طائرة كهربائية هجينة

الطائرة الكهربائية الهجينة هي طائرة ذات مجموعة نقل حركة كهربائية هجينة . ونظرًا لأن كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم أيون أقل بكثير من وقود الطائرات ، فقد تعمل مجموعة نقل الحركة الكهربائية الهجينة بشكل فعال على زيادة مدى الطيران مقارنة بالطائرات الكهربائية النقية . وبحلول مايو 2018، كان هناك أكثر من 30 مشروعًا للطائرات الكهربائية الهجينة، وتم تصور طائرات ركاب كهربائية هجينة قصيرة المدى اعتبارًا من عام 2032.

تم التخطيط لمفهوم Boeing Truss-Braced Wing دون سرعة الصوت باستخدام الدفع الكهربائي الهجين. ^[1] حلقت Diamond DA36 E-Star لأول مرة في 8 يونيو 2011، وهي أول رحلة لسلسلة من المحركات الهجينة ، مما يقلل من استهلاك الوقود والانبعاثات بنسبة تصل إلى 25٪، وهي تقنية قابلة للتطوير إلى طائرة ركاب تتسع لـ 100 مقعد. ^{[2] يولد} محرك Austro Engine الصغير والأخف وزنًا 100 كجم (220 رطلاً) بقوة 40 حصانًا (30 كيلو واط) الكهرباء، مدعومًا ببطاريات EADS للإقلاع الصامت، وتغذية محرك كهربائي من Siemens بقوة 70 كيلو واط (94 حصانًا) يدير المروحة. ^[2] كان من المفترض أن تكون AgustaWestland Project Zero كهربائية هجينة.

رعت وكالة ناسا تحديًا مئويًا لتشجيع تطوير أكثر الطائرات كفاءة في استهلاك الوقود في العالم. ^[3] شاركت جوجل في رعاية المسابقة وأُجريت في كاليفورنيا. وكان من بين المشاركين أول طائرة هجينة تعمل بالغاز والكهرباء في العالم تسمى EcoEagle، والتي بناها طلاب جامعة إمبري ريدل للطيران ، وطائرتان كهربائيتان - Pipistrel Taurus G4 وeGenius. ^[4]

أطلقت شركة فاراداير للطيران مفهوم طائرة كهربائية هجينة ثلاثية الأجنحة تسمى BEHA (طائرة هجينة كهربائية حيوية) كواحدة من أولى الطائرات الإقليمية في العالم المصممة خصيصًا للطيران الإقليمي الكهربائي الهجين. واصلت الشركة الناشئة في المملكة المتحدة التطوير من المفهوم الأولي إلى أحدث متغير BEHA M1H، مع فرصة مستقبلية للطائرات بدون طيار وجميع المتغيرات الكهربائية. حصلت E-STOL BEHA على دعم من أعضاء رئيسيين في حكومة المملكة المتحدة وتم إجراء تطوير هيكل الطائرة في جامعة سوانسي. ^[5]

تعمل شركة Zunum Aero ، المدعومة من شركة Boeing و JetBlue ، منذ عام 2014 على عائلة من الطائرات الإقليمية الكهربائية الهجينة التي تتسع من 10 إلى 50 مقعدًا . ^[6] في 5 أكتوبر 2017، أطلقت شركة Zunum تطوير طائرة تتسع من ستة إلى اثني عشر مقعدًا. تهدف الطائرة إلى الطيران في عام 2020 والتسليم في عام 2022، ومن المفترض أن تخفض تكاليف التشغيل بنسبة 40-80٪ للوصول إلى تكاليف أميال المقاعد المتاحة (ASM) لطائرة Dash 8-Q400 التي تتسع لـ 78 مقعدًا . ^[7]

في 28 نوفمبر 2017، أعلنت شركة إيرباص عن شراكة مع شركة رولز رويس بي إل سي وشركة سيمنز لتطوير طائرة الركاب الكهربائية الهجينة E-Fan X ، والتي من المقرر أن تحلق في عام 2020. ^[8]

يمكن استخدام محرك GE Catalyst بقوة 1300 حصان في الدفع الكهربائي الهجين: في أواخر عام 2016، عدلت شركة جنرال إلكتريك محرك توربيني مروحي لطائرة مقاتلة من طراز GE F110 لاستخراج 250 كيلو وات من توربينها عالي القدرة و750 كيلو وات من توربينها منخفض الضغط ، بدعم من مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية ووكالة ناسا، وتم تطوير واختبار محرك/مولد كهربائي بقوة 1 ميغاواط مع GE Global Research ، وتم اختبار عاكس مبرد بالسائل يحول 2400 فولت تيار مستمر إلى تيار متردد ثلاثي الطور بمفاتيح تعتمد على كربيد السيليكون ووحدات طاقة MOSFET بقوة 1.7 كيلو وات . ^[9]

ويتوقع خبراء الصناعة أن تبدأ طائرة ركاب هجينة كهربائية تتسع لأكثر من 50 مقعدًا في التشغيل التجاري بحلول عام 2032 للطرق مثل لندن - باريس. ^[10]

بحلول نوفمبر 2018، تم إغلاق مكاتب Zunum Aero وتم تسريح جميع الموظفين البالغ عددهم 70 موظفًا مع انتهاء البرنامج.

موّل الاتحاد الأوروبي برنامج Hypstair بمبلغ 6.55 مليون يورو على مدى ثلاث سنوات حتى عام 2016 مقابل TRL 4: تلقى نموذج Pipistrel Panthera مجموعة نقل حركة كهربائية هجينة متسلسلة ، واختبار أرضي لمحرك بقوة 200 كيلو وات يعمل بالبطاريات فقط، ومولد 100 كيلو وات فقط وكلا المحركين معًا. ^[11] يتبع ذلك مشروع Mahepa من عام 2017، بتمويل من الاتحاد الأوروبي على مدى أربع سنوات بمبلغ 9 ملايين يورو في إطار برنامج أبحاث Horizon 2020 لتقليل انبعاثات الكربون في مجال الطيران بنسبة 70٪ في عام 2050، حتى TRL 6 قبل الدخول في تطوير المنتج. ^[11]

سيتم تقسيم نظام نقل الحركة في طائرة بانثيرا إلى وحدات: مولد الدفع الكهربائي ومولد الطاقة بالاحتراق الداخلي في الأنف، وواجهة الإنسان والآلة والحوسبة ، والوقود والبطاريات في الجناح. ^[11] ومن المقرر إجراء الاختبارات الأرضية في عام 2019 قبل اختبارات الطيران في عام 2020. ^[11]

حصلت طائرة Pipistrel Taurus G4 ذات الهيكل المزدوج والمقاعد الأربعة والبطارية على مجموعة نقل الحركة التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين من DLR للطيران باسم HY4 في سبتمبر 2016، مع خزانات الهيدروجين والبطاريات في هياكل الطائرة وخلايا الوقود والمحرك في الهيكل المركزي . ^[11] الشركاء هم شركة Compact Dynamics الألمانية لتطوير المحركات والعاكسات، وجامعة أولم ، وجامعة دلفت للتكنولوجيا ، وجامعة بوليتكنيك دي ميلانو ، وجامعة ماريبور . ^[11]

ومن المقرر أن تتبع الاختبارات الأرضية واختبارات الطيران اختبارات البانثيرا بعد بضعة أشهر. ^[11]

على طول مناولتهم الأرضية ، سيتم دراسة التوسع إلى طائرات ركاب تتسع لـ 19 و 70 مقعدًا في تكوينين: المزيد من الوحدات من نفس الحجم للدفع الكهربائي الموزع ، أو وحدات أكبر حجمًا لاستقراء نتائج اختبار الطيران، وتشغيل مراوح مزدوجة. ^[11] ستختبر الرحلات سلوك النظام، وتقيس الأداء والموثوقية ، وتقيم أوضاع الفشل. ^[11] يتم استهداف معدل فشل واحد لكل 10 ملايين ساعة، منخفضًا كما هو الحال في الطائرات التجارية، مع مكونات موثوقة للغاية أو مع التكرار . ^[11]

طورت شركة ScaleWings النمساوية، وهي الشركة المطورة لنسخة طبق الأصل من طائرة P-51 Mustang ، محركًا هجينًا ومكبسيًا/كهربائيًا، يعتمد على وحدات مستقلة: محرك V-twin رباعي الأشواط سعة 1.15 لتر (70 بوصة مكعبة) ينتج 80 و120 حصانًا (60 و89 كيلو واط) عند الشحن التوربيني، ومحركات كهربائية تنتج من 170 إلى 350 حصانًا (130 إلى 260 كيلو واط) مجتمعة. ^[12]

VoltAero هي شركة ناشئة تأسست في سبتمبر 2017 من قبل كبير مسؤولي التكنولوجيا والطيار التجريبي لطائرة إيرباص E-Fan 1.0 لعام 2014، وتقع في رويان وتم إنشاؤها بدعم من منطقة نوفيل آكيتاين الفرنسية . ^[13] تعمل الشركة على تطوير منصة اختبار هجينة تعتمد على طائرة سيسنا 337 سكاي ماستر ، والتي تنوي التحليق بها في أواخر فبراير 2019. ^[13] يجب أن يتبع النموذج الأولي النظيف والمركب بالكامل VoltAero Cassio في عام 2020، قبل عمليات التسليم في أواخر عام 2021 أو أوائل عام 2022. ^[13] سيتم تشغيلها بمحركين كهربائيين بقوة 60 كيلو وات (80 حصانًا) يقودان مراوح الجرار على الجناح ومحرك مكبس بقوة 170 كيلو وات (230 حصانًا) ومحرك 150 كيلو وات (200 حصان) يقود مروحة دافعة في جسم الطائرة الخلفي. ^[13] سيمنحها الجمع بين الوقود والبطاريات مدى 1200 كيلومتر (650 ميل بحري) مع وجود تسعة أشخاص على متنها. ^[13]

في 31 أكتوبر 2018، حلقت شركة Diamond Aircraft بطائرة HEMEP ، الممولة من وزارة الاقتصاد الألمانية ووكالة تعزيز البحث النمساوية ، ووصلت إلى سرعة 130 عقدة (240 كم / ساعة) و3000 قدم (910 م) في غضون 20 دقيقة. ^[14] إنها طائرة DA40 معدلة بمحرك مكبس واحد تم استبداله بمحركين كهربائيين من شركة Siemens بقوة 75 كيلو وات (101 حصان) في المقدمة مدعومين بمحرك ديزل Austro Engine AE 300 بقوة 110 كيلو وات (150 حصان) أو بطاريتين بقوة 12 كيلو وات في الساعة (43 ميجا جول)، لمدة 5 ساعات من التحمل أو 30 دقيقة على البطاريات فقط. ^[14]

بحلول يناير 2019، استبدلت شركة Ampaire الأمريكية الناشئة محرك المكبس الخلفي لطائرة Cessna 337 Skymaster ( طائرة دفع وسحب ) بمحرك كهربائي، لتحليق النموذج الأولي على طرق الركاب التابعة لشركة Hawaiian Mokulele Airlines التي تعمل بطائرات Cessna Caravans . ^[15] هناك سبع شركات طيران أخرى مهتمة بتحويلات Caravan أو Twin Otter : شركة Seattle's Kenmore Air ، وشركة Tropic Air of Belize، وشركة Vieques Air Link ومقرها بورتوريكو، وشركة Southern Airways Express of Memphis، وشركة Aurigny التابعة لجيرنسي وشركة Star Marianas Air ومقرها جزر ماريانا الشمالية، وكذلك النرويج . ^[15] ستتم الرحلات التجريبية على مسار يبلغ طوله 28 ميلاً (45 كم) على مدى 15 دقيقة بين مطار كاهولوي في وسط ماوي ومطار هانا على الجانب الشرقي. ^[16] أجرى النموذج الأولي الهجين أول رحلة تجريبية عامة له في 6 يونيو 2019، قبل الخدمة المقررة في عام 2021. ^[17] أصبحت شركة Personal Airline Exchange (PAX) العميل الأول لطائرة Ampaire Electric EEL المعدلة ذات الستة مقاعد Skymaster، والتي سيتم اعتمادها في عام 2021، مع طلب للحصول على 50 بالإضافة إلى 50 خيارًا. ^[18]

بحلول مارس 2019، كانت شركة UTC تحول طائرة Bombardier Dash 8 Q100 ذات 39 مقعدًا إلى طائرة هجينة كهربائية لرحلات العرض من عام 2022 ضمن مشروعها 804. ^[19] يشبه التصميم الذي تبلغ قوته 2 ميجاوات (2700 حصان) برنامج Airbus E-Fan X ، ولكنه يهدف إلى الحصول على الشهادة والإنتاج لعرض تجاري لاحق. ^{[19] سيتم استبدال محرك توربيني} PW121 بقوة 2150 حصان (1600 كيلووات) بمحرك غازي بقوة 1 ميجاوات (1300 حصان) متصل بمحرك كهربائي من نفس التصنيف، مدعوم ببطاريات ليثيوم أيون جاهزة للإقلاع والصعود . [ ^19] يتم استخدام التوربين بمفرده في الرحلة ويقود مولد المحرك لإعادة شحن البطاريات أثناء الهبوط . ^[19] يعمل المحرك المصغر بأقصى طاقته لتوفير 30% من الوقود على مسافة 200-250 ميل بحري (370-460 كم). ^[19] يتم تقليص المدى من 1000 إلى 600 ميل بحري (1900 إلى 1100 كم) بسبب الوزن الفارغ الأعلى وسعة الوقود المنخفضة بنسبة 50%. ^[19]

أطلقت شركة Faradair Aerospace طائرتها BEHA M1H التي تتسع لـ 18 مقعدًا خلال معرض Revolution.aero في مارس بلندن، بمحرك هجين توربيني وإمكانية نقل الركاب/البضائع بسرعة، مستهدفة بذلك لوائح فئة الركاب CS23/Part23. طائرة E-STOL قادرة على العمل على مدارج يقل طولها عن 300 متر مع حمولة 5 أطنان من تكوينها الفريد من نوعه Triple Box-wing وتكوين المروحة الهادئة. ^[20]

في معرض باريس الجوي في يونيو 2019 ، تعاونت شركة داهر وإيرباص وسافران لتطوير نموذج EcoPulse القائم على TBM ، مع تمويل نصف العرض التوضيحي بقيمة 22 مليون يورو (25 مليون دولار) من قبل المديرية العامة للطيران المدني . ^[18] ومن المقرر أن تكون الرحلة الأولى في صيف عام 2022 قبل الحصول على شهادة افتراضية في الفترة من 2025 إلى 2030. ^[18] سيتم استكمال محرك الطائرة الحالي بستة محركات كهربائية سافران بقوة 45 كيلو واط (60 حصانًا) على الجناح تغذيها وحدة طاقة مساعدة بقوة 100 كيلو واط (130 حصانًا) أو بطاريات. ^[18] على غرار طائرة ناسا إكس-57 ماكسويل ، يقلل الدفع الموزع من دوامات أطراف الجناح ويضيف رفعًا منخفض السرعة عن طريق نفخ الجناح ، مما يتيح جناحًا أصغر وأقل سحبًا. ^[18]

أظهر استطلاع أجراه بنك يو بي إس في منتصف مايو 2019 أن 38% من الأميركيين والألمان قالوا إنهم من المرجح أن يسافروا في طائرة هجينة كهربائية، وترتفع النسبة إلى أكثر من 50% لمن تتراوح أعمارهم بين 18 و44 عامًا. ^[21] يعتقد بنك يو بي إس أن الطائرات الهجينة التي تتسع لما يصل إلى تسعة ركاب على مسارات قصيرة أقل من 250 ميل بحري (460 كم) قد تكون متاحة اعتبارًا من عام 2022، و2028 للطائرات الإقليمية التي تصل مدتها إلى ساعة واحدة. ^[21] يتوقع بنك يو بي إس سوقًا لـ 16000 طائرة هجينة كهربائية و178-192 مليار دولار خلال الفترة 2028-2040، معظمها في مجال الطيران العام وطائرات رجال الأعمال الخفيفة والطائرات الإقليمية بتكاليف تشغيل أقل بنسبة 20% من الطائرات الحالية التي تتسع لـ 50-70 مقعدًا. [ ^21]

بقيادة Cranfield Aerospace Solutions (CAeS)، بدأ مشروع Fresson في 1 أكتوبر 2019، للطيران بطائرة Britten-Norman BN-2 Islander الكهربائية في غضون 30 شهرًا قبل الحصول على شهادة STC من وكالة سلامة الطيران الأوروبية في غضون 6-12 شهرًا أخرى. ^[22] ويستهدف قدرة تحمل تبلغ 60 دقيقة بالإضافة إلى احتياطيات تبلغ 30 دقيقة ومع طاقة أرخص بخمس مرات من Avgas وصيانة أقل، يمكن استرداد تكلفة التحويل في غضون ثلاث سنوات وسيكون لها محرك احتراق موسع المدى. ^[22] يأتي نصف التمويل البالغ 18 مليون جنيه إسترليني (22 مليون دولار) من الشركاء والنصف الآخر من حكومة المملكة المتحدة. ^[22] من بين 800 طائرة Islander في الخدمة، يتم استخدام حوالي 600 في الرحلات القصيرة. ^[22] يجب أن تستخدمها شركة Loganair للقفزات القصيرة بين الجزر قبالة شمال اسكتلندا . ^[22]

تدرس شركة Ampaire، وهي شركة متخصصة في تعديل الطائرات، وشركة Ikhana Aircraft Services، طائرة هجينة تعمل بالديزل والكهرباء تتسع لـ 19 مقعدًا من طراز de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter . ^[23] ويمكنها استخدام STC من Ikhana لزيادة أقصى وزن للإقلاع من 5443 إلى 6350 كجم (12000 إلى 14000 رطل)، ومن المتوقع أن تكتمل الدراسة بحلول نهاية عام 2019. ^[23]

بدعم من التمويل البافاري ، تعمل شركة DLR الألمانية على تعديل إحدى طائرتي Do 228 إلى طائرة عرض هجينة كهربائية. ^[24] ومن المقرر أن تكون أول رحلة كهربائية بالكامل في عام 2020 وأول رحلة كهربائية هجينة في عام 2021، على ما يبدو من مطار Cochstedt . ^[24] ومن بين الشركاء شركة MTU Aero Engines وشركة Siemens ، والتي تستحوذ شركة Rolls-Royce plc على وحدة الدفع الكهربائية منها. ^[24]

في أبريل 2020، تم إلغاء برنامج E-FanX الذي تدعمه شركة Rolls-Royce plc وAirbus وSiemens. ^[25]

بحلول يوليو 2020، أعلنت شركة Faradair Aerospace عن الانتقال إلى مطار Duxford، كامبريدجشاير، المملكة المتحدة بالشراكة مع متحف الحرب الإمبراطوري في Duxford وكلية Gonville and Caius، كامبريدج ، لتطوير نموذج أولي للطائرة الإقليمية الكهربائية الهجينة BEHA M1H من منشأة نماذج أولية مخصصة جديدة كجزء من الحرم الجامعي الجديد للبحث والتطوير في مجال الطيران Duxford Avtech. ومن المقرر أن تتم أول رحلة في أواخر عام 2023/أوائل عام 2024. ^[26]

في نوفمبر 2020، قدمت شركة إمبراير تصميمًا جديدًا لطائرة ركاب إقليمية تتجنب نظام نقل الحركة الكهربائي الهجين، حيث ستزيد تكاليف التشغيل بنسبة 15% مقابل 5% من الطاقة المطلوبة مقارنة بمحركات التوربينات التقليدية . ^[27]

تحالف برلين-براندنبورغ للفضاء الجوي هو مجموعة أعمال تضم شركة رولز رويس داهلويتس ، ومحركات إم تي يو الجوية ، وشركة الهندسة الجوية المتخصصة APUS، وستيمي . ^[24] وتخطط لمشروع IBEFA -i6، وهو عبارة عن طائرة عرض للدفع الكهربائي الموزعة تتسع لـ 19 مقعدًا لتحلق في عام 2021 بمحركات ديزل توربينية ، وتوربينات غازية ومولدات خلايا وقود . ^[24]

وبصرف النظر عن هذا i-6، ستكون APUS i-5 منصة اختبار ذات ذراعين مع مقاعد مترادفة لوزن إجمالي يبلغ 4 أطنان (8800 رطل). ^[28] سيقود محرك توربيني من طراز Rolls-Royce 250 أربع مراوح كهربائية من خلال بطارية ومولدات ومحولات وأدوات تحكم في الطاقة. ^[28] بدعم من ولاية براندنبورغ الألمانية وجامعة براندنبورغ للتكنولوجيا ، من المقرر أن تبدأ الرحلات الجوية بعد عام 2021. ^[28]

في عام 2019، بدأ المجلس الوطني للبحوث في كندا في تحويل طائرة سيسنا سكاي ماستر ، وهي طائرة ذات تصميم دفع وسحب ، إلى منصة اختبار للطائرات الكهربائية الهجينة. ^[29] وقد حلقت لأول مرة في 7 فبراير 2022. ^{[30] [31] [32]}

في 19 يناير 2023، حلقت ZeroAvia بمنصة اختبار Dornier 228 بمحرك توربيني واحد تم استبداله بمحرك هيدروجيني كهربائي نموذجي في المقصورة، يتكون من خليتين وقود وبطارية ليثيوم أيون للحصول على أقصى طاقة. ^[33] والهدف هو الحصول على نظام معتمد بحلول عام 2025 لتشغيل هياكل الطائرات التي تحمل ما يصل إلى 19 راكبًا لمسافة تزيد عن 300 ميل بحري (560 كم). ^[33]

في يوليو وأغسطس 2024، أعلنت وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة ونورثروب جرومان عن طائرة XRQ-73 SHEPARD (سلسلة طائرات الدفع الكهربائي الهجين التجريبية) من نورثروب جرومان. ^{[34] [35]}

• التأثيرات البيئية للطيران

• بيورن فيهرم (14 يونيو 2019). "ركن بيورن: لماذا تعمل السيارات الهجينة ولماذا تواجه الطائرات الهجينة تحديات". ليهام نيوز .
• "الطائرات الهجينة قد تهيمن على السماء". مجلة الإيكونوميست . 29 يونيو 2019.