Partnerstwo NASA w celu opracowania przyszłych koncepcji hybrydowo-elektrycznych samolotów

NASA wyobraża sobie przyszłość, w której naddźwiękowe samoloty i wysoce wydajne samoloty latają na tym samym ultra-bezpiecznym niebie. Agencja już teraz zmierza do tego celu, opracowując X-59 QueSST i badając alternatywne układy napędowe samolotów, które mogą zmniejszyć koszty, hałas i emisje.

„Nasz program rozwija technologie, które pomagają NASA i przemysłowi zmienić paradygmat lotnictwa, otwierając drogę do codziennych lotów naddźwiękowych, ekologicznych samolotów transportowych i szeroko rozpowszechnionych zaawansowanych pojazdów mobilności powietrznej” – powiedział James Kenyon, NASA Advanced Air Vehicles Program (AAVP) ) dyrektor.

NASA nie może sama zmienić przyszłości lotów, więc agencja połączyła siły z dwoma partnerami z branży, aby zmienić swoje podejście do napędu samolotów. Umowy te mają na celu zaprojektowanie bardziej wydajnych silników lotniczych, jednocześnie rozwiązując kilka problemów technicznych: ciężar, pobieranie i przechowywanie mocy oraz zarządzanie termiczne.

Wyzwanie związane z wydobyciem mocy jest szczególnie ważne dla przyszłych koncepcji hybrydowo-elektrycznych samolotów, w których zapotrzebowanie na energię staje się jeszcze większe, ponieważ dodatkowa moc jest potrzebna do napędzania wentylatorów elektrycznych wykorzystywanych do dodatkowego ciągu w locie.

Animacja koncepcyjnego samolotu NASA STARC-ABL, który wykorzystuje zaawansowane technologie napędowe w celu zmniejszenia zużycia paliwa, emisji i hałasu. (Źródło: NASA)

W ramach projektu Hybrid Thermally Efficient Core (HyTEC) NASA intensywnie poszukuje silników lotniczych nowej generacji, które zużywają mniej paliwa i wytwarzają więcej mocy, zwiększając współczynnik obejścia. Oznacza to, że wentylator – ten z przodu silnika – jest większy, zwiększając w ten sposób przepływ powietrza, jednocześnie zmniejszając rdzeń silnika, co zmniejsza zużycie paliwa.

„Powstaje pytanie, jak zmniejszyć rdzeń silnika, zachowując osiągi i zwiększając dostępną moc elektryczną?” – powiedział Tony Nerone, kierownik projektu HyTEC w Glenn Research Center NASA w Cleveland. „Ponieważ samoloty stają się coraz bardziej elektryczne, będziemy musieli zająć się tradycyjnymi potrzebami energetycznymi – działającymi podsystemami, takimi jak sterowanie lotem, klimatyzacja itd. – ale musimy również wykorzystać więcej mocy do nowszych systemów elektrycznych, które będziemy dodawać. do samolotu. Obecne supernowoczesne silniki mogą pobierać około 5% mocy, a w przyszłości będziemy musieli podskoczyć nawet o 10% do 20% ”.

Na mocy umowy Space Act z Honeywell, inżynierowie NASA będą współpracować z zespołem z Honeywell w celu opracowania technologii i testów zaawansowanej turbiny niskiego ciśnienia. Dane z testu umożliwią połączonemu zespołowi inżynierów ustalenie linii bazowej wydobycia mocy turbowentylatorowej przy jednoczesnym opracowaniu narzędzi do prognozowania obliczeniowego. Ostatecznie ten test dostarczy niezbędnych danych do projektu HyTEC i przyspieszy rozwój technologii Honeywell w zakresie turbin o wyższej sprawności, które mogą mieć wpływ na przyszłą linię produktów turbin gazowych.

NASA zawarła również kontrakt z GE, aby zademonstrować i ocenić pobór mocy turbowentylatorów oraz integrację maszyn elektrycznych, takich jak silniki i generatory. Celem jest znaczne zwiększenie poboru mocy w odpowiednich warunkach pracy silnika komercyjnego z ciągu, masy, wydajności, operatywności i trwałości dla przyszłych elektrycznych układów napędowych.

Stanowisko testowe samolotów elektrycznych NASA w ośrodku testowym NASA im. Neila A. Armstronga w Sandusky w stanie Ohio to światowej klasy, rekonfigurowalny obiekt, który może pomieścić systemy zasilania dużych samolotów pasażerskich o mocy megawatów. (fot. NASA)

Wysiłki te mają na celu wprowadzenie w najbliższej przyszłości czystszych, bardziej wydajnych i opłacalnych samolotów. Rozwój i testowanie podstawowych technologii systemów zasilania to dopiero początek. NASA będzie musiała wykazać korzyści płynące z lotu przed ewentualną integracją samolotów komercyjnych.

„Gdy HyTEC i jego partnerzy zademonstrują pobór mocy, te nowe silniki można łączyć z innymi komponentami o klasie megawatów, które opracowujemy dla zelektryfikowanego napędu samolotów” – powiedziała Barbara Esker, zastępca dyrektora programowego AAVP. „Wraz z postępem w produkcji wysokosprawnych samolotów kompozytowych i innowacyjnymi konfiguracjami, takimi jak transoniczne skrzydło kratownicowe, NASA może zmienić długoterminową trwałość samolotów komercyjnych.”.