क्या इलेक्ट्रिक प्लेन आधुनिक उड्डयन का विकल्प है?

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

आधुनिक गैस टर्बाइन (टर्बोफैन) इंजन, जो लाइनर्स को चलाता है, निश्चित रूप से, बागवानी उपकरणों के लिए दो-स्ट्रोक रैटलर नहीं है, बल्कि एक अत्यधिक कुशल और बहुत विश्वसनीय मशीन है। हालांकि, विमान निर्माताओं के अनुसार, यह आगे सुधार के लिए समाप्त होने वाले भंडार के करीब है।

इंजन क्यों हैं - निर्माणाधीन सभी एयरलाइनर एक-दूसरे से इतने मिलते-जुलते हैं कि केवल एक विमानन विशेषज्ञ ही तुरंत बोइंग या एयरबस को बॉम्बार्डियर या एमएस -21 से अलग कर देगा। और यद्यपि इसमें कोई संदेह नहीं है कि पंखों के नीचे दो गैस टरबाइन इंजन वाले आधुनिक प्रकार के एयरलाइनर हमें दशकों तक आकाश में घुमाएंगे, एक नए लेआउट के लिए उच्च उम्मीदें और विमान के नए वायुगतिकीय विद्युत प्रणोदन से जुड़े हुए हैं।

तेज, लेकिन लंबे समय तक नहीं

कुछ समय पहले तक, "इलेक्ट्रिक एयरक्राफ्ट" शब्द को "अधिक इलेक्ट्रिक एयरक्राफ्ट" के रूप में समझा जाता था - एक निश्चित विंग वाला एक एयरक्राफ्ट, जिसमें मैकेनिकल और हाइड्रोलिक ट्रांसमिशन को इलेक्ट्रिक द्वारा अधिकतम से बदल दिया गया था।

कोई और पाइप और केबल नहीं - सभी यांत्रिक कार्य, जैसे कि पतवार चलाना और विंग को मशीनीकृत करना, छोटे इलेक्ट्रिक मोटर-एक्ट्यूएटर्स द्वारा किया जाता है, जिन्हें बिजली और नियंत्रण संकेत के लिए एक चैनल की आपूर्ति की जाती है। अब यह शब्द एक नए अर्थ से भर गया है: एक सच्चे विद्युत विमान को स्वयं विद्युत कर्षण पर चलना चाहिए।

बेशक, विद्युत उड्डयन की संभावनाएं न केवल विमान डिजाइनरों पर (और इतना भी नहीं) निर्भर करती हैं जितना कि इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में प्रगति पर। आखिरकार, हवाई जहाज, जैसा कि वे कहते हैं, "बैटरी पर" मौजूद हैं। कई दशक पहले ग्लाइडर पर सहायक इलेक्ट्रिक मोटर लगाए गए थे।

एक्स्ट्रा 330LE, जिसने पहली बार 2016 में उड़ान भरी थी, पहले से ही ग्लाइडर रखता है और गति रिकॉर्ड सेट करता है। लेकिन इसकी 14 शक्तिशाली लिथियम-आयन बैटरी और सीमेंस की एक इलेक्ट्रिक मोटर इस बच्चे को पायलट सहित केवल दो लोगों को बोर्ड पर ले जाने और 20 मिनट से अधिक समय तक हवा में रहने की अनुमति देती है।

अतिरिक्त 330LE

बेशक, बहुत अधिक प्रभावशाली संकेतक वाली परियोजनाएं हैं। पिछले साल सितंबर में, ब्रिटिश कम लागत वाली एयरलाइन EasyJet ने घोषणा की कि वह दस वर्षों में 180 यात्रियों की क्षमता के साथ एक ऑल-इलेक्ट्रिक क्षेत्रीय लाइनर (540 किमी की सीमा, जो इंट्रा-यूरोपीय उड़ानों के लिए काफी है) लॉन्च करेगी।

अमेरिकी स्टार्टअप राइट इलेक्ट्रिक, जिसने पहले से ही दो सीटों वाला फ्लाइंग डिमॉन्स्ट्रेटर बनाया है, परियोजना में भागीदार बन गया है। हालांकि, आज सर्वोत्तम लिथियम-आयन बैटरी का ऊर्जा घनत्व हाइड्रोकार्बन ईंधन से कम परिमाण के क्रम से अधिक है। यह माना जाता है कि 2030 तक बैटरी अपने प्रदर्शन में अधिकतम दो गुना सुधार करेगी।

टरबाइन, रहो

ईंधन कोशिकाओं के साथ स्थिति बहुत अधिक लाभप्रद दिखती है, जिसमें ईंधन की रासायनिक ऊर्जा दहन प्रक्रिया को दरकिनार करते हुए सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

ऐसे बिजली स्रोत के लिए हाइड्रोजन को सबसे आशाजनक ईंधन माना जाता है। एक इलेक्ट्रिक प्लेन के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में ईंधन कोशिकाओं के साथ प्रयोग दुनिया के विभिन्न देशों में किए जा रहे हैं (रूस में, CIAM मुख्य रूप से ऐसे विमान बनाने के लिए परियोजनाओं पर काम कर रहा है, और उनके लिए ईंधन सेल IPCP RAS के तहत बनाए गए हैं। प्रोफेसर यूरी डोब्रोवल्स्की का मार्गदर्शन)।

उड़ान और मानवयुक्त अवधारणाओं से, कोई यूरोपीय प्रदर्शनकारी ENFICA-FC रैपिड 200FC को याद कर सकता है - इसमें एक ही समय में इलेक्ट्रिक बैटरी और ईंधन सेल दोनों का उपयोग किया गया था। लेकिन इस तकनीक में भी महत्वपूर्ण सुधार और अतिरिक्त शोध की आवश्यकता है।

आज के लिए सबसे यथार्थवादी संभावनाएं हाइब्रिड योजना के अनुसार निर्मित इलेक्ट्रिक विमानों की संभावनाएं प्रतीत होती हैं। इसका मतलब यह है कि विमान का प्रोपेलर (प्रोपेलर या प्रोफैन) एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित होगा, लेकिन यह एक गैस टरबाइन इंजन (या अन्य आंतरिक दहन इंजन) द्वारा घुमाए गए जनरेटर से बिजली प्राप्त करेगा। पहली नज़र में, ऐसी योजना अजीब लगती है: वे इलेक्ट्रिक मोटर के पक्ष में जीटीई को छोड़ना चाहते हैं, लेकिन वे ऐसा नहीं करने जा रहे हैं।

दुनिया में पहले से ही कुछ संकर परियोजनाएं हैं, लेकिन हम मुख्य रूप से रूस में रुचि रखते हैं।इलेक्ट्रिक प्लेन पर काम, विशेष रूप से हाइब्रिड स्कीम के साथ, एविएशन प्रोफाइल के विभिन्न वैज्ञानिक संस्थानों, जैसे TsAGI या TsIAM में किया गया था।

आज, ये और कुछ अन्य संस्थान एकजुट हो गए हैं (2014 से) अनुसंधान केंद्र "एन। ये। ज़ुकोवस्की के नाम पर संस्थान" के तत्वावधान में, उद्योग का एक शक्तिशाली "ब्रेन ट्रस्ट" बनने के लिए डिज़ाइन किया गया है। केंद्र के भीतर विद्युत उड्डयन पर सभी कार्यों को एकीकृत करने का कार्य सर्गेई गैल्परिन को सौंपा गया है, जिसे हमने पहले ही लेख की शुरुआत में उद्धृत किया था।

बैटरी चालित टेकऑफ़

सर्गेई हेल्परिन कहते हैं, "विमानन में इलेक्ट्रिक मोटर्स के लिए संक्रमण बहुत सारी दिलचस्प संभावनाएं खोलता है," लेकिन विशुद्ध रूप से रासायनिक ऊर्जा स्रोतों पर रूसी परिस्थितियों के लिए एक सभ्य श्रेणी के साथ एक वाणिज्यिक इलेक्ट्रिक विमान के निर्माण पर भरोसा करने का कोई कारण नहीं है। बैटरी या ईंधन सेल) निकट भविष्य में: ऊर्जा क्षमता में एक किलोग्राम मिट्टी के तेल और एक किलोग्राम बैटरी में बहुत अधिक अंतर होता है। एक हाइब्रिड डिज़ाइन एक उचित समझौता हो सकता है। यह समझा जाना चाहिए कि एक गैस टरबाइन इंजन जो सीधे थ्रस्ट बनाता है और एक गैस टरबाइन इंजन जो जनरेटर शाफ्ट को गति में सेट करेगा, एक ही चीज नहीं है।

तथ्य यह है कि उड़ान के दौरान विमान की ऊर्जा आवश्यकताओं में काफी बदलाव होता है। टेकऑफ़ पर, विमान का इंजन अपने अधिकतम के करीब शक्ति विकसित करता है, और परिभ्रमण के दौरान (यानी, अधिकांश उड़ान के लिए) विमान की बिजली की खपत 5-6 गुना कम हो जाती है।

इस प्रकार, एक पारंपरिक बिजली संयंत्र को कई प्रकार के मोड में संचालित करने में सक्षम होना चाहिए (आर्थिक दृष्टिकोण से हमेशा इष्टतम नहीं) और जल्दी से एक से दूसरे में स्विच करना चाहिए। हाइब्रिड इंस्टॉलेशन में गैस टरबाइन इंजन से किसी भी तरह की आवश्यकता नहीं होती है। यह बिजली संयंत्रों के गैस टर्बाइनों के समान होगा, जो हमेशा एक ही, सबसे आर्थिक रूप से लाभकारी मोड में काम करते हैं। वे सालों से बिना रुके काम कर रहे हैं।"

सीई-लाइनर

जनरेटर की मदद से, GTE इलेक्ट्रिक मोटर्स की सीधी बिजली आपूर्ति के साथ-साथ बैटरी में एक रिजर्व बनाने के लिए ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम होगा। टेकऑफ़ पर ही बैटरी सहायता की आवश्यकता होगी।

लेकिन चूंकि टेकऑफ़ मोड में इलेक्ट्रिक मोटर्स का संचालन केवल कुछ ही मिनटों तक चलेगा, इसलिए ऊर्जा आरक्षित बहुत बड़ी नहीं होनी चाहिए और बोर्ड पर लगी बैटरी आकार और वजन में काफी स्वीकार्य हो सकती हैं। उसी समय, गैस टरबाइन इंजन में कोई टेक-ऑफ शासन नहीं होगा - इसका व्यवसाय चुपचाप बिजली उत्पन्न करना है।

इस प्रकार, एक विमान इंजन के विपरीत, एक हाइब्रिड इलेक्ट्रिक विमान में एक गैस टरबाइन इंजन कम शक्तिशाली, अधिक विश्वसनीय और पर्यावरण के अनुकूल, डिजाइन में सरल होगा, जिसका अर्थ है सस्ता और अंत में, अधिक संसाधन होगा।

पंख पर उड़ना

इसी समय, इलेक्ट्रिक मोटर्स में संक्रमण भविष्य के नागरिक विमानों के डिजाइन में मौलिक नवाचारों की संभावनाओं को खोलता है। सबसे चर्चित विषयों में से एक वितरित बिजली संयंत्रों का निर्माण है।

आज, क्लासिक लाइनर लेआउट थ्रस्ट एप्लिकेशन के दो बिंदुओं को मानता है, यानी दो, शायद ही कभी चार, शक्तिशाली इंजन विंग के नीचे तोरणों पर लटकते हैं। इलेक्ट्रिक हवाई जहाजों में, विंग के साथ-साथ इसके सिरों पर बड़ी संख्या में इलेक्ट्रिक मोटर्स के लेआउट पर विचार किया जाता है। इसकी आवश्यकता क्यों है?

बिंदु फिर से टेकऑफ़ और क्रूज़ मोड के बीच के अंतर में है। घटना प्रवाह की कम गति पर टेकऑफ़ पर, लिफ्ट बनाने के लिए एक विमान को एक बड़े पंख क्षेत्र की आवश्यकता होती है। मंडराती गति से, चौड़ा पंख अतिरिक्त लिफ्ट बनाने के रास्ते में आ जाता है।

जटिल मशीनीकरण के कारण समस्या हल हो गई है - वापस लेने योग्य फ्लैप और स्लैट्स। छोटे विमान, छोटे हवाई क्षेत्रों से उड़ान भरते हैं और इसके लिए बड़े पंख रखते हैं, उन्हें हमले के एक उप-इष्टतम कोण के साथ क्रूज करने के लिए मजबूर किया जाता है, जिससे अतिरिक्त ईंधन की खपत होती है।

लेकिन, अगर टेकऑफ़ पर प्रोपेलर से जुड़े कई इलेक्ट्रिक मोटर अतिरिक्त रूप से पंख उड़ाएंगे, तो इसे बहुत चौड़ा नहीं बनाना पड़ेगा।विमान एक छोटे से टेकऑफ़ के साथ उड़ान भरेगा, और परिभ्रमण खंड पर, एक संकीर्ण पंख समस्या पैदा नहीं करेगा। कार को प्रणोदन मोटर्स द्वारा संचालित प्रोपेलर द्वारा आगे खींचा जाएगा, और इस स्तर पर विंग के साथ प्रोपेलर को लैंडिंग से पहले मोड़ या वापस ले लिया जाएगा।

एक उदाहरण नासा का एक्स-57 मैक्सवेल प्रोजेक्ट है। अवधारणा प्रदर्शक 14 इलेक्ट्रिक मोटर्स से लैस है जो विंग के साथ और विंगटिप्स पर स्थित है। ये सभी टेकऑफ़ और लैंडिंग के दौरान ही काम करते हैं। क्रूज़िंग सेक्शन पर, केवल विंग टिप मोटर्स शामिल हैं।

मोटर्स के इस तरह के प्लेसमेंट से इन जगहों पर उत्पन्न होने वाले भंवरों के नकारात्मक प्रभाव को कम किया जा सकता है। दूसरी ओर, बिजली संयंत्र जटिल हो जाता है, जिसका अर्थ है कि इसे बनाए रखना अधिक महंगा है और विफलताओं की संभावना भी अधिक है। सामान्य तौर पर, वैज्ञानिकों और डिजाइनरों के पास सोचने के लिए कुछ है।

एक्स-57 मैक्सवेल

तरल नाइट्रोजन में मदद करेगा

"एक इलेक्ट्रिक विमान अनुकूलन के लिए कई अवसर प्रदान करता है," सर्गेई हेल्परिन कहते हैं। - उदाहरण के लिए, आप पुल और पुश स्क्रू के संयोजन के साथ प्रयोग कर सकते हैं। कन्वर्टिप्लेन में गैस टर्बाइन इंजन की तुलना में इलेक्ट्रिक मोटर्स बहुत अधिक फायदेमंद होते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रिक मोटर के क्षैतिज स्थिति में सुरक्षित रोटेशन पारंपरिक इंजनों के मामले में ऐसी जटिल इंजीनियरिंग समस्या पेश नहीं करता है।

एक विद्युत विमान में, आप सभी प्रणालियों के पूर्ण एकीकरण को सुनिश्चित कर सकते हैं, एक नई नियंत्रण प्रणाली बना सकते हैं। यहां तक कि हाइब्रिड कारें भी कम शोर और उत्सर्जन पैदा करेंगी।"

बैटरियों की तरह, बिजली की मोटरें शक्ति बढ़ने पर द्रव्यमान, आयतन और ऊष्मा अपव्यय में वृद्धि करती हैं। उन्हें और अधिक शक्तिशाली और हल्का बनाने के लिए नई तकनीकों की आवश्यकता है।

हाइब्रिड प्रोपल्शन सिस्टम के घरेलू डेवलपर्स के लिए, एक वास्तविक सफलता रूसी कंपनी सुपरऑक्स के साथ सहयोग थी, जो दुनिया में उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी (एचटीएससी) गुणों के साथ सामग्री के पांच सबसे बड़े आपूर्तिकर्ताओं में से एक है। अब सुपरऑक्स सुपरकंडक्टिंग सामग्री (तरल नाइट्रोजन से ठंडा) से बने स्टेटर के साथ इलेक्ट्रिक मोटर विकसित कर रहा है।

अच्छी उड्डयन विशेषताओं वाले ये इंजन एक क्षेत्रीय विमान के लिए एक हाइब्रिड पावर प्लांट का आधार बनेंगे, जो अगले दशक के मध्य में आसमान तक ले जा सकता है। इस साल, MAKS एयर शो में, CIAM विशेषज्ञों ने 10 kW की क्षमता के साथ इस तरह की स्थापना का एक प्रदर्शक प्रस्तुत किया। नियोजित विमान एक हाइब्रिड पावर प्लांट से लैस होगा जिसमें प्रत्येक में दो 500 kW इंजन होंगे।

"हाइब्रिड इलेक्ट्रिक विमान के बारे में बात करने से पहले," हेल्परिन कहते हैं, "जमीन पर और फिर एक उड़ान प्रयोगशाला में हमारी स्थापना का परीक्षण करना आवश्यक है। हमें उम्मीद है कि यह याक-40 होगा। रडार की जगह हम 500 किलोवाट की एचटीएससी इलेक्ट्रिक मोटर कार के नाक में लगा सकते हैं।

हम सेंट्रल इंजन की जगह टेल में टर्बो जेनरेटर लगाएंगे। शेष दो याक इंजन हमारे दिमाग की उपज को ऊंचाई (8000 मीटर तक) और गति (500 किमी / घंटा तक) की एक विस्तृत श्रृंखला में परीक्षण करने के लिए पर्याप्त होंगे। और यहां तक कि अगर हाइब्रिड इंस्टॉलेशन विफल हो जाता है, तो विमान सुरक्षित रूप से उड़ान और लैंड को पूरा कर सकता है। 2019 में योजना के अनुसार प्रदर्शन प्रयोगशाला को सुसज्जित किया जाएगा। परीक्षण चक्र 2020 के लिए संभावित रूप से निर्धारित है।

स्मार्ट आसमान

इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड प्रणोदन दुनिया के सबसे बड़े विमान निर्माताओं की योजनाओं में एक महत्वपूर्ण स्थान रखता है। इस सदी के मध्य के यात्री उड्डयन की मुख्य विशेषताएं AIRBUS कंपनी के स्मार्टर स्काईज़ कार्यक्रम के अनुसार इस तरह दिखती हैं।

"हरी" उड़ान

भविष्य के विमान को वातावरण में हाइड्रोकार्बन पदचिह्न को कम करने के लिए डिज़ाइन किया जाएगा। हाइड्रोजन गैस टरबाइन इंजन, हाइब्रिड और बैटरी से चलने वाले सभी इलेक्ट्रिक विमान लोकप्रियता हासिल करेंगे।

यह माना जाता है कि बैटरियों को बिजली के पर्यावरण के अनुकूल स्रोतों से रिचार्ज किया जाएगा। हवाई क्षेत्रों के क्षेत्र में बड़े पवन खेतों या सौर ऊर्जा संयंत्रों की उपस्थिति संभव है।

आसमान में आज़ादी

बुद्धिमान लाइनर स्वतंत्र रूप से मौसम और वायुमंडलीय डेटा के विश्लेषण के आधार पर पर्यावरण मित्रता और ईंधन दक्षता मानकों के आधार पर मार्गों की साजिश रचेंगे। वे पक्षियों के झुंड जैसी संरचनाओं में भी इकट्ठा होने में सक्षम होंगे, जो गठन में व्यक्तिगत विमानों के लिए ड्रैग को कम करेगा और उड़ान के लिए ऊर्जा की खपत को कम करेगा।

बल्कि जमीन से

नई प्रणोदन प्रणाली और विमान वायुगतिकी उन्हें हवाई अड्डे के क्षेत्र में शोर को कम करने और जितनी जल्दी हो सके क्रूजिंग स्तर तक पहुंचने के लिए सबसे तेज संभव प्रक्षेपवक्र के साथ उड़ान भरने की अनुमति देगा, जहां विमान इष्टतम आर्थिक विशेषताओं को प्रदर्शित करता है।

बिना इंजन के उतरना

भविष्य के विमान ग्लाइडिंग मोड में उतर सकेंगे। इससे ईंधन की बचत होगी और हवाईअड्डा क्षेत्र में शोर का स्तर कम होगा। लैंडिंग की गति भी कम हो जाएगी। इससे रनवे की लंबाई कम हो जाएगी।

कोई निकास नहीं

भविष्य के हवाई अड्डे ईंधन जलाने वाले आंतरिक दहन इंजनों के उपयोग को पूरी तरह से समाप्त कर देंगे। टैक्सी के लिए, लाइनर इलेक्ट्रिक मोटर व्हील से लैस होंगे। एक विकल्प के रूप में - उच्च गति वाले मानव रहित इलेक्ट्रिक ट्रैक्टर, जो एप्रन से रनवे तक और इसके विपरीत विमान को जल्दी से पहुंचाने में सक्षम होंगे।