Nagy teljesítmény, nagyfokú skálázhatóság, hibrid hajtáslánc - H3PS

Nagy teljesítmény, nagyfokú skálázhatóság, hibrid hajtáslánc - H3PS

A Tecnam bemutatja hibrid-elektromos technológiáját Rolls-Royce és Rotax hajtásrendszerrel

A repülés fenntarthatóbbá és környezetbarátabbá tételéhez olyan hajtásrendszerekre van szükség, amelyek csökkentik az üzemanyag-fogyasztást és a károsanyag-kibocsátást – anélkül, hogy behatárolnák a repülőgépek működési paramétereit.

Ennek elérése érdekében a Rolls-Royce az olasz Tecnam repülőgépgyártóval és az osztrák motorgyártó BRP-Rotax-szal közösen párhuzamos hibrid-elektromos hajtáslánc prototípust fejlesztett ki. A vállalatok 2018-ban egyesítették erőiket a H3PS projektben, az European Horizon 2020 alap keretében.

A H3PS három „H”-t ölel fel: „nagy teljesítményű” (high power), „hibrid hajtáslánc” (hybrid powertrain) és „nagyfokú skálázhatóságú repülőgép” (high-scalability aircraft), és magában foglalja a négyüléses Tecnam P2010 párhuzamos hibrid elektromos hajtáslánccal való felszerelését – ez az első a maga nemében, amit általános repülésre fejlesztettek ki – az üzemanyag-fogyasztás csökkentése érdekében, sőt, javítja a repülőgép működési paramétereit. A projekt fejlett technológiát tesz elérhetővé egy kisebb teljesítményosztályhoz, miközben skálázható a nagyobb, általános repüléshez használt gépekhez.

A projekt sikeresen kezelte a párhuzamos hibrid-elektromos rendszerek jelentette kihívásokat azzal a céllal, hogy alacsony kockázatúvá tegye, valamint ezt a tudást felhasználva egy kereskedelmileg életképes megoldássá fejlessze a repülőgép-meghajtási alkalmazásokban ezt az újszerű technológiát. A Rolls-Royce volt a felelős a párhuzamos hibrid- rendszer elektromos részéért. A Rolls-Royce Electrical budapesti csapata fejlesztette a 30 kW-os elektromos gépet, az elektromos vezérléseket és a teljes akkumulátorrendszert.

Az elektromos repülés felé vezető úton az ipar számára feltárulnak a különböző hajtásrendszerekben rejlő lehetőségek.

A teljesen elektromos repülőgépek, mint például a Rolls-Royce hajtású eFlyer 2 prototípus, már repülnek, és az energiatárolási technológia folyamatos fejlesztése azzal kecsegtet, hogy a közeljövőben megfelelő kapacitás lesz elérhető a kisebb repülőgép-osztályokban számos repülési feladathoz.

Soros hibrid-elektromos elrendezésben a légcsavart mindig az elektromos motor hajtja, míg a belsőégésű motor és az elektromos generátor adja a szükséges teljesítményt az akkumulátorok töltéséhez a nagyobb repülési hatótávolság elérése érdekében. Ebben a felépítésben a belsőégésű motor-generátor rendszer közvetlenül nem járul hozzá a vonóerő létrehozásához.

A párhuzamos hibrid-elektromos rendszer esetén a belsőégésű- és a villamos motor együttesen hozzájárulnak a vonóerő létrehozásához.

A H3PS projekthez párhuzamos hibrid-elektromos rendszer kidolgozása mellett döntöttek. A repülőgép légcsavarja közvetlenül működtethető a belsőégésű motorral, a teljesen integrált elektromos motor pedig plusz forgatónyomatékot ad a belsőégésű motor számára.

„A H3PS projekt révén értékes betekintést nyertünk a hibrid-elektromos rendszerek integrációjába. Megoldottuk azt a rendkívül összetett feladatot, hogy mechanikusan összekapcsoljunk egy dugattyús motort egy villamos géppel, hogy azok nyomatékait hatékonyan kombináljuk” – mondta Dr. Balázs Gergely György, a Rolls-Royce Magyarország ügyvezető igazgatója.

Dr. Balázs Gergely György
a Rolls-Royce Magyarország ügyvezető igazgatója

A 30 kW-os elektromos gép a belső égésű motor indítómotorjaként működik, majd felszállás és emelkedés közben az akkumulátorok energiáját felhasználva motorként extra nyomatékot biztosít a belsőégésű motor számára. Amikor a repülőgép elérte a repülési magasságot, generátorként működik, és újratölti az akkumulátorokat.

Mivel az elektromos motor hozzájárul a repülőgép meghajtásához, a belsőégésű motor mérete csökkenthető. A Tecnam P2010 esetében a 180 lóerős belsőégésű alapmotor helyett egy kisebb, mindössze 141 lóerős belsőégésű motor került beépítésre hibrid rendszerrel optimalizálva - ez pedig az üzemanyag-fogyasztás jelentős csökkenését eredményezi, így alacsonyabb üzemeltetési költség érhető el. Mivel az integrált hibrid hajtómű kisebb súllyal rendelkezik, mint a hagyományos belsőégésű motor, így a repülőgép terhelhetősége növelhető és előnyös a repülőgép hatékonyságára nézve.

Gergely meggyőződése, hogy az elektromos és hibrid-elektromos kisrepülőgépek óriási hatással lesznek az elektromos repülés elterjedésében, és elősegítik az ilyen megoldások iránti kereslet növekedését a nagyobb repülőgépek osztályokban. „Ezek a kisrepülőgépek ideálisnak bizonyultak újító munkánkhoz – elektromos hajtásrendszerek teszteléséhez, valamint ezáltal a pilóták és az üzemeltetők jobban megismerhetik az új technológiákat. Az olyan kutatási projektekkel, mint a H3PS, partnereinkkel szoros együttműködésben innovatív technológiákat hozhatunk létre, levonhatjuk a kulcsfontosságú tanulságokat és ösztönözhetjük az innovációt, amely hosszú távon csökkenti a légiközlekedés káros környezeti hatásait, még a nagyobb repülőgép-osztályokban is.”