Die Luftfahrtindustrie hat in den letzten 30 Jahren viele Veränderungen erlebt, wie z. B. den Anstieg des Marktes, den Anteil der Billigfluggesellschaften (LCC), die exponentielle Zunahme der Fluggäste und der Langstreckenflüge usw. Da sich eine neue Welle des technologischen Wandels ausgebreitet hat, dürften die nächsten 30 Jahre noch unvorhersehbarer sein. Die Luft- und Raumfahrtindustrie steht vor der Herausforderung, ein Flugzeug zu entwerfen, das den Aspekten Leistung und Effizienz gerecht wird. Der weltweite Luftfahrtsektor ist nur für 2 % der Treibhausgasemissionen verantwortlich, die die Umwelt belasten. Dennoch wächst die Sorge um die Umwelt. Der erste Grund dafür ist die wachsende Zahl von Flugzeugen, die mit fossilen Brennstoffen angetrieben werden. Um diese Probleme zu lösen, entwickeln die Luft- und Raumfahrtunternehmen alternative Energiequellen für Flugzeuge - Elektro-, Hybrid- und Elektro-Wasserstoff-Antriebe.
Laut dem Forschungsbericht von Markets and Markets wird der weltweite Markt für die Elektrifizierung von Flugzeugen im Jahr 2022 voraussichtlich 3,4 Mrd. USD erreichen und bis 2030 voraussichtlich 8,6 Mrd. USD, bei einer kumulativen Rate von 12,2 % von 2022 bis 2030. Umfangreiche Kohlenstoffemissionen und zunehmender Fluglärm sind wichtige Faktoren, die diesen Markt in den kommenden Jahren beeinflussen werden.
Was ist ein Hybrid-Elektroflugzeug?
Ein Flugzeug mit einem teilweise oder vollständig elektrifizierten Primärantriebssystem ist ein Hybrid-Elektroflugzeug. Die von den Düsentriebwerken erzeugte Primärenergie ist der Antrieb des Flugzeugs.
Wie wird der Strom in Hybrid-Elektroflugzeugen erzeugt?
Gasturbinen erzeugen an Bord des Flugzeugs elektrische Energie, die über ein elektrisches Antriebs-Teilsystem in ein Verteilersystem geleitet wird. Diese sind in verteilte Teilsysteme des Antriebs integriert, die das Flugzeug antreiben.
Hybrid-Elektroantrieb
In einem hybrid-elektrischen Antriebssystem werden zwei oder mehr Energiequellen mit unterschiedlichen Konfigurationen kombiniert, um die Leistung des gesamten Systems zu verbessern. Die am häufigsten verwendeten Konfigurationen für kraftstoff- und batteriebetriebene Flugzeuge sind die Serien-, Parallel- und Serien-Parallel-Architektur
1. Serie Architektur
Bei dieser Art von Konfiguration wird der Propeller von einem Elektromotor angetrieben. Hier wird die vom Motor nach der Verbrennung von fossilem Brennstoff erzeugte Energie über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie kann direkt zum Antrieb des Motors verwendet oder in einer Batterie gespeichert werden.
2. Parallele Architektur
Bei dieser Art von Konfiguration sind sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor mechanisch mit dem Propeller verbunden, so dass sie gleichzeitig oder einzeln zum Vortrieb beitragen können.
3. Serie-Parallel-Konfiguration
Diese Konfiguration ist eine Mischung aus Serien- und Parallelarchitektur. Die Serien-Parallel-Konfiguration ist die fortschrittlichste Konfiguration des Hybrid-Elektroflugzeugs.
Der Weltmarkt für Elektro- und Hybridflugzeuge wurde auch nach Typ, Batterietyp, Auftriebstechnologie, Antriebsart, maximales Startgewicht, Reichweite, Betriebsart und Verwendung unterteilt.
Marktsegmentierung
- Art: Lufttaxis, Drohnen für die Auslieferung, u.a.
- Batterie: Lithium-Ionen-Batterien, Festkörperbatterien und Wasserstoff-Brennstoffzellen
- Auftriebstechnologie: Multirotor, Vectored Thrust, Lift Plus Cruise, u.a.
- Antrieb: Vollelektrisch, Hybrid und Elektro-Wasserstoff
- MTOW (Maximum Take-off weight): <250 kilogram, 250–500 kilogram, 500–1,500 kilogram, and >1,500 kilogram
- Reichweite: 0-200 Kilometer und 200-500 Kilometer
- Betriebsart: Pilotiert und optional pilotiert
- Nach Verwendungszweck: Kommerzielle Luftfahrt (Schmalrumpfflugzeuge, Großraumflugzeuge, Regionalflugzeuge), Militärische Luftfahrt (Kampfjets, Mehrzweckflugzeuge, unbemannte Flugzeuge), Geschäfts- und allgemeine Luftfahrt (Leichtflugzeuge, Geschäftsflugzeuge, Hubschrauber, Passagierflugzeuge)
Elektro- und Hybridelektroflugzeuge, die eine Mischung aus Batterie- und herkömmlichem Strom verwenden, bieten uns einen großen Vorteil gegenüber herkömmlichen Jets und Propellerflugzeugen mit Treibstoffeinspritzung. Diese Elektro- und Hybridelektroflugzeuge sind viel leiser, was sich positiv auf die Umwelt auswirkt, und gleichzeitig erzeugen sie einen vernachlässigbaren Ausstoß an schädlichen Gasen.
Da diese Flugzeuge vollständig computergesteuert sind und die Propeller elektrisch angetrieben werden, ist ein ruhigerer und angenehmerer Flug möglich. Wie wir alle wissen, sind die Betriebs- und Wartungskosten von Elektromotoren geringer als die von kraftstoffbetriebenen Flugzeugmotoren, so dass diese Flugzeuge niedrigere Betriebs- und Wartungskosten für die Fluggesellschaften und somit günstigere Flugpreise für die Passagiere bieten.
Da sich die atmosphärischen Bedingungen auf der Erde ändern, sollten wir umweltfreundlichere Alternativen als Energiequelle für die Luftfahrtindustrie finden, um die Luftverschmutzung und den Lärm zu verringern.
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QUELLEN
Bild 1: Airbus und RollsRoyce stellen das Hybrid-Elektroflugzeug E-Fan X fertig
Bild 2: Verteiltes Hybrid-Antriebssystem
Bild 3: Hybridelektrisches Antriebssystem
Abbildung 1: Serienkonfiguration
Abbildung 2: Parallele Konfiguration
Abbildung 3: Reihen- und Parallelschaltung
