ИЛЛЮСТРАЦИИ НЕ ЗАКАЧАНЫ НА САЙТ. ИХ ДЕМОНСТРАЦИЯ ЧЛЕНАМ ЖЮРИ НЕ ГАРАНТИРОВАНА! СМ.ОБРАЗЕЦ! (Мод.)

Автор: Браун Валерия Александровна
Возраст: 16 лет
Место учёбы: МБНОУ "Лицей 111"
Город,регион: г.Новокузнецк, Кемеровская область

Есть ли у электролётов будущее?

План

Введение
1. История технологий
1.1. Первые шаги и разработки
1.2. Развитие и эксперименты
1.3. Современные модели
2. Функции и задачи
3. Недостатки и достоинства
Перспективы развития
Заключение
Литература

Введение

Электросамолёт — это самолет, у которого отсутствуют двигатели внутреннего сгорания, а своё движение воздушное судно осуществляет за счет электродвигателей (ЭД), питаемых от электрогенераторов, батарей или топливных элементов.

Цель работы: выяснить, есть ли польза в дальнейшем развитии электросамолетов.

Гипотеза: Электросамолёт будут перспективным направлением в развитии авиации.

Актуальность: развитость технологий в современном мире и растущий спрос на высокотехнологичный транспорт.

Первые шаги и разработки

Идея внедрения на борт судна электродвигателя была представлена французским авиатором Гастоном Тиссадье. 8 октября 1883 г., как новатор того времени, он совершил длительный полет продолжительность 22 ч 40 минут, тем самым показав, что такая разработка является следующим шагом на пути развития авиации.

В следующем году, Шарль Ренар (1 фото), французский инженер и воздухоплаватель стал следующим человеком, испытавшим полёт на собственной конструкции, имеющей электродвигатель. Совместно с Артуром Кребсом (2 фото) и финансирования военного министерства Шарль Ренар разработал дирижабль «La France», оснащённый ЭД мощностью 6,6 кВт и аккумуляторной батареей. Его конструкция, массой 2т и длиной 52 м преодолела расстояние в 7,6 км за 23 минуты.

Помимо этого, не малый вклад внесли инженеры-конструкторы Уильям Браун –  в 1964 году он продемонстрировал модель вертолёта, работающую на микроволновой энергии, которая получала всю необходимую для полёта энергию из микроволнового луча, и , Антонову Олегу Константиновичу, который в 1979 году разработал одноместную модель электросамолёта, за что был награждён золотой медалью А. Н. Туполева АН СССР за выдающуюся работу в области авиационной науки и техники.

Развитие и эксперименты

Резкий скачок в развитии авиационных аппаратов приходится на 1970–1990 годы.

В 1970 году Роланд Буше начал разработку своей экспериментальной модели электросамолета под названием AstroFlight Sunrise. Совместно со своим братом Бобом Буше, в 1972 году они провели первые эксперименты на дронах, а летные испытания начались в 1974 году в Байк-Лейк, Калифорния. В своем первом полете самолет достиг высоты 150 метров, после чего вернулся на посадку. Но в 28 полёте конструкция потерпела крушение из-за турбулентности.

Следующими попытками стали модели Mauro Solar Riser(1 фото) (1979 г.) и Solar-Powered Aircraft Developments (1984 г.), которые осуществляли движение за счет солнечных панелей, преобразующих энергию. При своём первом испытательном полёте авиационная модель Mauro Solar Riser пролетела расстояние в 800 метров, поднявшись на максимальную высоту 12 метров, а модель Solar-Powered Aircraft Developments преодолело расстояние в 1,2 км набрав скорость 35км/ч. Эти разработки дали направление для развития многим странам: Франции, Британии, Китаю. Началась разработка моделей электросамолётов, где каждая новая имела больше преимуществ чем прошлая: по скорости, массе или размеру.

Современные модели

• В настоящее время ведется активная разработка и тестирование ряда современных моделей электросамолетов, что свидетельствует о существенном продвижении в данной сфере.Heart Aerospace ES-30: Это 30-местный гибридно-электрический й самолет рассчитан на дальность полета на полностью электрической тяге в 200 километров с 25 пассажирами и до 400 километров в гибридном режиме. Имеет 32-метровый размах крыла, гибридную силовую установку, сочетающая электродвигатели и турбовинтовые двигатели и возможность взлета, с расстояния до 1 100 метров. Планируется выпуск до 2030 года

• Eviation Alice: полностью электрический самолет сo впечатляющими характеристиками: максимальная скорость до  482 км/ч,вместимость 9 пассажиров и 2 члена экипажа для взлета требуется 838 м и 622 м для посадки. Компания Eviation внесла ряд изменений в спецификации Alice, в том числе пересмотрела возможную максимальную дальность полета и предполагаемую дату полной работоспособности на 2027 год. Компания продолжает дорабатывать конструкцию самолета и работать над сертификацией и уже получает множество заказов.

• Активным самолетом является Velis Electro. Это первый в мире сертифицированный самолёт с ЭД. Этот летательный аппарат, предназначенный преимущественно для подготовки пилотов и другим видам операций, представляет собой инновацию в области технологий.Velis Electro — это небольшой электрический самолет, созданный компанией Pipistrel из Словении. Это первый электрический самолет, который официально разрешили использовать в коммерческих целях в Европе. Его используют для обучения летчиков и коротких полетов.Способен разгоняться до 181км/ч и осуществлять движение в течение часа без подзарядки.

Функции и задачи

• Одной из главных задач электросамолёта является перевозка пассажиров на короткие и средние дистанции. Современные модели способны преодолевать расстояние до 1000 километров, что делает их идеальными для различных рейсов. Тайкой самолет обеспечивает комфортный перелет с минимальным воздействием на окружающую среду. Электросамолеты подходят для недолгих авиаперелетов и услуг аэротакси.

• Электрические самолёты показывают свою эффективность в подготовке будущих пилотов.  Управление самолетов и экономичность их  эксплуатации обеспечивает доступный и безопасный процесс обучения. В настоящее время проводится постепенная интеграция этих технологий на начальном этапе подготовки авиационных специалистов.

• Главной целью создания электросамолетов уменьшение влияния на окружающую среду.  Отсутствие выбросов углекислого газа и прочих загрязняющих веществ представляет электросамолет как экологически безопасный вид транспорта.

• Электросамолеты выступают в качестве особенных механизмов для внедрения новых передовых технологий. Они могут использоваться для тестирования различных типов аккумуляторных батарей, электродвигателей и систем управления полётом. Проведённые на электросамолётах исследования ускорят прогресс в области электротранспорта и откроют новые возможности для развития.

Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Снижение выбросов: главным преимуществом электрических самолетов является их экологическая чистота. Авиационная отрасль лидирует по выделению углекислого газа. При сжигании 1 килограмма топлива в атмосферу выделяется приблизительно 3 килограмма CO2. Следовательно, выбросы от одного перелета одного человека превышают годовой объем выбросов, производимый жителями некоторых государств. Прекращение использования топливных ресурсов существенно минимизирует поступление в атмосферу оксидов азота, серы и иных загрязняющих веществ, вредящих не только окружающей среде, но и людям.

• Известно, что авиация является источником не только выбросов вредных веществ, но и значительного шумового воздействия. Повышенный уровень шума негативно сказывается на состоянии окружающей среды, а именно: шум оказывает негативное воздействие на широкий спектр представителей животного мира, а также, и на благополучии всего населения планеты, вызывая нарушения сна, способствуя развитию сердечно-сосудистых заболеваний, избыточной массы тела. Электросамолеты обладают существенно меньшим уровнем шума по сравнению с традиционными воздушными судами. Внедрение электросамолетов в эксплуатацию позволит авиакомпаниям бороться с шумовым загрязнением.

• Затраты на топливо могут достигать 30% от всех расходов на эксплуатацию воздушного судна. В качестве более экономичного варианта рассматриваются электрические аккумуляторы.  Помимо этого, конструкция электрических двигателей, является более простым механизмом, внедряемым в самолет.

Недостатки:

• Современные самолеты с электрическими двигателями могут летать только на небольшие расстояния по сравнению с обычными самолетами, которые используют топливо. Причина этого заключается в том, что аккумуляторы, питающие электрические двигатели, пока не обладают такой же высокой плотностью энергии, как топливо. Что вынуждает внедрять большее количество батарей для сбора энергии.

• Если аккумуляторы разряжены после полёта, пилоты должны ждать, пока они зарядятся, прежде чем смогут взлететь снова. Этот процесс может занимать длительное время — иногда несколько часов. Из-за этого пилоты не всегда могут быстро реагировать на ситуации, когда требуется срочное вмешательство или решение проблемы. Например, если возникает необходимость совершить экстренный вылет, пилоту придётся учитывать, что аккумуляторы ещё не заряжены, и принять решение, исходя из этого ограничения.

• Во многих аэропортах пока отсутствует необходимая инфраструктура для зарядки этих самолётов. Это значит, что в таких местах нет оборудования, позволяющего пополнить запасы электроэнергии для продолжения полёта.

• Производство аккумуляторов и получение электроэнергии также имеют экологические последствия, которые могут уменьшить преимущества отсутствия вредных выбросов при использовании электросамолетов. источники также оказывают воздействие на окружающую среду: угольные и газовые электростанции выделяют углекислый газ, который способствует глобальному потеплению; атомные электростанции связаны с проблемой утилизации радиоактивных отходов.

Перспективы развития

• Новое исследование, проведенное Elysian и Нидерландским технологическим университетом, продемонстрировало работоспособность 90-местного электрического самолета, способного преодолевать расстояние в 800 км при плотности энергии в блоке 360 Вт-ч/кг1. Этот прорыв опровергает прежние предположения об ограничениях электрической авиации.

• В области электроники, которая управляет мощными электрическими устройствами, произошло множество важных улучшений. Ученые разработали новые материалы для полупроводников, которые лучше проводят электричество, разработали эффективные способы охлаждения этих устройств и создали умные программы для их управления. Все эти улучшения помогают сделать электрические двигатели в самолетах более мощными и экономичными.

• Сейчас компании и учёные активно работают над тем, чтобы улучшить аккумуляторы для самолётов и сделать их конструкцию лучше. Одна из главных задач — увеличить количество энергии, которое аккумулятор может хранить. Также они пытаются улучшить сам самолёт, чтобы он мог эффективнее использовать электроэнергию. В то же время рассматривается вариант использования турбоэлектрических двигателей как временного решения, пока аккумуляторы становятся ещё лучше.

Заключение

Перспективы развития электросамолётов выглядят весьма многообещающими. Современные исследования и технические достижения демонстрируют значительные успехи в увеличении дальности полёта электрических воздушных судов. Прогресс в области  электроники и систем управления позволяет создавать более мощные и энергоэффективные силовые установки. Активная работа по улучшению мощности энергии аккумуляторов и оптимизации конструкций самолётов открывает путь к созданию конкурентоспособных электрических авиасудов, способных стать реальной альтернативой традиционным топливным транспортам. Несмотря на существующие проблемы, такие как необходимость дальнейшего увеличения ёмкости аккумуляторов и создания условий содержания, текущие разработки показывают, что электросамолёты могут вскоре занять важное место в авиационной сфере, демонстрируя экологически и экономически выгодное решение.

Литература

1.  John Pullen Electric Aviation Continues to Progress in 2023 /  John Pullen [Электронный ресурс] // aviationtoday : [сайт]. — URL: https://www.aviationtoday.com/2023/06/12/electric-aviation-continues-to-progress-in-2023/ 
2. New Study Reveals Breakthrough in Electric Aviation Potential /  [Электронный ресурс] // TUDelft : [сайт]. — URL: https://www.tudelft.nl/en/2024/lr/new-study-reveals-breakthrough-in-electric-aviation-potential
3.  Электрический самолет Eviation Alice совершил свой первый полет /  [Электронный ресурс] // CARAKOOM : [сайт]. — URL: https://carakoom.com/blog/elektricheskij-samolet-eviation-alice-sovershil-svoj-pervyj-polet
4. Yuneec International E430. Технические характеристики. Подробнее на: https://avia.pro/blog/yuneec-international-e430-tehnicheskie-harakteristiki-foto /  [Электронный ресурс] // Avia.pro : [сайт]. — URL: https://avia.pro/blog/yuneec-international-e430-tehnicheskie-harakteristiki-foto
5. Elle Scungio Electrifying Regional Aviation: Everything You Need To Know About Heart Aerospace & Its ES-30 Aircraft / Elle Scungio [Электронный ресурс] // SimpleFlying.com : [сайт]. — URL: https://simpleflying.com/heart-aerospace-es-30-electric-regional-aircraft-guide/
6. The Good, the Bad and the Ugly about electric aviation /  [Электронный ресурс] // EcoFriend.com : [сайт]. — URL: https://ecofriend.com/the-good-the-bad-and-the-ugly-about-electric-aviation.html 
7. Chalmers University of Technology Major climate benefits with electric aircraft / Chalmers University of Technology [Электронный ресурс] // SienceDaily.com : [сайт]. — URL: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240123122145.htm 
8. Dominic Perry and Paris Eviation still progressing even as Alice remains earthbound / Dominic Perry and Paris [Электронный ресурс] // FlightGlobal.com : [сайт]. — URL: https://www.flightglobal.com/aerospace/eviation-still-progressing-even-as-alice-remains-earthbound/153850.article 
9. : Ващенко А. Н., Григорьев М. Н., Чжан Цзыян. Разработка и применение самолетов с тяговыми электродвигателями как перспективный тренд развития современной авиации: опыт КНР // Аэрокосмическая техника и технологии. 2024. Т. 2, № 1. С. 77–93.