전기비행기의 세상
하늘을 나는 전기 비행기는 언제즘 가능할까? 본문
목차
1. 아직 전기 비행기가 없는 이유는 무엇입니까?
전기 자동차와 트럭이 미국 고속도로에 점점 더 많이 등장함에 따라 상업적으로 실행 가능한 전기 자동차는 언제 하늘로 날아갈 것인가? 전기 항공기 제작의 핵심 과제는 기내 에너지 원의 주어진 무게에 얼마나 많은 에너지를 저장할 수 있는지에 관한 것입니다. 최고의 배터리는 제트 연료보다 단위 중량 당 에너지를 약 40 배 더 적게 저장하지만, 에너지의 더 많은 부분을 모션 구동에 사용할 수 있습니다. 궁극적으로 주어진 무게에 대해 제트 연료는 최첨단 리튬 이온 배터리보다 약 14 배 더 많은 사용 가능한 에너지를 포함합니다. 따라서 항공 용 배터리는 상대적으로 무겁습니다. 항공사들은 이미 무게에 대해 걱정하고 있습니다. 부분적으로는 비행기가 운반해야 하는 양을 제한하기 위해 수하물에 수수료를 부과하고 있습니다. 도로 차량은 더 무거운 배터리를 처리할 수 있지만 비슷한 우려가 있습니다. 우리 연구 그룹은 전기 픽업트럭과 트랙터-트레일러 또는 세미 트럭의 무게-에너지 절충을 분석했습니다.
2. 전기 트럭에서 비행 차량까지
우리는 리튬 이온 배터리와 관련된 기본 화학 공정의 세부 사항과 함께 차량 이동에 필요한 에너지에 대한 매우 정확한 설명을 기반으로 연구를 진행했습니다. 우리는 오늘날의 디젤 동력 트럭과 유사한 전기 세미 트럭이 한 번의 충전으로 최대 500 마일까지 이동하는 동시에 모든 화물 운송의 약 93 %를 운반할 수 있도록 설계할 수 있음을 발견했습니다. 미국 트럭 운송 차량을 전력으로 전환하는 과정을 시작하는 것이 경제적으로 합리적이기 전에 배터리 가격을 낮추어야 합니다. 비행 차량은 특히 이착륙 시 전력 요구 사항이 다르기 때문에 조금 더 멀리 떨어져 있습니다.
3. e-VTOL이란 무엇입니까?
여객기와 달리 400 피트 아래로 비행하면서 짧은 거리에 개인 패키지를 운반하는 소형 배터리 구동 드론 이 이미 사용되고 있습니다. 그러나 사람과 짐을 운반하려면 10 배 이상의 에너지가 필요합니다. 수직 이착륙이 가능한 소형 배터리 구동 항공기에 얼마나 많은 에너지가 필요한지 살펴보았습니다. 이들은 일반적으로 헬리콥터처럼 똑바로 발사하고 비행 중에 프로펠러 또는 전체 날개를 회전하여보다 효율적인 비행기 모드로 전환 한 다음 착륙을 위해 헬리콥터 모드로 다시 전환하도록 설계되었습니다. 도로 막힘을 피하면서 바쁜 도시 지역을 탐색하는 효율적이고 경제적인 방법이 될 수 있습니다.
4. e-VTOL 항공기의 에너지 요구 사항
우리 연구 그룹은 이미 개발 중인 설계 라인을 따라 1 인승 e-VTOL에 필요한 전력을 계산하는 컴퓨터 모델을 구축했습니다. 그러한 예 중 하나가 승객을 포함하여 무게가 1,000kg 인 e-VTOL입니다. 비행기 모드에서 순항하는 여행의 가장 긴 부분은 마일 당 최소 에너지를 필요로 합니다. 우리의 e-VTOL 샘플은 마일 당 약 400 ~ 500 와트시가 필요합니다. 이는 전기 픽업트럭에 필요한 에너지와 거의 같은 양이며 전기 승용차 에너지 소비량의 약 두 배입니다. 그러나 이착륙에는 훨씬 더 많은 힘이 필요합니다. e-VTOL이 얼마나 멀리 이동하는지에 관계없이 우리의 분석에 따르면 이착륙을 합하면 이동 당 8,000 ~ 10,000 와트시가 필요합니다. 이것은 Nissan Leaf와 같은 대부분의 소형 전기 자동차에서 사용할 수 있는 에너지의 약 절반입니다. 현재 사용 가능한 최고의 배터리를 사용하는 전체 비행에서 20 마일 이하의 사람을 태울 수 있도록 설계된 1 인승 e-VTOL 은 마일 당 약 800 ~ 900 와트시가 필요하다고 계산했습니다. 배터리가 향후 몇 년 동안 개선됨 에 따라 동일한 배터리 무게로 약 50 % 더 많은 에너지를 충전할 수 있습니다. 이는 단거리 및 중거리 여행에서 e-VTOLS를 보다 실용적으로 만드는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 사람들이 실제로 e-VTOLS를 정기적으로 사용하기 시작하려면 몇 가지 더 필요한 것이 있습니다. 단순한 에너지가 아닙니다. 지상 차량의 경우 유용한 이동 범위를 결정하는 것으로 충분하지만 비행기와 헬리콥터에는 해당되지 않습니다. 항공기 설계자는 또한 전력 또는 저장된 에너지를 얼마나 빨리 사용할 수 있는지 면밀히 조사해야 합니다. 이것은 제트기에서 이륙하기 위해 램프를 올리거나 헬리콥터에서 중력에 맞서 내리는 것이 자동차 나 트럭의 바퀴를 돌리는 것보다 훨씬 더 많은 힘을 필요로 하기 때문에 중요합니다. 따라서 e-VTOL 배터리는 전기 도로 차량의 배터리보다 약 10 배 빠른 속도로 방전될 수 있어야 합니다. 배터리가 더 빨리 방전되면 훨씬 더 뜨거워집니다. 게임을 하고 대용량 파일을 다운로드하는 동안 TV 프로그램을 스트리밍 하려고 할 때 노트북 팬이 최대 속도로 회전하는 것처럼, 더 많은 전력을 생산하라는 요청을 받을 때마다 차량 배터리 팩을 더 빨리 냉각시켜야 합니다. 도로 차량의 배터리는 운전 중에 거의 가열되지 않으므로 지나가는 공기 또는 간단한 냉각수로 냉각할 수 있습니다. 그러나 e-VTOL 택시는 이륙 시 엄청난 양의 열을 발생시켜 식히는 데 오랜 시간이 걸리며 짧은 여행에서는 착륙 시 다시 가열되기 전에 완전히 식 히지 않을 수 있습니다. 배터리 팩 크기에 비해 이동 거리가 같은 경우 이착륙 시 e-VTOL 배터리에서 발생하는 열의 양은 전기 자동차 및 세미 트럭보다 훨씬 많습니다. 이러한 추가 열은 e-VTOL 배터리의 수명을 단축하고 화재에 더 취약하게 만들 수 있습니다. 신뢰성과 안전성을 모두 유지하기 위해 전기 항공기에는 더 많은 에너지와 무게가 필요한 특수 냉각 시스템이 필요합니다. 이것은 전기 도로 차량과 전기 항공기의 중요한 차이점입니다. 트럭과 자동차 설계자는 성능에 도움이 되지 않으면 서 비용이 추가되기 때문에 전력 출력이나 냉각 시스템을 근본적으로 개선할 필요가 없습니다. 전문 연구 만이 전기 항공기에 대한 이러한 중요한 발전을 찾을 수 있습니다.
