Die Zukunft der Luftfahrt: Elektroflugzeuge werden die Luftfahrtindustrie dekarbonisieren

Die globale Luftfahrtindustrie produziert ungefähr zwei Prozent aller vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen CO2. Die Luftfahrt ist für 12 Prozent der CO2-Emissionen aus allen Transportquellen verantwortlich, verglichen mit 74 Prozent aus dem Straßenverkehr. Luftverkehrsaktionsgruppe ATAG. Im Jahr 2018 produzierten Flüge weltweit 895 Millionen Tonnen CO2. Weltweit produzierten Menschen über 42 Milliarden Tonnen CO2.

Die Luftfahrt hat der Menschheit große Vorteile gebracht; sie hat Menschen verbunden und Unternehmen weltweit trägt dies zur Globalisierung und zum Ausbau des internationalen Handels bei. In jüngerer Zeit haben Luftfahrt und Billigreisen die Welt für Tausende von Fernarbeitern und ortsunabhängigen Personen geöffnet - auch bekannt als digitale Nomaden - die die Wunder genießen, kostengünstig um die Welt zu reisen und gleichzeitig ihre Arbeit digital zu liefern.

Jüngste Diskussionen über die Auswirkungen des Klimawandels und die Auswirkungen der Kohlenstoffemissionen auf die Umgebung haben weitere Initiativen zur Reduzierung der CO2-Emissionen ausgelöst. Eine dieser Initiativen betrifft die Dekarbonisierung der Luftfahrtindustrie.

Der Treibstoffverbrauch der Jets in den 1960er Jahren bis heute hat sich erheblich verbessert. Jet Air-Flugzeuge sind heute laut Air Transport Action pro Sitzkilometer über 80 Prozent sparsamer pro Sitzkilometer als die ersten Jets in den 1960er JahrenGruppe. Ebenso wie sich die Mobilität in der Stadt in Richtung Fahrzeugelektrifizierung weiterentwickelt hat, werden wir bald die Transformation der Luftfahrtindustrie in die Entwicklung großer elektrischer Luftfahrzeuge sehen, die in wenigen Jahren den Himmel kreuzen werden.

Eine der wichtigsten Initiativen für elektrische Luftfahrzeuge, die von einer erstklassigen Hochschuleinrichtung initiiert wurde, ist die Cambridge Zero , das ein umfassendes Spektrum an Forschungs- und Politikkenntnissen kombiniert, um eine kohlenstofffreie Zukunft zu schaffen.

Cambridge Zero: Eine Initiative der Universität von Cambridge, die elektrische Luftfahrzeuge näher an den Himmel bringt

Die Universität von Cambridge In England hat Großbritannien eine ehrgeizige neue Initiative für Umwelt und Klimawandel gestartet, um den Prozess der Umsetzung von Ideen in neue Technologien in der Luftfahrt- und Energiewirtschaft zu skalieren. Dies könnte zunächst dazu führen, dass rund 80 Prozent der Umwelt abgedeckt werdenGroßbritanniens zukünftiger Bedarf an Aerodynamik-Technologie.

Cambridge Zero Es geht nicht nur darum, umweltfreundlichere Technologien zu entwickeln, sondern die erstklassige Forschungs- und Politikkompetenz der Universität zu kombinieren, um umsetzbare Lösungen zu entwickeln, die für das Leben der Bürger, die Gesellschaft und die Biosphäre insgesamt funktionieren.

Elektrifizierung: Elektrische Luftfahrzeuge EAVs möglicherweise bis 2024 fertig

Weltweit produzierten Flüge 2018 895 Millionen Tonnen CO2. Weltweit produzierte der Mensch über 42 Milliarden Tonnen CO2. --ATAG

Bei kleinen und mittleren Flugzeugen ist die Elektrifizierung ein Weg zur Dekarbonisierung. Derzeit planen über 70 Luftfahrtunternehmen den ersten Flug von Elektroflugzeugen EAVs bis 2024. Leider müssen sich größere Flugzeuge weiterhin auf das Düsentriebwerk verlassenDies wird sich jedoch in den kommenden Jahren dank Hybrid-Elektromotoren ändern, die an erster Stelle stehen werden. Auf dem Weg zu vollelektrischen Flugzeugen werden Initiativen wie die Cambridge-MIT Silent Aircraft Initiative und die NASA N + 3-Projekt entwickeln neuartige Flugzeugarchitekturen mit dem Potenzial, den CO2-Ausstoß um etwa 70 Prozent zu reduzieren.

Währenddessen arbeiten die Forscher im Whittle Lab in Cambridge an Anwendungen, die die Entwicklung von elektrischen und hybridelektrischen Flugzeugen, die Erzeugung von Strom aus Gezeiten und minderwertiger Wärme wie Sonnenenergie sowie Motoren auf Wasserstoffbasis umfassen. nach Professor Rob Miller , Direktor der Whittle Laboratory , weltweit führendes Forschungslabor für Turbomaschinen an der Universität von Cambridge Die Forscher arbeiten auch an vorhandenen Technologien, um die Kohlenstoffemissionen wie Windkraftanlagen zu reduzieren und die nächste Generation von Düsentriebwerken zu entwickeln, wie z. Rolls-Royces UltraFan-Motor wodurch die CO2-Emissionen bis 2025 um mindestens 25 Prozent gesenkt werden können.

Professor Millers Forschung zielt darauf ab, die Emissionen sowohl des Flugverkehrs als auch der landgestützten Stromerzeugung zu reduzieren. Er hat intensiv mit der Industrie zusammengearbeitet; derzeit forscht er in Zusammenarbeit mit Rolls Royce, Mitsubishi, Siemens und Dyson.

Rolls-Royce UltraFan-Triebwerk: Die nächste Generation von Düsentriebwerken

Der UltraFan ist eine neue Architektur von Rolls-Royce für zivile Motoren. Phil Curnock , Chefingenieur, Civil Future Programs, Civil Aerospace Rolls-Royce erklärt, wie der Fortschritt und die Technologien im UntraFan eine neue Ära der Triebwerke der Realität näher bringen. Curnock sagt t Der UltraFan unterscheidet sich von den heutigen Motoren dadurch, dass er das Kraftgetriebe in die Gasturbine integriert, was einen Lüfter mit größerem Durchmesser und mehr Durchfluss für den Motor ermöglicht, wodurch der Motor effizienter wird.

Das Kraftgetriebe wird zwischen dem Lüfter und der Zwischendruckkompression eingeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Lüfter, die Kompressoren und die Turbinen weiterhin mit ihrer optimalen Drehzahl laufen. Außerdem ist vorne im Motor ein Verbundlüfter eingebaut, der dies ermöglichtfür eine leichtere Turbine.

In Gloucestershire stellt Rolls-Royce Accel vor.

Beschleunigung Die Flugtests für neue elektrische Demonstrationsflugzeuge mit Rolls-Royce-Antrieb sollen bald im Jahr 2020 beginnen. Die CO2-freien Emissionen werden voraussichtlich das schnellste elektrisch angetriebene Flugzeug der Welt sein, nachdem der aktuelle Rekord gebrochen wurdeEin neuer Luftgeschwindigkeitsrekord von mehr als 300 Meilen pro Stunde, der 200 Meilen von London nach Paris mit einer einzigen Ladung fliegt. Der aktuelle Geschwindigkeitsrekord für ein mit Elektrizität betriebenes Flugzeug liegt bei 213 Meilen pro Stunde und wurde 2017 von Deutschlands Extra Aircraft 330LE mit einem Siemens-Antrieb aufgestelltElektromotor.

Accel, angetrieben von "der leistungsstärksten Batterie, die jemals in ein Flugzeug eingebaut wurde", so Rolls-Royce und gemeldet von Branchenredakteur Alan Tovey bei The Daily Telegraph, ist teilweise finanziert von der britischen Regierung und mit einer Vielzahl von Partnern, darunter Hersteller von Elektromotoren und Steuerungen YASA sowie Start der Luftfahrt Elektroflugzeug .

Das Elektroflugzeug, das auf die Rekordbücher abzielt, wurde letzte Woche zum ersten Mal am britischen Flughafen Gloucestershire enthüllt.

Elektrisches Antriebssystem: Bau des Flugzeugs der Zukunft

Dr. Chez Hall , hat Forschungen in den Bereichen des Triebwerksdesigns zur Reduzierung der CO2-Emissionen und des Einbaus von Triebwerken entwickelt Interaktion, und geräuscharme Turbomaschinen seit 2005.

Zusammen mit seinem Forschungsteam am Whittle Lab Sie arbeiten daran, wie ein möglicher Ersatz für den 737 funktionieren könnte. Die futuristische Flugzeugarchitektur würde mit einem elektrischen Antriebssystem zählen, das in den Flugzeugrumpf eingebettet wäre; dies würde eine Reduzierung des Treibstoffverbrauchs um bis zu 15 Prozent ermöglichen. Professor Rob Miller , a Schlüsselelement zur Bewältigung der Herausforderung der Dekarbonisierung ist die Beschleunigung der Technologieentwicklung. Sie konzentrieren sich auf den Prozess selbst in den letzten fünf Jahren und können jetzt Technologien entwickeln, die mindestens zehnmal schneller und zehnmal billiger sind.

"Unsere Lösung besteht darin, die beteiligten digitalen und physischen Systeme zusammenzuführen. 2017 haben wir einen bahnbrechenden Versuch einer neuen Methode zur Technologieentwicklung unternommen. Ein Team von akademischen Forschern und Industriedesignern wurde in das Whittle Lab eingebettet und erhielt vier Technologienentwickeln.

Die Ergebnisse waren erstaunlich. 2005 dauerte ein ähnlicher Versuch mit dem Whittle zwei Jahre. 2017 dauerten die agilen Testmethoden weniger als eine Woche und zeigten eine hundertmal schnellere Technologieentwicklung ", schrieb Professor Miller im Whittle Lab-Blog.

"Wir beschreiben es als Kreis festziehen zwischen Design, Herstellung und Test ", sagt er." Die Designzeiten für neue Technologien wurden mithilfe erweiterter und auf maschinellem Lernen basierender Designsysteme von etwa einem Monat auf ein oder zwei Tage verkürzt. Diese nutzen internFlusssimulationssoftware, die durch Grafikkarten beschleunigt wird, die für die Computerspielbranche entwickelt wurden. "

"Die Herstellungszeiten für neue Technologien wurden von zwei oder drei Monaten auf zwei oder drei Tage verkürzt, indem die Konstruktionssysteme direkt mit internen Reihen verknüpft wurden. 3D-Druck und schnelle Bearbeitungswerkzeuge, anstatt sich auf externe Lieferanten zu verlassen. Designer können jetzt sehr bald nach der Konzeption einer Idee neue Konzepte in physischer Form ausprobieren. "

Er erklärt auch, dass die Testzeiten durch a von etwa zwei Monaten auf einige Tage verkürzt wurden. Wertstromanalyse des experimentellen Prozesses. Jeder sequentielle Vorgang wurde analysiert, um mehr als 95 Prozent der Aufgaben zu entfernen, was zu einem viel schlankeren Montage- und Demontageprozess führte. Laut Professor Miller werden die Testergebnisse automatisch an das erweiterte Konstruktionssystem zurückgemeldetDamit kann es sowohl aus den digitalen als auch aus den physischen Daten lernen.

"Es gibt eine natürliche menschliche Zeitskala von ungefähr einer Woche. Wenn Sie von der Idee zum Ergebnis übergehen, haben Sie einen positiven Kreislauf zwischen Verständnis und Inspiration. Wir haben festgestellt, dass sich die Zeitskala für die Technologieentwicklung der menschlichen Zeitskala nähert - wie inunser schlankerer Prozess - dann explodiert die Innovation ", sagt er.

Dekarbonisierung der Luftfahrt- und Energiewirtschaft

Die New Whittle Laboratory beherbergt die Nationales Zentrum für Antrieb und Kraft die im Jahr 2022 mit Mitteln aus dem eröffnet werden soll Institut für Luft- und Raumfahrttechnik . Das Nationale Zentrum für Antrieb und Leistung wurde entwickelt, um eine vergrößerte Version der agilen Testfunktion mit modernster Fertigungskapazität zu kombinieren, um rund 80 Prozent des zukünftigen Bedarfs an aerodynamischer Technologie in Großbritannien zu decken.

Das Whittle Laboratory verfügt über sehr starke Industriepartnerschaften, die seit über 50 Jahren mit Herstellern wie Rolls-Royce, Mitsubishi Heavy Industries und Siemens bestehen, sowie über eine Partnerschaft mit Dyson seit rund fünf Jahren.Eine weitere Komponente der neuen Entwicklung wird ein Propulsion and Power Challenge Space sein, in dem sich Teams aus der gesamten Universität von Cambridge mit der Industrie zusammenschließen, um die Technologien zu entwickeln, die zur Dekarbonisierung des Antriebs- und Energiesektors erforderlich sind.

Dank dieser strategischen Partnerschaften und ihrer vielen Vorteile war es den Forschern möglich, eine Technologiestrategie zu ermöglichen, die auf höchster Ebene geteilt werden kann, und gleichzeitig den Start neuer Projekte auszulösen, die relativ schnell und ohne Notwendigkeit gestartet werden könnenVertragsanwälte. Gemeinsame Teams aus Industrie und akademischem Technologietransfer wechseln nahtlos zwischen Industrie und Wissenschaft, um sicherzustellen, dass Technologien erfolgreich in Produkte übertragen werden.

Laut Professor Miller bieten die Partnerschaften eine Quelle für wirklich wirkungsvolle Forschungsprojekte. "Diese langfristigen Industriepartnerschaften haben den Whittle zum akademisch erfolgreichsten Antriebs- und Kraftforschungslabor der Welt gemacht."

"Wir befinden uns in einem entscheidenden Moment, sowohl in Bezug auf die Geschichte der führenden Technologieentwicklung in den Bereichen Antrieb und Kraft in Cambridge als auch in Bezug auf die Notwendigkeit der Menschheit, diese Sektoren zu dekarbonisieren. Noch vor 50 Jahren, als das ursprüngliche Whittle Laboratory, die Forschung und die Industrie eröffnet wurdenstand vor der Herausforderung, Massenflugreisen Wirklichkeit werden zu lassen. Jetzt wird das New Whittle Laboratory es uns ermöglichen, eine Vorreiterrolle bei der Gestaltung der Umwelt zu übernehmen. "

Entwicklung der Antriebstechnologie für Elektroflugzeuge

Im obigen Video Dr. Duncan Walker , Dozent für Angewandte Aerodynamik bei Loughborough University und Mitglied des Rolls-Royce UTC für aerothermische Prozesse in Verbrennungssystemen seit 1994 erklärt alles über die Veränderungen, die in der Luftfahrt in den kommenden Jahren erwartet werden, einschließlich der Elektrifizierung zukünftiger Flugzeugantriebstechnologien. Dr. Walker ist auf experimentelle und rechnergestützte Verfahren spezialisiertUntersuchung der Aerodynamik von Gasturbinen und der aerothermischen Prozesse von Verbrennungssystemen.

Laut Dr. Walker werden die großen Veränderungen in den ersten 10 bis 20 Jahren nicht eintreten. Danach werden wir jedoch "elektrisch angetriebene Flugzeuge sehen". Erstens und so ziemlich wie wirIch habe es mit Elektrofahrzeugen gesehen, es wird ein Hybridflugzeug mit mindestens einem Strahltriebwerk oder einer Gasturbine sein, das den größten Teil des für die Kreuzfahrt erforderlichen Schubes erzeugt. Er erklärt, dass es dem Flugzeug helfen wird, vom Boden abzuhebengroße elektrische Ventilatoren mit Batterien.

Batterietechnologie ist im Moment nicht gut genug, sagt Dr. Walker. Die Entwicklung besserer Batterien und besserer Energiespeicher wird in den nächsten 20 oder 30 Jahren stattfinden. Das Verbrennungssystem muss sich natürlich auch ändern, da dort dieBrennstoffe werden verbrannt und wo die Emissionen entstehen.

Für die Luftfahrtindustrie stehen aufregende Zeiten bevor. Wir alle hoffen, dass elektrische Flugzeuge in einigen Jahrzehnten genauso verbreitet sein werden wie die Flugzeuge, die heute den Himmel kreuzen.

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