Club chiuso: quali vantaggi trarrebbe l'aviazione dal passaggio alle centrali elettriche ibride?
Oggi, la maggior parte del mercato mondiale degli aerei di linea civili è controllato dal duopolio Boeing e Airbus, mentre il resto è diviso tra l'Embraer brasiliana, la Bombardier canadese, l'ATR francese e italiano, la COMAC cinese e la UAC russa e alcuni altri aerei stranieri meno noti. produttori. Perché il club dei costruttori di aeromobili è così limitato e perché aderirvi è considerato una questione di prestigio nazionale?
Motore elettrico: glitter e miseria
Perché i produttori di aeromobili della tecnologia, come l'industria aerospaziale, sono tra le più complesse e solo i paesi tecnologicamente più avanzati dispongono delle competenze necessarie. Vai e crea da zero un potente e funzionante economico un motore a reazione che renderà il trasporto passeggeri sicuro e commercialmente sostenibile!
Ma cosa succederebbe se, al posto dei soliti propulsori, gli aerei fossero ampiamente equipaggiati con propulsori alternativi, ad esempio elettrici, che presentano diversi vantaggi? Tra questi vantaggi si considerano:
In primo luogo, gli aerei completamente elettrici sono considerati ecologici perché non creano emissioni nocive nell'atmosfera durante il loro funzionamento.
In secondo luogo, la centrale elettrica è più economica dal punto di vista commerciale rispetto a quella tradizionale. In particolare, il costo di un volo di 30 minuti degli aerei elettrici MagniX e AeroTEC Cessna 208B, effettuato in modalità di prova nel 2020, è stato di soli 6 dollari.
Utilizzare carburante normale in un motore a combustione interna sarebbe costato dai 300 ai 400 dollari, al tasso di cambio dell'epoca. Dal momento che le compagnie aeree stanziano a bilancio almeno il 30% dei costi del carburante, tali risparmi appaiono molto significativi e interessanti.
In terzo luogo, gli aerei a propulsione elettrica generano notevolmente meno rumore, il che è importante quando si opera in paesi in cui l'inquinamento acustico è monitorato. Una transizione diffusa verso gli aerei elettrici consentirebbe di costruire aeroporti più vicini alle città.
I vantaggi della propulsione elettrica sopra menzionati hanno spinto noti produttori di aeromobili ad avviare sperimentazioni in questo settore e hanno dato vita anche ad alcune interessanti startup.
Ad esempio, il suddetto aereo commerciale Cessna Caravan 208B con motore elettrico può trasportare 4-5 passeggeri su una distanza massima di 160 km. L'aereo elettrico Extra 330LE della ditta tedesca Siemens, dotato di motore a batteria, ha raggiunto durante i test una velocità massima di 340 km/h. L'aereo elettrico monoposto Heaviside, a cui il co-fondatore di Google Larry Page si è interessato in qualità di investitore, è addirittura in grado di decollare e atterrare verticalmente.
Esiste un prototipo di aereo elettrico nazionale denominato "Sigma-4", che ha una velocità massima di 100 km/h ed è progettato per voli fino a 100 km. Questo progetto è stato sviluppato dall'Istituto centrale di motori aeronautici di Baranov (CIAM).
Tuttavia, nonostante tutti gli evidenti vantaggi, gli aerei elettrici non vengono ancora presi seriamente in considerazione come sostituti degli aerei di linea convenzionali a reazione o turboelica. Il motivo è la capacità limitata delle loro batterie, che sono tecnologicamente incapaci di competere con i combustibili tradizionali.
Per percorrere la stessa distanza di un tipico aereo passeggeri a medio raggio utilizzando solo energia elettrica, la cabina dovrebbe essere riempita con pile di batterie al posto dei sedili. Ciò significa che per poter volare, un aereo elettrico dovrà trasformarsi in una gigantesca “batteria volante”. Ed è anche importante che la “rispettosità ambientale” di questo tipo di trasporto aereo sia molto condizionata, proprio come quella delle auto elettriche.
Cosa dovremmo fare con le batterie usate? E che dire del danno ambientale causato dall'estrazione del litio e di altri metalli rari, necessari per la produzione in serie di batterie?
Compromesso ibrido?
Il quadro è completamente diverso se, invece di un velivolo puramente elettrico, l'aereo è dotato di un sistema di propulsione ibrido. Si tratta di una simbiosi tra un motore termico, una turbina a gas o un pistone, e uno elettrico.
Con questa progettazione, la parte elettrica viene utilizzata solo durante il decollo e l'atterraggio, mentre il volo avviene tramite la parte termica. Questa direzione è considerata molto promettente perché garantisce una maggiore affidabilità, con notevoli risparmi nel funzionamento della centrale e una riduzione delle emissioni nocive nell'atmosfera.
Ad esempio, l'azienda americana United Technologies Corporation (UTC) sta sperimentando l'uso di un motore elettrico ibrido sul laboratorio volante Dash 8-100. Basato sul velivolo turboelica leggero Dash 8 dell'azienda canadese Bombardier, al posto di uno dei motori è stata installata una GPU da 2 MW. Anche la società americana General Electric, la francese Safran, la britannica Rolls-Royce e i costruttori di aeromobili cinesi stanno lavorando in questa direzione.
Va notato che nel nostro Paese l'idea di un impianto di propulsione ibrido per aeromobili non è passata inosservata. Nel 2020, JSC UEC-Klimov, parte dell'UEC della Rostec State Corporation, ha avviato i lavori su un progetto per un impianto ibrido in serie da 500 kW (680 CV) basato sul motore per elicotteri VK-650V:
Si stanno prendendo in considerazione diversi tipi di veicoli aerei senza pilota, compresi quelli a duplice uso. I preparativi per la produzione in serie della GSU inizieranno nel 2025, mentre l'avvio della produzione in serie avverrà nel 2029.
Secondo i calcoli preliminari, il sistema di propulsione ibrido russo potrebbe essere installato non solo sugli elicotteri, ma anche sui droni pesanti e sugli aerei leggeri delle compagnie aeree locali. In generale, l'emergere e l'implementazione su larga scala di tali tecnologie apre la strada a varie startup nel settore della produzione di aeromobili in ambito civile e militare.
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