Pionierska koncepcja zoptymalizowanego hybrydowo-elektrycznego samolotu komunikacyjnego
W coraz bardziej wzajemnie połączonym świecie oddalonych od siebie pod względem geograficznym firm i ludzi transport lotniczy ma kluczowe znaczenie dla gospodarek i spójności społecznej. Sektor lotniczy ma jednak znaczący wpływ na środowisko, związany głównie z hałasem i emisjami. Emisje CO2 wszystkich lotów rozpoczynających się w portach lotniczych 27 krajów UE i Europejskiego Stowarzyszenia Wolnego Handlu wzrosły w latach 2005–2019 o 34 %. Lotnictwo odpowiada za ponad 3 % antropogenicznego wpływu na globalne ocieplenie ze względu na emisje CO2 i czynniki inne niż CO2. Aby pozostać na dobrej drodze do osiągnięcia celów zakładających osiągnięcie neutralności emisyjnej do 2050 r., konieczne są radykalne kroki technologiczne i ciągłe wysiłki badawcze. Większość samolotów nadal zasilana jest paliwami kopalnymi, więc zrównoważone paliwa lotnicze są kluczowym obszarem badań. Jednak aby nakierować Europę na właściwe tory, w dłuższej perspektywie wymagane będą rewolucyjne projekty zwiększające wydajność silników i zmierzające w kierunku bardziej elektrycznych, a ostatecznie całkowicie elektrycznych statków powietrznych. Zaspokojeniem tej krytycznej potrzeby zajął się zespół finansowanego ze środków UE projektu HECARRUS, opracowując pełną pętlę projektową mieszczącego na swym pokładzie 19 pasażerów samolotu komunikacyjnego opartego na napędzie hybrydowo-elektrycznym, osiągającym niemal zerową emisję.
Zaawansowane symulacje i badania numeryczne statków powietrznych z napędem hybrydowo-elektrycznym
Samoloty z akumulatorowym napędem elektrycznym nie emitują bezpośrednio gazów i cząstek stałych, generują niższy poziom hałasu, charakteryzują się wysoką wydajnością oraz potencjalnie niższymi kosztami eksploatacji i konserwacji. Według Anestisa Kalfasa i Vasilisa Gkoutzamanisa z Uniwersytetu Arystotelesa w Salonikach, który pełnił rolę koordynatora projektu, „przeprowadzono tylko kilka pierwszych lotów certyfikowanych samolotów elektrycznych, ograniczając się do 2–4-miejscowych samolotów elektrycznych przeznaczonych głównie do szkolenia pilotów. Obecnie dostępne technologie akumulatorowe (pod względem gęstości energii i wagi) poważnie ograniczają rozmiar statków powietrznych i stanowią główną przeszkodę w wykorzystaniu potencjału lotnictwa zasilanego akumulatorami”. Zespół projektu HECARRUS postanowił przyspieszyć ten rozwój dzięki zaawansowanym symulacjom i badaniom numerycznym uwzględniającym wiele przełomowych konfiguracji, architektur i rozwiązań łączących najbardziej wydajne silniki turbospalinowe z generatorami energii elektrycznej i zaawansowanymi technologiami akumulatorowymi. Jak zauważa Gkoutzamanis, „przyszłość należy do pojazdów hybrydowych. Nie tylko hybrydowo-elektrycznych, ale też hybrydowych ogółem: badania skupiają się na przykład na integracji wielu typów układów napędowych, takich jak termiczne i elektryczne, w celu zapewnienia ciągu, wielu rodzajów charakterystyk spalania w celu optymalizacji emisji oraz wielu najnowocześniejszych komponentów i cech płatowca”. Wraz z opracowaniem projektu koncepcyjnego badania podstawowe miały na celu określenie zalet hybrydyzacji w regionalnej mobilności powietrznej oraz naukowych i technicznych wyzwań związanych z wdrażaniem nowych architektur napędowych.
Przełom w dziedzinie zrównoważonego lotnictwa
Połączenie różnych komponentów statku powietrznego z hybrydowym napędem elektrycznym jest wyzwaniem, a zespół projektu HECARRUS poradził sobie z nim w znakomity sposób, używając w tym celu swoich narzędzi projektowych i symulacji. „Zespołowi projektu HECARRUS udało się stworzyć koncepcyjny projekt mieszczącego 19 pasażerów samolotu komunikacyjnego o niemal zerowej emisji spalin opartego na napędzie hybrydowo-elektrycznym. Działania te obejmowały zaprojektowanie, integrację i optymalizację głównych komponentów konfiguracji, obejmujących turbinę gazową, systemy zasilania elektrycznego i zarządzania temperaturą, a także sam statek powietrzny w całym profilu misji”, wyjaśnia Gkoutzamanis. Zgodnie z analizami i kwantyfikacją potencjalnych korzyści proponowana konfiguracja koncepcji HECARRUS może zmniejszyć emisję CO2, tlenków azotu i hałasu samolotów komunikacyjnych do przewozu 19 pasażerów odpowiednio o 34,3 %, 30,5 % i 20,0 %. „Wykazaliśmy ogromny potencjał, jaki wpływ na zrównoważony rozwój lotnictwa może mieć nawet mniejszy statek powietrzny i jak przełomowym wzorcem dla przyszłych projektów może się stać”, podsumowuje Kalfas. Przedsięwzięcie to wspierać będą opracowane w ramach projektu modele. Wraz z nabytą wiedzą i przeszkolonymi w ramach projektu HECARRUS naukowcami projekt pomoże nakierować sektor lotniczy na właściwe tory ku osiągnięciu niemal zerowych emisji do 2050 roku.
Słowa kluczowe
HECARRUS, statek powietrzny, lotnictwo, napęd hybrydowo-elektryczny, akumulator, samolot komunikacyjny, turbina gazowa
