전기 평면이 하늘에 정확하게 도착할 때? 엔지니어의 체중 측정

전기 자동차와 트럭이 미국의 고속도로에서 점점 더 많이 보임에 따라, 상업적으로 실행 가능한 전기 자동차가 언제 하늘에 가져갈 것인가라는 의문이 제기됩니다. 더 먼 거리를 커버 할 수있는 비행기 및 지역 제트기를 포함하여 전동 비행기를 만드는 야심 찬 노력이 많이 있습니다. 전기 화는 많은 사람들이 희망하고 있지만 아직 보지 못했던 일종의 항공 여행을 가능하게하기 시작합니다.

전기 항공기를 건설하는 데있어 중요한 과제는 온보드 에너지 원의 주어진 양의 무게에 얼마나 많은 에너지를 저장할 수 있는지를 포함합니다. 가장 좋은 배터리는 제트 연료보다 무게 당 약 40 배 적은 에너지를 저장하지만 에너지를 더 많이 사용하여 운동을 유도 할 수 있습니다. 궁극적으로, 주어진 무게에 대해 제트 연료는 최첨단 리튬 이온 배터리보다 약 14 배 더 많은 사용 가능한 에너지를 포함합니다.

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이로 인해 항공기의 배터리가 비교적 무거워집니다. 항공 회사들은 이미 얼마나 많은 비행기를 운반해야하는지 제한하기 위해 짐에 무게를 부과하는 수수료를 부분적으로 걱정하고 있습니다. 도로 차량은 더 무거운 배터리를 처리 할 수 ​​있지만 비슷한 문제가 있습니다. 우리 연구 그룹은 전동식 픽업 트럭과 트랙터 트레일러 또는 세미 트럭의 무게 - 에너지 상충 관계를 분석했습니다.

전기 트럭에서 비행 차량에 이르기까지

우리는 리튬 이온 배터리와 관련된 기본 화학 공정의 세부 사항과 함께 차량을 움직이는 데 필요한 에너지에 대한 매우 정확한 설명에 대한 연구를 기반으로합니다. 우리는 오늘날의 디젤 엔진과 유사한 전기 세미 트럭이 모든화물 운송의 약 93 %의화물을 운반 할 수있는 동시에 한 번의 충전으로 최대 500 마일을 주행 할 수 있도록 설계 될 수 있음을 발견했습니다.

배터리는 미국 트럭 운송 함대를 전력으로 변환하는 과정을 시작하는 것이 경제적 감각을 갖기 전에 더 저렴해질 필요가 있습니다. 그것은 2020 년대 초반에 일어날 것으로 보인다.

비행 차량은 다른 전원 요구가 있기 때문에 특히 멀리 떨어져 착륙하는 동안, 조금 더 멀리 떨어져 있습니다.

e-VTOL이란 무엇입니까?

여객기와 달리 400 피트 이하에서 비행하면서 짧은 거리에서 개인용 패키지를 운반하는 소형 배터리로 구동되는 무인 항공기가 이미 사용 중입니다. 그러나 사람들과 수하물을 운반하는 데는 10 배 이상의 에너지가 필요합니다.

수직 이착륙이 가능한 소형 배터리 구동 항공기가 얼마나 많은 에너지를 필요로하는지 살펴 보았습니다. 이들은 일반적으로 헬리콥터처럼 곧장 발사되도록 설계되었으며, 비행 중 프로펠러 또는 전체 날개를 회전시켜보다 효율적인 비행기 모드로 전환 한 다음 착륙을 위해 헬리콥터 모드로 다시 전환합니다. 번잡 한 도로를 피하면서 바쁜 도시 지역을 효율적이고 경제적으로 탐색 할 수 있습니다.

전자 VTOL 항공기의 에너지 요구 사항

우리 연구 그룹은 이미 개발중인 디자인 라인을 따라 단일 승객 e-VTOL에 필요한 전력을 계산하는 컴퓨터 모델을 구축했습니다. 그러한 예로는 승객을 포함하여 1,000 킬로그램 무게의 e-VTOL이 있습니다.

비행기 모드에서 크루즈 여행의 가장 긴 부분은 마일 당 최소 에너지가 필요합니다. 우리의 샘플 e-VTOL은 전기 픽업 트럭이 필요로하는 것과 동일한 양의 에너지와 전기 주행 세단의 약 2 배의 에너지 소비를 위해 마일 당 약 400 ~ 500 와트시를 필요로합니다.

그러나 이륙과 착륙에는 훨씬 더 많은 힘이 필요합니다. 우리의 분석에 따르면 e-VTOL이 어느 정도 여행하는지에 관계없이 이륙과 착륙을 합치면 여행 당 8,000 ~ 10,000 와트가 필요합니다. 이것은 닛산 잎과 같은 대부분의 소형 전기 자동차에서 사용 가능한 에너지의 절반 정도입니다.

오늘날 가장 좋은 배터리를 갖춘 전체 비행의 경우, 20 마일 이하의 사람을 운송하도록 설계된 단일 승객 용 전자 VTOL은 마일 당 약 800-900 와트 - 시간이 소요될 것이라고 계산했습니다. 이것은 반 트럭 정도의 에너지로, 효율성이 떨어집니다. 인근 마을에서 쇼핑을해야 할 경우에는 완전히로드 된 트랙터 트레일러의 택시를 타지 마십시오. 거기에 가라.

앞으로 몇 년 동안 건전지가 향상됨에 따라 동일한 건전지 무게에 대해 약 50 % 더 많은 에너지를 포장 할 수 있습니다. 이것은 단기 및 중거리 여행에서 e-VTOLS를보다 실용적으로 만드는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 사람들이 e-VTOLS를 정기적으로 사용하기 전에 몇 가지 더 필요한 것들이 있습니다.

그것은 단순한 에너지가 아닙니다.

지상 차량의 경우 여행의 유용한 범위를 결정하는 것만으로 충분하지만 비행기와 헬리콥터에는 적합하지 않습니다. 항공기 설계자는 또한 전력을 면밀히 검토하거나 저장된 에너지를 얼마나 빨리 사용할 수 있는지 조사해야합니다. 헬리콥터에서 제트기로 이륙하거나 중력에 대항하여 밀어 올리면 자동차 나 트럭의 바퀴를 돌리는 것보다 훨씬 많은 힘이 필요하기 때문에 이것은 중요합니다.

따라서 전자 VTOL 배터리는 전기 도로 차량의 배터리보다 대략 10 배 빠른 속도로 방전 할 수 있어야합니다. 배터리가 더 빨리 방전되면 훨씬 더 뜨거워집니다. 게임을하고 큰 파일을 다운로드하는 동안 TV 쇼를 스트리밍하려고 할 때 노트북 팬이 최고 속도로 회전하는 것처럼 더 많은 전력을 생산하라는 요청이있을 때마다 차량 배터리 팩을 더 빨리 냉각해야합니다.

도로 차량의 배터리는 주행하는 동안 거의 가열되지 않으므로 간단한 냉각수가 지나가거나 지나가는 공기로 냉각 될 수 있습니다. 그러나 e-VTOL 택시는 이륙시 엄청난 열을 발생시켜 식도록 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 짧은 여행에서는 착륙시 다시 열을 올리기 전에 완전히 식지 않을 수도 있습니다. 배터리 팩 크기와 관련하여 동일한 주행 거리에서 이륙 및 착륙시 e-VTOL 배터리가 발생하는 열량은 전기 자동차 및 세미 트럭보다 훨씬 많습니다.

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이 여분의 열은 e-VTOL 배터리의 유용한 수명을 단축시키고 가능하면 화재를 잡을 수있게합니다. 신뢰성과 안전성을 유지하기 위해 전기 항공기에는 더 많은 에너지와 무게가 요구되는 특수 냉각 시스템이 필요합니다.

이것은 전기 도로 차량과 전기 항공기 사이의 중요한 차이입니다. 트럭과 자동차 설계자는 전력 출력 또는 냉각 시스템을 근본적으로 개선 할 필요가 없습니다. 성능을 저해하지 않으면 서 비용이 추가되기 때문입니다. 전문 연구 만이 전기 항공기의 이러한 중요한 진보를 발견 할 것입니다.

우리의 다음 연구 주제는 e-VTOL 배터리 및 냉각 시스템 요구 사항을 개선하여 유용한 범위에 충분한 에너지를 제공하고 이륙 및 착륙에 충분한 전력을 과열없이 제공하는 방법을 계속 탐구 할 것입니다.

이 기사는 원래 Venkat Viswanathan, Shashank Sripad 및 William Leif Fredericks의 대화에 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.