انقلاب در صنعت هوانوردی؛ موتور الکتریکی هایپرکارها در کنار موتور دیزلی ۱۲ سیلندر برای افزایش برد eVTOL

فناوری پشت صحنه هایپرکارهای رکوردشکن جهان، اکنون می‌تواند به هواپیماهای الکتریکی کمک کند تا مسافت‌های طولانی‌تری را پرواز کرده و فرود ایمن‌تری داشته باشند.

به گزارش بخش اخبار خودرو زوم تک به نقل از موتورترند (MotorTrend)، شاید در نگاه اول باورکردنی نباشد، اما همان فناوری موتور الکتریکی که قدرت‌بخش هایپرکارهایی چون آستون مارتین والکری (Aston Martin Valkyrie)، زینگر 21C (Czinger 21C) و مک‌مورتی اسپیرلینگ (McMurtry Spéirling) است، اکنون با یک موتور هوانوردی دیزلی ۱۲ سیلندر (V-12) مجهز به چهار توربوشارژر جفت شده است تا یکی از سبک‌ترین و متراکم‌ترین مجموعه‌های ژنراتور هواپیما را که تا به حال معرفی شده است، خلق کند. چند ماه پیش، گزارش دادیم که چگونه موتورهای الکتریکی شرکت هلیکس (Helix) که نیروگاه این هایپرکارها هستند، ممکن است به زودی سفرهای هوایی مافوق صوت را به واقعیت تبدیل کنند. اکنون، این سیستم‌ها آماده شده‌اند تا سفرهای الکتریکی مادون صوت، از جمله پروازهای عمودبرخاست و فرود (eVTOL)، را به عنوان یک ژنراتور افزایش‌دهنده برد بسیار کاربردی‌تر کنند.

چرا علاقه‌ مندان به خودرو باید به هواپیماهای الکتریکی و eVTOLها اهمیت دهند؟

دلیل اهمیت این موضوع برای دوست‌داران خودرو، دقیقاً همان دلیلی است که خودروسازان بزرگ به آن توجه می‌کنند: شرکت تویوتا یک سرمایه‌گذاری مشترک با جوبی اوییشن (Joby Aviation) آغاز کرده است، شرکت سوپرنال (Supernal) به عنوان زیرمجموعه هیوندای به خوبی در حال پیشبرد مدل S-A2 خود است، استلانتیس یکی از سهام‌داران بزرگ آرچر اوییشن (Archer Aviation) است، گفته می‌شود هوندا روی مدل اختصاصی خود کار می‌کند و چندین خودروساز چینی نیز در حال فتح آسمان‌ها هستند. آیا این فناوری جدید می‌تواند به بلند شدن برخی از این پروژه‌ها از روی زمین کمک کند؟

چالش بزرگ پیش روی پروازهای عمودبرخاست الکتریکی (eVTOL)

اکثر وسایل نقلیه eVTOL سهم بسیار نامتناسبی از انرژی باتری خود را در مراحل بلند شدن عمودی، هاور کردن (معلق ماندن در هوا) و تبدیل وضعیت به پرواز رو به جلو مصرف می‌کنند. به محض اینکه هواپیما در وضعیت کروز (پرواز پایدار) قرار می‌گیرد، تقاضا برای توان به شدت کاهش می‌یابد. این یکی از دلایلی است که چرا eVTOLهای باتری-الکتریکی امروزی برد نسبتاً محدودی دارند و چرا یک ژنراتور سبک‌وزن افزایش‌دهنده برد مانند این مدل جدید می‌تواند به eVTOLها کمک کند تا به راحتی از زمین بلند شوند – و دوباره در مسافتی بسیار مفیدتر و دورتر، به سلامت روی زمین فرود آیند.

کالبدشکافی موتور الکتریکی پیشرفته Helix SPX177-137D

در مقایسه با واحد SPX242-94 که نیروی هایپرکارهای ذکر شده در بالا را تامین می‌کند و توسط شرکت استرو مکانیکا (Astro Mechanica) در تست‌های شلیک موتور مافوق صوت اثبات مفهوم استفاده شد، این موتور جدید قطر کمتری دارد و در امتداد محور طولانی‌تر است. با این حال، این مدل به وضوح یک عضو نسل بعدی از همان خانواده «فناوری هسته مقیاس‌پذیر» (Scalable Core Technology) است که از معماری بنیادی، فلسفه خنک‌کاری و فناوری الکترومغناطیسی یکسانی بهره می‌برد. کاهش قطر موتور باعث کاهش سرعت نوک روتور و اینرسی دورانی می‌شود که دستیابی به دور موتور (rpm) بالاتر را ممکن می‌سازد؛ در حالی که طولانی‌تر کردن استاتور، بخش زیادی از گشتاور از دست رفته را جبران کرده و موتور را برای چگالی توان بهینه می‌کند. خروجی قدرت به طور جزئی به ۵۶۳ اسب بخار در اوج و ۴۳۹ اسب بخار به صورت مداوم افزایش می‌یابد، در حالی که راندمان اوج آن به ۹۷ درصد می‌رسد. بهترین ویژگی آن این است که تنها ۴۸ پوند (حدود ۲۱.۷ کیلوگرم) وزن دارد – یعنی ۲۱ پوند کمتر از نسخه هایپرکار – و اندازه آن تقریباً به اندازه یک قابلمه آشپزخانه است.

موتور ۱۲ سیلندر دیزلی RED A03؛ نیروگاه هوانوردی مدرن

شرکت رد اوییشن (RED Aviation) یک تولیدکننده آلمانی موتورهای هواپیما است که موتورهای دیزلی مدرن با سوخت اتانول هواپیما (Jet-A) تولید می‌کند. این موتورها به عنوان جایگزین‌هایی با راندمان سوخت بالا برای موتورهای پیستونی سنتی با سوخت Avgas عرضه می‌شوند. این شرکت بازار سیستم‌های افزایش‌دهنده برد برای eVTOLها و هواپیماهای الکتریکی را در فضای جابه‌جایی هوایی پیشرفته و هوانوردی تجاری هدف قرار داده است؛ بازاری که از جت‌های منطقه‌ای تا هواپیماهای تک‌راهرو و پهن‌پیکر را شامل می‌شود. این هدف‌گذاری با موتور فعلی V12 RED A03 و نسخه‌های کوچک‌تر آینده از ۸ سیلندر (V-8) تا ۶ سیلندر خطی (I-6) و ۴ سیلندر خطی (I-4) انجام می‌شود که خروجی الکتریکی بین ۳۷۵ تا ۱۸۸ اسب بخار تولید خواهند کرد.

برای موتور ۱۲ سیلندر، هر بلوک سیلندر این موتور ۸۰ درجه‌ای به گونه‌ای طراحی شده است که به طور مستقل عمل کند تا در صورت بروز برخی خرابی‌ها در یک بلوک، سیستم دارای پشتیبان و افزونگی (Redundancy) باشد. این موتور دارای توربوشارژر دو مرحله‌ای ترتیبی است، می‌تواند برای ارتفاعات بالا (بیش از ۴۹,۰۰۰ فوت) پیکربندی شود و قادر است ۵۱۰ اسب بخار قدرت در اوج و ۴۳۹ اسب بخار به طور مداوم تولید کند، در حالی که تنها ۷۷۲ پوند (حدود ۳۵۰ کیلوگرم) وزن دارد. گفته می‌شود هزینه‌های نگهداری آن به مراتب کمتر از واحدهای توان کمکی (APU) سنتی است. یک مزیت دیگر: این موتور بسیار کم‌صدا است و صدای آن در فاصله ۱۶۴ فوتی (۵۰ متری) تنها ۷۵ دسی‌بل ثبت می‌شود که کمتر از نصف صدای متداول یک توربین است.

بلوک کوچک ژنراتور؛ شاهکار چگالی توان و مهندسی هوافضا

موتور دیزلی و موتور-ژنراتور الکتریکی از طریق یک جعبه‌دنده خورشیدی (Planetary Gearbox) به یکدیگر متصل شده‌اند که سرعت ژنراتور را با ضریب ۵.۴ افزایش می‌دهد. شرکت هلیکس می‌گوید این مجموعه ژنراتور ۳۵۰ کیلوگرمی، سطحی از خروجی الکتریکی را ارائه می‌دهد که به طور معمول نیاز به یک تجهیزات صنعتی یا دریایی حدوداً دو تنی دارد؛ موضوعی که نشان می‌دهد موتور دیزلی RED و موتور الکتریکی Helix تا چه حد تهاجمی برای اهداف وزنی هوافضا بهینه‌سازی شده‌اند. هلیکس ادعا می‌کند که این سیستم سه برابر چگالی توان بیشتری نسبت به یکی از کارآمدترین واحدهای توان کمکی موجود در بازار امروز – یعنی مدل Honeywell HGT1700 در هواپیمای ایرباس A350 – ارائه می‌دهد.

سیستمی پاک، اقتصادی و گران‌ قیمت

شرکت هلیکس اعلام کرده است که این ژنراتور در مقایسه با یک واحد توان کمکی توربینی (APU) با خروجی هم‌تراز، میزان مصرف سوخت – و در نتیجه میزان انتشار گاز CO₂ – را تقریباً ۵۰ درصد کاهش می‌دهد. با این حال، واژه «اقتصادی» را نمی‌توان برای قیمت خرید آن به کار برد. نه هلیکس و نه RED قیمت رسمی این سیستم را افشا نکرده‌اند، اما با توجه به اینکه موتور ۱۲ سیلندر تاییدشده RED A03 به تنهایی در گذشته حدود ۱۷۰,۰۰۰ دلار قیمت داشته است، ژنراتور هیبریدی کامل قطعاً قیمتی شش‌رقمی و به مراتب بالاتر خواهد داشت. اما بدون شک، پرواز و فرود با یک eVTOL یا هر هواپیمای الکتریکی دیگر، زمانی که بدانید توان فرود شما توسط یک موتور دیزلی ۱۲ سیلندر با فناوری پیشرفته و یک موتور-ژنراتور هایپرکار تضمین شده است، حس امنیت و راحتی بسیار بیشتری به همراه خواهد داشت.