Tiềm năng của eCTOL (1)

Mặc dù về cơ bản, tất cả các tin tức về hàng không điện trong Vertiflite đều tập trung vào máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng bằng điện (eVTOL), nhưng sự phát triển của máy bay cất cánh và hạ cánh thông thường bằng điện (eCTOL) gần đây đã tăng tốc.

Máy bay điện Airbus và Boeing

Những công ty hàng không lớn đã liên minh chiến lược với các công ty khởi nghiệp hàng không vũ trụ bên cạnh việc phát triển máy bay của họ.  Chẳng hạn, Boeing và Airbus đang phòng ngừa rủi ro cho các vụ cá cược về di chuyển hàng không đô thị (UAM) của họ với cả hai dự án eVTOL và eCTOL.

Ở quy mô lớn hơn, điện khí hóa máy bay là một chủ đề phức tạp chỉ có thể đạt được từ từ, dần dần, cho đến khi mật độ năng lượng pin được cải thiện đủ để cho phép tải trọng và phạm vi hoạt động lớn hơn.  Trong khi đó, năng lượng điện đang thay thế các hệ thống phụ trợ và loại bỏ các hệ thống thủy lực, khí nén và các hệ thống truyền thống nặng hơn trong “máy bay sử dụng nhiều điện hơn”.  Ví dụ, Boeing 787 đã đi tiên phong trong nhiều hệ thống điện cho mục đích sử dụng hàng không thương mại, bao gồm cả hệ thống pin lithium-ion. 

Đối với eCTOL, Boeing — với JetBlue và nhiều sự phô trương — đã đầu tư hàng triệu đô la vào Zunum Aero vào năm 2017 để chế tạo một chiếc máy bay lai điện 12 chỗ phục vụ hành khách chặng ngắn.  Tuy nhiên, hôm nay Zunum đã all-but fold.  Boeing có đối tác của Uber Elevate là Aurora Flight Science với tư cách là công ty con và hợp tác với Kitty Hawk cho chương trình Cora eVTOL của mình, nhưng dường như không có chương trình eCTOL đang hoạt động.

Airbus E-Fan cũng có một lịch sử đưa cuộc đua di chuyển trên không bằng điện vào viễn cảnh.  Sau khi hợp tác với Siemens trong các dự án trình diễn ban đầu, Airbus đã phát triển chiếc E-Fan hai chỗ ngồi hoàn toàn bằng điện, hoàn toàn bằng composite của mình.  Airbus E-Fan cất cánh lần đầu tiên vào năm 2014 và công ty đã bắt đầu thiết kế các phiên bản sản xuất.  Airbus cũng đã lên kế hoạch cho một máy bay phản lực khu vực 90 chỗ ngồi, E-Thrust, nhưng mỗi dự án này đều bị bỏ dở. 

Thay vào đó, Airbus đã bắt đầu dự án E-Fan X vào tháng 11 năm 2017 dưới dạng thử nghiệm eCTOL cho sáng kiến ​​Flightpath 2050 của Ủy ban Châu Âu.  Airbus, cùng với các đối tác Rolls-Royce và Siemens, đang chuyển đổi một máy bay phản lực khu vực British Aerospace BAe 146 sang năng lượng hybrid.  Tuy nhiên, vào tháng 6, Siemens đã bán bộ phận đẩy máy bay điện của mình cho Rolls-Royce, do đó báo hiệu sự thay đổi trong chuỗi cung ứng Cấp 1 của ngành hàng không điện.

Airbus cũng đang nghiên cứu một thiết kế lai nhỏ hơn.  Airbus Ecopulse là nỗ lực của nhóm Pháp với nhà sản xuất máy bay Daher và nhà sản xuất tua-bin Safran.  Safran sẽ phát triển hệ thống hybrid phân tán và chuyển đổi Daher TBM một động cơ thành nền tảng hybrid.  Hệ thống này bao gồm một tua-bin và máy phát điện (gọi chung là “máy phát điện tua-bin”), một hệ thống quản lý năng lượng điện và các cánh quạt điện tích hợp.  Bản thân máy bay sẽ được sửa đổi để giảm diện tích bề mặt cánh và lực cản.  Airbus sẽ xử lý việc tối ưu hóa khí động học của hệ thống đẩy và lắp đặt pin mật độ năng lượng cao.  Daher sẽ xử lý việc lắp đặt các bộ phận và hệ thống, thử nghiệm bay, phê duyệt theo quy định và xây dựng. 

Airbus cũng đã tiết lộ khái niệm “Bird of Prey” tại Triển lãm hàng không Paris vào tháng 6 - nhưng đó chỉ là một khái niệm.  Công ty cho biết thiết kế máy bay ý tưởng nhằm mục đích thúc đẩy và thách thức thế hệ kỹ sư và nhà thiết kế hàng không tiếp theo.

Với tất cả những điều này, Vertiflite đã hỏi một số công ty khởi nghiệp và công ty khởi nghiệp về máy bay điện về cách họ nhìn nhận thị trường eCTOL đang rất sôi động.

Pipistrel

Khi nói đến hàng không điện, Pipistrel có trụ sở tại Ajdovščina, Slovenia có 15 năm kinh nghiệm về eCTOL.  Công ty được thành lập bởi Ivo Boscarol vào năm 1989 tại Nam Tư cũ;  nó là nhà sản xuất máy bay tư nhân đầu tiên trong nước.  Vào thời điểm đó, việc bay thay thế và siêu nhẹ bị cấm.  Những chiếc tàu lượn hình tam giác, chạy bằng năng lượng được bay vào ban đêm, trông giống như những con dơi - cái tên “Pipistrel” bắt nguồn từ tiếng Latinh có nghĩa là con dơi.

Hệ thống đẩy điện của Pipistrel bắt đầu hoạt động vào năm 2004 và chiếc máy bay điện hai chỗ ngồi đầu tiên trên thế giới, Taurus Electro, cất cánh lần đầu tiên vào năm 2007.  Điện G2.  Phiên bản mới nhất, Taurus Electro G2.5, được phát hành vào năm 2018 và có các cải tiến bổ sung.

Vào năm 2011, Pipistrel đã giành chiến thắng trong Thử thách Chuyến bay Xanh của NASA — do Google tài trợ và được quản lý bởi Tổ chức So sánh Hiệu quả Chuyến bay của Máy bay (CAFE) — với chiếc Taurus G4, chiếc máy bay bốn chỗ chạy hoàn toàn bằng điện đầu tiên trên thế giới.  Pipistrel đã cho cả thế giới thấy rằng một eCTOL hiệu quả hơn gấp đôi so với đối thủ cạnh tranh chạy bằng pít-tông của nó trong một cuộc thi bay xuyên quốc gia dài 200 dặm (320 km).  Pipistrel USA — do Tiến sĩ Jack Langelaan của Đại học Bang Pennsylvania đứng đầu — đã đạt được con số ấn tượng là 403,5 dặm hành khách tương đương trên mỗi gallon, theo phép đo của Tổ chức CAFE.  Để so sánh ô tô, hãy nghĩ đến việc lái xe 200 dặm với tốc độ hơn 100 dặm/giờ (160 km/giờ), nhấm nháp nhiên liệu ở mức chưa đến một ga lông cho mỗi hành khách.

Năm 2014, Pipistrel bắt đầu chuyển đổi máy bay Alpha Trainer của mình sang động cơ đẩy điện;  mẫu này được phát hành vào năm 2017 với tên gọi Alpha Electro.  Đây là chiếc máy bay chạy hoàn toàn bằng điện đầu tiên được phê duyệt cho hạng mục Máy bay thể thao hạng nhẹ (LSA) và trang web của công ty cho biết “ở hầu hết các khu vực, chi phí điện để vận hành máy bay có thể chỉ là 3 đô la/giờ.”  Đồng thời, công ty đã thiết kế Hypstair, hệ thống điện hybrid nối tiếp đầu tiên cho ngành hàng không nói chung, cũng như máy bay hydro Pipistrel HY4 — cả hai đều bay thành công vào năm 2017. 

Công ty có nhiều máy bay điện và lai điện đang được phát triển.  Boscarol của Pipistrel nói với Vertiflite: “Chúng tôi sẽ sẵn sàng vào tháng 2 với chuyến bay đầu tiên của chiếc Panthera bốn chỗ, hybrid điện.  Mẫu xe chạy hoàn toàn bằng điện sẽ sớm ra mắt, cũng như một mẫu concept hybrid-điện 19 chỗ ngồi và tôi hy vọng tương lai của ngành hàng không sẽ thực sự không có khí thải.”

Boscarol cho biết ông rất ngạc nhiên khi không thấy có thêm máy bay cánh cố định chạy bằng điện nào trên thị trường trong 12 năm qua, đồng thời tự hỏi tại sao không có dự án nào trong số ít dự án rất hứa hẹn được hoàn thành.  Tất nhiên, chuyển từ nguyên mẫu bay đầu tiên sang sản xuất hàng loạt là một nhiệm vụ khó khăn đối với các công ty khởi nghiệp.  Hầu hết dựa vào các nguồn tài chính và đầu tư.  Ông kết luận: “cần có nhiều nhà sản xuất hơn và các sản phẩm khác với động cơ đẩy điện.”

Bắt đầu từ tháng 4 năm 2017, Pipistrel bắt đầu giới thiệu thông tin về kế hoạch eVTOL của mình tại ba Hội nghị thượng đỉnh Uber Elevate hàng năm.  Tháng 6 này, công ty cuối cùng đã tiết lộ một số chi tiết và mô hình của Model 801 eVTOL , cũng được trưng bày tại AirVenture.  Điều này đặt Pipistrel vào một vị trí tuyệt vời khi có cả máy bay eVTOL và eCTOL đang được phát triển. 

Ampaire

Ampaire có trụ sở tại Hawthorne, California được thành lập vào năm 2016 để phát triển “máy bay hiệu suất cao, không phát thải để thay đổi cục diện ngành hàng không”.  Công ty có tầm nhìn về khái niệm eCTOL hiệu suất cao, chở được 19 hành khách có tên là TailWind , chạy bằng một cánh quạt ống dẫn duy nhất gắn phía sau.

Brice Nzeukou, Giám đốc sản phẩm của Ampaire giải thích rằng eCTOL có thể chở nhiều hành khách hơn với trọng tải lớn hơn và đi xa hơn so với eVTOL vì cần nhiều năng lượng hơn cho chuyến bay thẳng đứng. 

Ông nói, hệ truyền động hybrid là bước đầu tiên tốt để hướng tới một chiếc máy bay chạy hoàn toàn bằng điện, và thân máy bay truyền thống là hoàn hảo cho việc chuyển đổi hybrid.  Vào tháng 6, Ampaire bay chiếc Cessna 337 Skymaster lai;  Ampaire đã thay thế một trong hai động cơ trục giữa bằng một động cơ điện cho “Electric EEL” của mình.  Mokulele Airlines có trụ sở tại Hawaii muốn bắt đầu các cuộc biểu tình trên Maui vào cuối năm 2019.

Giám đốc điều hành Ampaire Kevin Noertker cho biết có nhiều giải pháp thiết kế eCTOL khác nhau, nhưng kiến ​​trúc “lai song song” của Ampaire là nền tảng thực tế khả thi nhất với hiệu suất hấp dẫn và giảm chi phí bảo trì và vận hành.  “Giai đoạn thị trường hiện tại cho hàng không điện đang phát triển nhanh chóng và chúng tôi đang dẫn đầu ngành.  Chúng tôi đã bay chiếc máy bay hybrid điện lớn nhất cho đến nay và đang làm việc trên phiên bản tiếp theo của sản phẩm đầu tiên của chúng tôi, Electric EEL, sẽ hoạt động trong một chương trình trình diễn ở Hawaii. 

“Cuộc biểu tình ở Hawaii, với sự hợp tác của Mokulele Airlines và [funded from] Elemental Excelerator, sẽ là cuộc biểu tình đầu tiên thuộc loại này.  Đây sẽ là lần đầu tiên một chiếc máy bay điện khí hóa được vận hành trong môi trường thương mại giả, mang đến cho tất cả các bên liên quan sự hiểu biết sâu sắc về cách kết hợp máy bay điện vào đội bay.”

Trang bị thêm cho các máy bay hiện có thay vì chi phí lớn cho việc phát triển và chứng nhận các thiết kế nguyên bản có nghĩa là chỉ cần có chứng chỉ loại bổ sung (STC);  Ampaire dự định sẽ được chứng nhận Electric EEL vào cuối năm 2021. Ngoài buổi trình diễn Mokulele, Noertker cho biết Ampaire có 50 đơn đặt hàng EEL cộng với 50 tùy chọn từ Personal Airline Exchange (PAX) — cho một lô hàng tồn đọng trị giá 70 triệu USD.  Anh ấy coi EEL là bước đệm cần thiết cho TailWind eCTOL được thiết kế có mục đích.  Trang web của họ cho biết: “Trong khi những người khác vẫn đang trong quá trình phát triển, thì chúng tôi đang ở trên không trung.

Khi được hỏi về việc thiết kế eVTOL của riêng họ, Noertker cho biết ý tưởng này chắc chắn không phải bàn cãi.

Eviation

Eviation Aircraft đã làm cả thế giới sửng sốt với chiếc máy bay 9 chỗ chạy hoàn toàn bằng điện, có phạm vi hoạt động 650 dặm (1.050 km), có tên là Alice mà nó trưng bày tại Triển lãm Hàng không Paris năm nay.

Kadima, Eviation có trụ sở tại Israel được thành lập vào năm 2015 bởi Giám đốc điều hành Omer Bar-Yohay và Chủ tịch Aviv Tzidon. Bao gồm 95% vật liệu composite, fly-by-wire Alice được cung cấp năng lượng bởi các cánh quạt ở đầu cánh và thân máy bay phía sau. Eviation lên kế hoạch cho chuyến bay đầu tiên vào mùa hè này.

Cape Air, một trong những hãng hàng không khu vực độc lập lớn nhất ở Hoa Kỳ đang xem xét một đội bay gồm 92 chiếc Alice. Người sáng lập và Giám đốc điều hành của Cape Air, Dan Wolf cho biết:

"Cape Air chưa bao giờ là một hãng hàng không đơn thuần. Chúng tôi là công ty của những người đầu tiên và là công ty có ý thức sâu sắc về trách nhiệm xã hội. Bảy năm trước, chúng tôi đã được EPA [Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ] công nhận vì những nỗ lực phát triển bền vững của chúng tôi. Hôm nay,  chúng tôi là những người quản lý trong ngành công nghiệp phát thải nhiều khí thải nhất thế giới. Chúng tôi nhận thấy những cơ hội to lớn để giảm tác động môi trường trong các hoạt động của mình và giúp nhân viên cũng như cộng đồng của chúng tôi làm điều đó. Tăng cường đội bay của chúng tôi với máy bay Alice chạy hoàn toàn bằng điện là  chương tiếp theo trong tương lai của chúng ta."

Các dịch vụ khu vực tuyến ngắn đang suy giảm ở Hoa Kỳ vì nhiều yếu tố;  sự ra đời của máy bay điện chi phí vận hành thấp có thể đảo ngược xu hướng này.

Eviation's Alice có thể làm cho các chuyến đi trong khu vực rẻ hơn, nhanh hơn, hiệu quả hơn, yên tĩnh hơn và sạch sẽ hơn.  Nó sẽ giảm chi phí vận hành, tạo ra ít hoặc không phát thải khí nhà kính và bảo trì thấp hơn.