性能、拡張性ともに優れたハイブリッドのパワートレインH3PS

性能、拡張性ともに優れたハイブリッドのパワートレインH3PS

イタリアの航空機メーカー、テクナム(Tecnam)が、ロールス・ロイスとロータックスの推進システムを搭載するハイブリッド電動実証機を公開

よりサステナブルで環境にやさしい航空技術を求める声が高まる中、耐久力や性能を損なわずに航空機の燃料消費と排気を削減できる推進システムが必要とされています。ロールス・ロイスはそれを実現すべく、イタリアの航空機メーカー、テクナム、オーストリアのエンジンメーカーBRPロータックスと共に、パラレル式ハイブリッドの電動パワートレインの試作機を開発しています。3社は、EUのホライズン2020ファンドの枠組みで2018年からH3PSプロジェクトを開始しています。

高性能(High Power)、高拡張性(High scalability)、ハイブリッド式パワートレイン(Hybrid powertrain)の3つのHをもつH3PSは、4座席のテクナムP2010にパラレル式ハイブリッド電動パワートレインを搭載し、燃費を削減しつつ、航続距離の維持、延長を実現するもので、民間航空向けでは初の取組みと考えられています。このプロジェクトでは先進的技術を小型機向けの動力として導入しますが、大型民間航空機への拡張も可能です。

このプロジェクトはパラレル式ハイブリッド電動の構造が持つ課題に取り組んでおり、航空機の推進力に初めてこの技術を導入することに伴うリスクを無くし、商業化するという目的がありました。ロールス・ロイスはパラレル式ハイブリッド電動推進システムの電気部分を担当し、ハンガリーのブダペストを拠点とするロールス・ロイス電動化チームが、30キロワットの発電機、電気制御、包括的(complete)バッテリーシステムを開発しました。

航空の電動化に向けて、様々な推進システムの設計概念が模索されています。

全電動化航空機 :ロールス・ロイスが動力を提供するeFlyer 2試作機のような航空機が既に飛行段階に入っており、近い将来、様々な小型飛行機の使途にふさわしい航続距離を得られるよう、エネルギー貯蔵技術向上の取り組みが続いています。

シリーズ式ハイブリッド電動 :この方式では常時、電気モーターがプロペラの動力源となり、内燃エンジンと発電機セットが必要な電力を生み出し、長時間飛行に必要なバッテリー充電を行います。この構造では、エンジンと発電機は直接推力を生み出すためには使われていません。

H3PSプロジェクトはパラレル式ハイブリッド電動システムを選択しており、内燃エンジン、電気モーターのどちらかをプロペラの動力源とすることが可能です。また、電気モーターがプロペラシャフトにトルクを追加する形で、内燃エンジンと電気モーターの両方をプロペラの動力源とすることも可能です。

「H3PSプロジェクトを通じて、ハイブリッド式電動システムの統合に関する貴重な知識を得ることができました。ピストン式エンジンと高出力発電機からのトルクが効率的に統合されるよう、両者を機械的に統合する複雑な問題を解決することができました。」

ゲルギー・G・バラーズ
ロールス・ロイス ハンガリーエンジニアリング担当ディレクター

H3PS向けに開発された30キロワットの電気機械は、内燃エンジンのスターターとしての役割に加え、離陸時、上昇時にはプロペラシャフトに更なるトルクを加える推力ブースターモーターの役割を果たします。巡行時にはシャフトからの動力を電力に変えてバッテリーを充電する発電機の役割を果たします。

航空機の推進力は電気モーターによって生み出されるため、内燃エンジンのサイズを縮小することができます。テクナムP2010では標準的な180馬力のエンジンを141馬力のより小さいものに変えることができたため、消費燃料の大幅削減につながりました。
エンジンサイズの削減には様々なメリットがあります。同じサイズの燃料タンクでより遠くに飛べるようになる他、エンジンが常に最適な運用レベルに保たれるため、効率が良くなって劣化も削減され、メンテナンス費用の削減、ひいては全体的なコスト削減につながります。また機体も軽量化されます。

エンジンサイズの削減により最大積載量が増加するため、バッテリー搭載が大幅な重量増とはならず、効率バランスのメリットが保たれます。
バラーズは、小型の電動航空機、ハイブリッド電動航空機が、電気によるフライトという意味でパイロットや乗客に多大な影響を与え、大型航空機向けの需要を促進すると確信しており、次のように述べています。「小型の飛行機は、電気エンジンの試験、新しい駆動システムに対するパイロットや運用者のトレーニングといった先駆的取り組みに最適です。H3PSのような研究プロジェクトにパートナー企業と共に取り組むことで、小型飛行機上で革新的技術を実証し、そこから重要な学びを得ることができます。そして小型機だけでなく大型機においても、空の旅が環境へ与える影響を長期的に削減するようなイノベーションを促進できるでしょう。」

 

英語の原文はこちらから:
https://www.rolls-royce.com/media/our-stories/discover/2020/high-power-high-scalability-hybrid-powertrain-h3ps.aspx