THE AVIO AERO

PEOPLE’S MAGAZINE

Na začátku června oznámil Evropský parlament významnou změnu: od roku 2035 již nebude možné zakoupit automobil s naftovým nebo benzinovým pohonem. Toto průlomové rozhodnutí je rovněž součástí Zelené dohody pro Evropu, což je evropský plán zaměřený na klima, energetiku, dopravu a daně pro udržitelnější společnost budoucnosti a na snížení čistých emisí skleníkových plynů do roku 2030 nejméně o 55 % ve srovnání s rokem 1990.

Automobilový průmysl, který již několik desetiletí uvádí na trh hybridní automobily a který v nedávné době představil tzv. plug-in hybridy nebo plně elektrické automobily, se proto bude těmto technologiím věnovat na intenzivnější úrovni. Podobný regulační posun by byl žádoucí také v letecké dopravě, která se po konci pandemie opět začíná rozbíhat, kdy – třebaže s obtížemi – začíná stoupat počet cestujících (předpovědi do roku 2024 předpokládají 4 miliardy cestujících).

Ačkoli jsou paliva SAF (udržitelná letecká paliva)) pohotovou a účinnou odpovědí na snížení emisí z letu, a třebaže první naplánované lety uskutečněné pomocí paliv SAF proběhly úspěšně a uspokojivě, nastal čas zaměřit se na technologie, které budou schopny drasticky a konečně snížit emise CO₂: ambicióznější technologie s nulovými emisemi, jako je vodík, a ty, které jsou technologicky realizovatelnější, jako je elektrifikace letového provozu.

„Naše studie pro vývoj nových architektur motorů již vlastně začaly, a to s projekty MAESTRO a IRON v rámci hlavního evropského výzkumného programu Clean Sky2, který letos zahájil svou pokračovací fázi s názvem Clean Aviation“, vysvětluje Silvia Calabriniová, vedoucí programu pro vylepšování turbovrtulových motorů a hybridních elektrických řešení ve společnosti Avio Aero, hovořící z vitríny klíčových inovací a výsledků programu Clean Sky 2, která je koncem června vystavena přímo v prostorách Evropského parlamentu.

A moment of the exhibition by Clean Aviation Joint Undertaking at the European Parliament in Brussels.

„Projekt MAESTRO se ve skutečnosti zaměřil na malá letadla s turbovrtulovými motory (a náš katalyzátor plně využil vysoce účinných technologií, které se zrodily v rámci tohoto projektu), přičemž v rámci projektu byly zprovozněny a ověřeny takové technologie pohonu, které vedly ke snížení spotřeby paliva až o 20 %, stejně jako ke snížení emisí CO₂ a NO_X. Projekt IRON se zase ve spolupráci se společností Leonardo okamžitě zaměřil na regionální dopravní letadla s řešeními zahrnujícími turbovrtulové motory nové generace nebo motory využívající inovativní architektury, jako je například motor Open Fan.“

 Společně s týmem výzkumu a vývoje společnosti Avio Aero se Silvia Calabriniová vydala cestou – zejména pokud jde o tyto dva projekty, které byly přejmenovány na e-MAESTRO a e-IRON – zaměřenou na hybridní elektrické konfigurace schopné snižovat emise, hluk a spotřebu paliva. „Studie pro elektrifikaci v letectví nacházejí rozvoj také v oblasti programu IMOTHEP, který je součástí programu Horizont 2020, v němž společně s dalšími průmyslovými a výzkumnými partnery vyvíjíme inovativní řešení,“ dodává Calabrini.

„Při tomto vývoji nás podpořili naši evropští kolegové inženýři, se kterými již delší dobu vytrvale spolupracujeme: AAT v Mnichově, EDC ve Varšavě, Dowty Propellers ve Velké Británii, GEAC v České republice a dokonce také TTC v Istanbulu.Rovněž se patří připomenout, že naše mateřská společnost GE Aviation podepsala partnerství s NASA a společností Boeing za účelem vývoje hybridně-elektrickýho demonstrátoru o výkonu 1 MW.“

Hovoříme spíše o hybridně-elektrické než plně elektrické technologii – což je něco, co již delší dobu pohání malá letadla nebo letadla typu eVTOL (s elektrickým vertikálním vzletem a přistáním) pro budoucí městskou leteckou mobilitu – jelikož uvažujeme o řešeních pro letadla přepravující výrazně více než maximálně 8-10 osob. A klíč spočívá právě v kapacitě výkonu 1 MW. „Takový výkon je zapotřebí k přepravě přibližně dvaceti lidí,“ konstatuje Sergio Salvano, vedoucí inženýr ve společnosti GE Aviation Turboprop, která je součástí společnosti Avio Aero.

Silvia Calabrini speaking during the exhibition at the European Parliament last June 30.

„Řešení, která jsme studovali pro pohon takového letadla budoucnosti, jsou založena na kombinaci elektrických komponentů s tradičním zdrojem tepla. Hybridní systém využívá více zdrojů energie, které pracují ve vzájemné součinnosti“

„Kombinací tohoto výkonu s elektrickým zdrojem je možné dosáhnout výkonu více než 2 MW na křídlo. A s celkovým výkonem 4 MW na palubě regionálního letadla je možné přepravit až 80 cestujících: proto jsou turbovrtulové letouny považovány za předchůdce hybridně-elektrických řešení v letecké dopravě, protože umožňují konsolidaci a vývoj zcela nových technologií,“ vysvětluje Salvano.

Turbovrtulové motory jsou proto ze své podstaty účinnější než velké turbovrtulové motory, a to jak kvůli své hmotnosti a velikosti, tak i proto, že jejich samotná konstrukce, která zahrnuje vrtuli a lopatky, umožňuje přímější, a tedy účinnější využití proudění. Ale je toho více.

„Řešení, která jsme studovali pro pohon takového letadla budoucnosti,“ pokračuje Calabrini, „jsou založena na kombinaci elektrických komponentů s tradičním zdrojem tepla. Hybridní systém využívá více zdrojů energie, které pracují ve vzájemné součinnosti: v případě hybridního elektrického motoru vedle sebe existují tepelný motor a elektrické komponenty – jako jsou generátory, elektromotory a měniče výkonu – s akumulačními systémy nebo bez nich, jejichž cílem je generovat potřebný tah.“

V zásadě lze kombinované režimy shrnout do tří konfigurací: turboelektrická, paralelně hybridní a sériově hybridní. V prvním případě tepelný motor (v tomto případě turbovrtulový, nebo spíše turbohřídelový ) pohání generátor, který následně dodává energii několika elektromotorům (tzv. difúzní pohon, protože využívá celý povrch křídla a rozděluje více vrtulí po celém letadle). V dalších dvou případech přicházejí ke slovu baterie neboli palivové články(systém využívající vodík k výrobě elektrické energie elektrochemickým procesem), případně hraje aktivnější roli turbovrtulový motor.

„U paralelně hybridního pohonu je tah vytvářen především konvenčním tepelným motorem, který je podporován elektromotorem, jenž doplňuje celkovou potřebu výkonu,“ vysvětluje Calabrini. „Naproti tomu u sériového hybridu je elektrická energie vyráběna generátorem připojeným k tepelnému motoru a v závislosti na fázi letu je elektrická energie buď ukládána, nebo využívána k dodávání většího výkonu motorům a vrtulím. A právě volbu konfigurace dnes zkoumáme s cílem zajistit požadovaný výkon a podmínky maximální bezpečnosti při současném snížení emisí a maximalizaci účinnosti pohonu. Paralelně hybridní pohon se vyznačuje také tím, že umožňuje oddělit oba zdroje (elektrický a tepelný), což má pozitivní dopad na úroveň bezpečnosti.“

How hybrid electric propulsion solutions can work on a turboprop airplane.

Spolu s motorem a jeho architekturou se samozřejmě mění i konfigurace letadla: nejenže se do něj budou muset vejít nové a odlišné komponenty z hlediska hmotnosti, velikosti a geometrie, ale změnami mohou projít i konvenční komponenty. Nové architektury letadel totiž vyžadují ad hoc studie shody a návrhu, aby bylo možné zvládnout vysoké úrovně elektrického výkonu a tepla, optimalizovat rozmístění komponent a zajistit nutnou úroveň bezpečnosti a nakonec i certifikaci.

To je jeden z důvodů, proč je nezbytné spolupracovat s výrobci letadel, kteří stejně jako výrobci motorů usilují o to, aby jejich výrobky dosáhly provozuschopnosti do roku 2030 a byly uvedeny do provozu do roku 2035. Současně s tím se v rámci logického kolektivního úsilí budou muset udržitelným a bezpečným způsobem transformovat také letiště a servisní nebo zásobovací infrastruktury (zejména pokud jde o prvky, jako je například vodík).

„Cíle a časové plány jsou náročné, ale společnost Avio Aero je připravena být aktivní součástí této transformace. A Clean Aviation představuje příležitost k urychlení přechodu na inovativní architektury, zejména s ohledem na potenciál turbovrtulových letadel v rámci technologického pilíře programu ‚Hybrid-Electric‘. Jednoho dne bychom se mohli dočkat prvního ekologického hybridního elektromotoru, který bude brázdit evropské nebe,“ uzavírá Calabrini.

_{Images from Brussels exhibition are courtesy of Clean Aviation.}