FlyZero je projekt, ki ga podpira britanska vlada za razvoj letalske industrije in znanja inštituta za razvoj letalske industrije (Aerospace Technology Institute). Njihov cilj je do leta 2030 uresničiti brezogljično komercialno letalstvo. Gre za revolucionarno vizijo za prihodnost letalskih potovanj brez emisij.
Predstavili so tri koncepte letal, ki so jih razvili med njihovimi raziskovalnimi programi. Vsi trije koncepti pa ponujajo podobno zmogljivost letal kot letala trenutne generacije.
Trije koncepti pokrivajo regionalne, ozke in srednje velike tržne sektorje. Vsi koncepti vključujejo letala, ki jih poganjajo vodikove gorivne celice.
Koncepti letal brez emisij vodika FlyZero FZR-1E, ATR 72-600 in FZM-1G
Koncept FZR-1E je namenjen regionalnemu trgu, 75-sedežno letalo, ki vključuje šest pogonskih motorjev; trije na vsakem krilu, ki jih poganjajo vodikove gorivne celice. Te so nameščene pod zadnjim dnom kabine v območju brez tlaka. Je nekoliko daljše kot njihovo referenčno letalo ATR 72-600 in ima večji razpon kril. Ponaša se s številkama 28,8 m in 31 m, v primerjavi s 27,2 m in27,1 m za regionalno turbopropelersko letalo. Premer trupa se opazno poveča zaradi pomislekov o shranjevanju vodika.
FlyZero dodaja: »Tudi s povečanim premerom trupa je bila potrebna razširitev oklepov podvozja, da so se lahko prilagodili vsem sistemskim elementom.« Toplotni izmenjevalniki, potrebni za sisteme za upravljanje toplote z električnimi in gorivnimi celicami, so nameščeni v nosilcih.
Poleg tega je potreben sistem za shranjevanje vode. Ta preprečuje, da bi voda v izpuhu med vožnjo ali pri vzletu iztekla, kar bi lahko vplivalo na trenje na stezi. To shranjeno vodo je mogoče pozneje izčrpati ali pa jo uporabiti za druge letalske sisteme.
Kakšni so dosegi in zmogljivost konceptnih letal?
Potovalna hitrost je določena na 325 kt (601 km/h) in doseg na 800 navtičnih milj (1480 km), kar je več kot pri ATR 72-600, ki znaša 266 kt in 448 navtičnih milj, da bi premostili regionalne trge reaktivnih in turbo propelerjev.
Ozkotrupno letalo FZR-1E podjetja FlyZero je še bolj presenetljivo z odstopanjem od njihovega konkurenčnega letala Airbusa A320neo. Namesto klasične konfiguracije motorja pod krilom se je FlyZero odločil za zadaj nameščene turbo ventilatorje na vodik.
FlyZero ugotavlja, da je bila raziskana alternativna konfiguracija z motorji pod krilom, ki je nudila podobne ravni zmogljivosti.
Tudi trup je več kot 10 m daljši in do 1 m širši od trupa letala Airbus A320neo in ima spremenljiv presek, ki postaja širši proti zadnjemu delu letala.
Poleg tega predlagani razpon kril 39,3 m dviguje letalo preko sedanjih omejitev ICAO za ozko telo, kar zahteva dodatek zložljivih konic kril.
Doseg je podan pri 2400 navtičnih milj s potovalno hitrostjo 450 kt – v skladu z zmogljivostjo Airbusa A320neo.
Za segment srednje velikosti je FlyZero svoj koncept FZM-1G zasnoval na Boeingu 767-200ER, kar je razvilo letalo, ki omogoča polet do 279 potnikov. Po trenutnih izračunih bi imelo serijsko letalo do 5.250 navtičnih milj dosega, kar bi omogočilo lete do vseh večjih svetovnih destinacij brez postanka.
Letala na tekoči vodik
Kot glavno gorivo se uporablja tekoči vodik. Ta ne ustvarja ogljikovega dioksida in obenem na kilogram ponuja trikratno energijsko vrednost kot kerozin. V primerjavi z baterijami pa vodik ponuja kar šestdesetkrat več energije na kilogram.
Podobno manjša masa vodika pomeni, da lahko tako ozkotrupno kot srednje veliko letalo nosi dovolj goriva za tipičen povratni let, ne da bi pri tem prišlo do znatnega povečanja porabe goriva.
To bi odpravilo potrebo po polnjenju goriva na ciljnem letališču, kar bi potencialno omogočilo odprtje več poti bližje vstopu v storitev, saj bi olajšalo infrastrukturne omejitve.
Izzivi glede shranjevanje vodika
FlyZero poudarja, da je pri načrtovanju leta za operacije na daljši doseg lokacija shranjevanja vodika ključno gonilo gradnja letal. Vendar so ti pomisleki zapleteni zaradi potrebe po zagotovitvi, da so rezervoarji za gorivo oddaljeni od območij, ki bi jih lahko zadeli iz različnih virov. Vključno z motorji in pnevmatikami, upoštevati je potrebno tudi udarce z repom, trke ptic, pristanke na trebuhu in splošno odpornost proti udarcem. Prisotni so tudi pomisleki glede opreme in stabilnosti.
Te zahteve so privedle do sprejetja podkrilnih motorjev in dodanih delta rezervoarjev v območju brez tlaka pred krilom, da zagotovi težo in ravnotežje v razumnih mejah.
Da bi povečali učinkovitost teže in prostornine hranilnika vodika, je bil izbran širok trup. Vendar FlyZero ugotavlja, da je premer 6 m bližje premeru A350 ali 77X kot referenčno letalo.
Da bi zagotovili, da so vsi vodikovi sistemi nameščeni v območjih brez tlaka, je bil tudi zadnji rob krila podaljšan za ustrezen prostor pri napeljavah cevi za gorivo od zadnjega rezervoarja za vodik do sprednjih rezervoarjev in motorjev.
To zahteva dolge cevi za gorivo s tekočim vodikom, ki predstavljajo izzive pri gradnji letal in s tem povezanim potencialnim tveganjem. Na tem področju je potrebno nadaljnje delo.
Ponovno je zaželeno ozko krilo in čeprav je razpon kril 52 m približno 5 m širši kot pri 767, študija pravi, da ni potrebe po prekoračitvi trenutnih omejitev letalskih vrat, s čimer se odpravi zaplet z zgibanjem konic kril.
Kdaj bodo dovoljeni potniški poleti z letali na vodik?
FlyZero pravi, da so bili njegovi koncepti zasnovani tako, da so varni kot obstoječa letala in v skladu z veljavnimi predpisi, vendar ugotavljajo, da obstajajo področja, kjer temeljno obnašanje vodika ni dobro razumljeno in je možno, da modeli FlyZero vključujejo funkcije, ki lahko ne bodo sprejemljive za prihodnje varnostne standarde, ko bodo opredeljeni.
Na tem področju je potrebno veliko nadaljnjega dela in potrebno bo globalno sodelovanje pri varnostnih standardih.
Poleg tega FlyZero poziva k raziskavam šestih prednostnih področij:
- obnašanje tekočega vodika in podatki o združljivosti materialov,
- črpalke za tekoči vodik,
- shranjevanje tekočega vodika,
- sistemi za zgorevanje vodika,
- gorivne celice in s tem povezano toplotno upravljanje,
- integracija vodikovih sistemov za gorivo v letalih.
Preden bodo dovoljeni potniški poleti z letali, ki za gorivo uporabljajo tekoči vidik, se mora znižati cena tekočega vodika. To pa se bo zgodilo le ob večjem povpraševanju po tej vrsti goriva. Tekoči vodik bodo morali začeti pridobivati na zeleni način, hkrati pa je potrebno razviti tehnologijo rezervoarjev, turbin, baterij in celotnega sistema.
Avtor: M.B.
