besler. Elde edilen enerji ile elektrik motorları vasıtasıyla bir veya birden fazla pervaneyi tahrik eder. Kısmen hibritleştirilmiş bir uçakta, elektrik gücü mevcut bir konvansiyonel motordan alınır. Paralel hibrit mimaride, elektrik motoru pervaneyi geleneksel motorla paralel olarak çalıştırır.
Bir hibrit elektrikli aktarma organının mimarisi, bu üç temel bileşeni herhangi bir karmaşık şekilde birleştirebilir. Ek olarak, bir yakıtı elektrik enerjisine dönüştüren çok çeşitli enerji dönüştürücüler düşünülebilir. Bunlar örneğin gaz türbinleri ve jeneratörlü veya yakıt hücreli pistonlu motorlar olabilir.
Mümkün olan en düşük emisyona sahip havacılık ile ilgili olarak, özellikle hidrojen yakıt hücreleri, yalnızca gaz halindeki sudan oluşan son derece düşük emisyonlar vaat ediyor. Bununla birlikte, hesaplamada üretim süreci ve ortaya çıkan emisyonlar da dikkate alınmalıdır. Hibrit tahrik konseptleri, geleneksel enerji kaynaklarıyla da enerji tasarrufu sağlayabilir. Yanma işlemi her zaman optimum çalışma noktasında çalışıyorsa ve dinamik yükler için tasarlanması gerekmiyorsa, daha az yakıt gerekir.
Hibrit sürücünün avantajları ve dezavantajları
Elektrikli uçak tahrikinin önemli bir avantajı, uçağın genel tasarımındaki yeni olanaklar ve gürültü ve kirlilikte önemli bir azalmadır. Bir hibrit elektrik sisteminin belirleyici dezavantajı, karmaşıklığı ve tamamen geleneksel bir sürücüye kıyasla hala önemli ölçüde daha yüksek ağırlığıdır. Burada hala açıklığa kavuşturulması gereken bir dizi açık soru var.
ileriye bir bakış
Araştırma ve bilimin yanı sıra endüstri uzmanları, hibrit elektrikli sürücülerin kullanılmaya başlanmasıyla yaklaşık yüzde 20’lik enerji tasarrufunun gerçekçi olduğuna inanıyor. Bununla birlikte, elektrikli tahrikin ekolojik faydası ve verimlilik avantajları büyük ölçüde uygulamaya bağlıdır. Çevresel dengenin adil bir şekilde değerlendirilmesi için, saf aktarma organlarına ek olarak, yakıtın üretilmesinden tüm hava trafik sistemine kadar tüm zincir dikkate alınmalıdır. Bugüne kadar, elektrikli tahrikle ilgili temel sorular hala çözülmedi ve daha fazla araştırma, geliştirme ve – belki de daha da önemlisi – deneyler gerektiriyor.
Elektrikli ana tahrik sistemine sahip uçak ise henüz emekleme aşamasında. DLR’den araştırmacılar da dahil olmak üzere bilim ve endüstri şu anda tamamen elektrikli uçak vizyonunu gerçeğe dönüştürmek için birlikte çalışıyor. Özellikle kentsel hava taşımacılığı için potansiyel pazar, geliştiriciler için bir zorluk teşkil ediyor. Elektrikli tahrikler enerji, gürültü ve emisyon tasarrufu sağlayabilir ve şehir içi trafikte kullanıldığında belirleyici avantajlar sağlayabilir.
İlk elektrikli uçaklar havalandı
İlk tam elektrikli sabit kanatlı hava aracı, son yıllarda genel havacılık alanında düzenlenen hava gösterilerinde görücüye çıktı. 2015’ten beri planörler, 25 kilovat güç aralığında pille çalışan eve dönüş yardımı ile uçuyor ve artık seri uçaklar olarak sunuluyor.
2009 gibi erken bir tarihte, Stuttgart tesisindeki DLR, Stuttgart Üniversitesi’nden ve endüstriden araştırmacılarla birlikte, tamamen hidrojen yakıt hücreleriyle çalışan ilk elektrikli planörü geliştirdi, inşa etti ve uçurdu: Antares DLR-H2. 2016 yılında, araştırma ekibi ve DLR, Taurus G4’ü temel alan yakıt hücreleri ve pillerle ilk uçan hibrit sürücüyü sundu. Dört koltuklu prototip HY4, Eylül 2018’de ilk uçuşunu gerçekleştirdi.
260 kilovat ile şu anda havacılıktaki en güçlü elektrik motoru, 2016 yılının ortasından bu yana Siemens’in Extra 330LE akrobasi uçağında test ediliyor. 2011 yılında elektrik mühendisliği grubu, EADS ve Diamond gruplarıyla birlikte dünyanın ilk hibrit elektrikli uçağı olan DA36 E-Star’ı geliştirdi. O zamandan beri, motorun güç-ağırlık oranı beş katına çıktı ve on kat iyileştirme planlanıyor.
Elektrikli yolcu uçağına giden uzun yol
Bu hedef, önümüzdeki yirmi yılın uçak gelişimini temsil ediyor. Airbus ve Boeing gibi uçak üreticileri halihazırda elektrikle çalışan uçaklar için konseptler geliştiriyor. Her iki şirket de hibrit sürücüye güveniyor. Pazara hazır olana kadar küçükten büyüğe sistemlerin adım adım geliştirilmesi gereklidir.
Geleceğe yatırım olarak hibrit sürüş
Tamamen elektrikli veya hibrit bir elektrikli tahrikin uygulanması için önemli bir husus, enerji depolamadır. Yüksek verimli planörler, seyir uçuşlarını yalnızca pillerle bir saatten fazla uzatabilir. Günümüzde multikopterler veya motorlu uçaklar gibi daha az verimli hava araçları, maksimum 20 dakikalık uçuş süresine ulaşmaktadır. Bu, tamamen elektrikli uçuşta yalnızca çok kısa mesafeler için yeterlidir. Daha ağır uçaklar ve daha uzun menziller için piller, teknolojinin mevcut durumuna göre birincil enerji depolama sistemleri olarak çok ağır hale geliyor. Tamamen elektrikli bir A320 için, 20 dakikalık uçuş süresi için 50 tondan fazla pilin planlanması gerekir. Bu, maksimum kalkış ağırlığının yaklaşık üçte ikisi olacaktır.
Hem havacılık hem de otomotiv endüstrileri şu anda hibrit çözümleri araştırıyor. Hibrit elektrik konseptleri, pillerin esnekliğini kimyasal enerji taşıyıcılarının enerji yoğunluğuyla birleştirir. Sürücü, seyir uçuşu için sürekli güç gereksinimini kerosen gibi yüksek enerjili yakıtlardan elde eder. Kalkış ve manevralar için güç zirveleri yedek pillerle karşılanmalıdır. Elektrikli araçlarda olduğu gibi, bu menzili artırır.
Yeni araştırma yaklaşımları
Halihazırda bir hibrit tahrik uygulamak için üç yaklaşım vardır: Bir seri hibrit mimaride, bir gaz türbini tüm gücünü yerleşik elektrik sistemine besler. Elde edilen enerji ile elektrik motorları vasıtasıyla bir veya birden fazla pervaneyi tahrik eder. Kısmen hibritleştirilmiş bir uçakta, elektrik gücü mevcut bir konvansiyonel motordan alınır. Paralel hibrit mimaride, elektrik motoru pervaneyi geleneksel motorla paralel olarak çalıştırır.
Bir hibrit elektrikli aktarma organının mimarisi, bu üç temel bileşeni herhangi bir karmaşık şekilde birleştirebilir. Ek olarak, bir yakıtı elektrik enerjisine dönüştüren çok çeşitli enerji dönüştürücüler düşünülebilir. Bunlar örneğin gaz türbinleri ve jeneratörlü veya yakıt hücreli pistonlu motorlar olabilir.
Mümkün olan en düşük emisyona sahip havacılık ile ilgili olarak, özellikle hidrojen yakıt hücreleri, yalnızca gaz halindeki sudan oluşan son derece düşük emisyonlar vaat ediyor. Bununla birlikte, hesaplamada üretim süreci ve ortaya çıkan emisyonlar da dikkate alınmalıdır. Hibrit tahrik konseptleri, geleneksel enerji kaynaklarıyla da enerji tasarrufu sağlayabilir. Yanma işlemi her zaman optimum çalışma noktasında çalışıyorsa ve dinamik yükler için tasarlanması gerekmiyorsa, daha az yakıt gerekir.
Hibrit sürücünün avantajları ve dezavantajları
Elektrikli uçak tahrikinin önemli bir avantajı, uçağın genel tasarımındaki yeni olanaklar ve gürültü ve kirlilikte önemli bir azalmadır. Bir hibrit elektrik sisteminin belirleyici dezavantajı, karmaşıklığı ve tamamen geleneksel bir sürücüye kıyasla hala önemli ölçüde daha yüksek ağırlığıdır. Burada hala açıklığa kavuşturulması gereken bir dizi açık soru var.
ileriye bir bakış
Araştırma ve bilimin yanı sıra endüstri uzmanları, hibrit elektrikli sürücülerin kullanılmaya başlanmasıyla yaklaşık yüzde 20’lik enerji tasarrufunun gerçekçi olduğuna inanıyor. Bununla birlikte, elektrikli tahrikin ekolojik faydası ve verimlilik avantajları büyük ölçüde uygulamaya bağlıdır. Çevresel dengenin adil bir şekilde değerlendirilmesi için, saf aktarma organlarına ek olarak, yakıtın üretilmesinden tüm hava trafik sistemine kadar tüm zincir dikkate alınmalıdır. Bugüne kadar, elektrikli tahrikle ilgili temel sorular hala çözülmedi ve daha fazla araştırma, geliştirme ve – belki de daha da önemlisi – deneyler gerektiriyor.