전기 항공기

Electric aircraft
벨리스 일렉트로기는 2020년 6월 10일 최초의 공인 승무원 전기 항공기가 되었다.

전기 항공기는 거의 항상 프로펠러를 구동하는 하나 이상의 전기 모터를 통해 전기로 구동되는 항공기이다.전기는 다양한 방법으로 공급될 수 있으며, 가장 일반적인 방법은 배터리입니다.전기로 움직이는 모형 항공기는 적어도 1970년대부터 비행되어 왔으며 21세기에는 다양한 용도로 널리 쓰이게 된 소형 무인항공기(UAV)나 드론의 선구자였다.

전기로 연결된 헬리콥터의 승무원 비행은 1917년으로 거슬러 올라가고 비행선에서는 이전 세기로 거슬러 올라가지만, 전기로 움직이는 항공기의 첫 승무원 자유 비행인 MB-E1은 1973년에야 만들어졌으며 오늘날 대부분의 승무원 전기 항공기는 여전히 실험적인 프로토타입에 불과하다.2015년에서 2016년 사이에, 솔라 임펄스 2호는 태양 에너지를 이용한 지구 일주 항해를 완료했습니다.최근에는 항공의 환경적 영향을 제한하기 위해 민간 여객기개인 [1]항공기에 대한 관심이 높아지고 있다.

항공의 환경 영향

기후 변화에 대한 항공의 환경적 영향은 일부 개발 팀에게 배출 제로 전기 파워트레인이 목표가 되면서 전기 항공기 개발의 주요 원동력이 되었다.항공은 화석 연료에서 배출되는2 CO 배출량의 2.4%를 차지하며, 2013년부터 [2]2018년까지 배출량이 32% 증가했다.기후 변화에 대한 항공의 비 CO2 영향을 추정하는 것은 복잡하지만, NOx와 위반은 이러한 책임을 [3]3.5%로 증가시킬 수 있다.또 다른 편익은 심각한 소음 공해 및 완화 문제가 [4]있는 산업에서 소음 감소의 잠재력이다.

전원 장치

필요한 전력을 모두 탑재하지 않고 공급하기 위한 메커니즘은 다음과 같습니다.

  • 태양전지는 태양광 발전 재료를 사용하여 햇빛을 전기로 직접 변환합니다.
  • 리모트 송신기에서 송출되는 마이크로파 에너지.
  • 접지 기반 전원 공급 장치에 연결된 전원 케이블.

태양 전지

NASA 패스파인더 날개 윗면에 있는 태양 전지판

태양전지는 직접 전력이나 임시 저장용으로 햇빛을 직접 전기로 변환한다.태양 전지의 출력은 낮고 많은 것들이 서로 연결되어 있어야 하기 때문에 사용이 제한된다.15-20%의 변환 효율(전기 에너지 대 태양 에너지)로 작동하는 일반적인 태양 전지판은 [5]직사광선 아래에서 약 150–200 W/m2(0.019–0.025 hp/sq ft)를 생성한다.성능이 좋지 않은 패널로부터의 출력이 회로상의 모든 패널의 출력에 영향을 미치기 때문에 사용 가능한 영역이 더욱 제한됩니다.즉, 모든 패널은 태양과 비슷한 각도에 있고 [6]그림자에 가려지지 않는 등 비슷한 조건을 필요로 합니다.

2010년에서 2020년 사이에 태양광 발전 모듈은 비용이 90% 감소했으며 매년 [7]13-15%씩 지속적으로 감소하고 있습니다.태양 전지 효율도 1955년 2%에서 1985년 20%로 크게 향상되었으며, 현재 일부 실험 시스템은 44%를 초과하고 있습니다.그러나, 이러한 고효율의 테크놀로지의 대부분은, 실전 가동 [8]레벨에서는 실현되지 않고, 실험실 환경에서만 실현되고 있습니다.

태양광을 자유롭게 이용할 수 있기 때문에 태양광 발전은 높은 고도에서 장기간 지속되는 애플리케이션에 매력적이며,[9][10] 추위와 대기 간섭 감소로 인해 지상보다 훨씬 더 효율적입니다.환경 감률(ELR)이라고 불리는 고도가 높아짐에 따른 건조 공기 온도 강하는 평균 6.49°C/km[11](1.98°C/1,000ft 또는 3.56°F/1,000ft로 조종사 훈련에서 기억됨)이며, 따라서 일반 여객기의 순항 고도는 지상 높이 약 35,000ft(11,000m)보다 상당히 낮습니다.

야간 비행(예: 내구성 비행 및 지역 상공에서 24시간 커버리지를 제공하는 항공기)은 일반적으로 낮에 잉여 전력으로 충전되고 어두운 시간대에 전력을 공급하는 백업 저장 시스템이 필요하다.

전자레인지

전자파 등 전자파 에너지의 송출은 지상 전원에 의존합니다.그러나 전원 케이블을 사용하는 것에 비해, 전력 송출은 항공기가 측면으로 이동할 수 있도록 하며, 특히 고도가 높아짐에 따라 훨씬 더 낮은 무게 패널티를 부과한다.이 기술은 소형 모델에서만 시연되었으며 대규모 [12]실용적 개발을 기다리고 있습니다.

외부 전원 케이블

테더로 연결된 에어스토트를 교체하는 동력 차량의 경우, 전력 케이블을 발전기나 로컬 전력망과 같은 지상 공급 장치에 연결할 수 있습니다.저고도에서는 배터리를 들어 올릴 필요가 없으며 1917년 실험용 페트로지-카르만-주로벡 PKZ-1 관측 차량에 사용되었다.그러나 높이 날수록 들어올리는 케이블의 길이는 무거워집니다.

전력 저장소

필요한 전기를 저장하기 위한 메커니즘은 다음과 같습니다.

  • 재충전 시 반전되는 전기를 생성하기 위해 화학 반응을 사용하는 배터리.
  • 연료전지는 전기를 생성하기 위해 화학반응에서 연료와 산화제를 소비하며, 일반적으로 수소로 연료를 보충해야 합니다.

배터리

Tier 1 Engineering 전기 Robinson R44용 배터리

배터리는 저장 용량이 비교적 크기 때문에 전기 항공기의 가장 일반적인 기내 에너지 저장 부품이다.배터리는 19세기에 처음으로 비행선에 동력을 공급했지만 납 배터리는 매우 무거웠고 20세기 후반에 니켈 카드뮴과 같은 다른 화학물질이 등장하고 나서야 공기보다 무거운 항공기에 실용화 되었다.현대 배터리는 대부분 리튬 기술을 기반으로 한 충전식이다.

리튬이온전지(LIB)의 일종인 리튬폴리머(LiPo)는 경량화와 충전성 때문에 오랫동안 무인비행에 적용돼 왔다.그러나 에너지 밀도로 인해 주로 무인기 [13]배터리로 응용이 제한됩니다.단순히 더 큰 배터리를 사용하여 더 큰 항공기를 설계함으로써 최대 비행 시간을 늘리는 것은 페이로드 범위의 타협 때문에 비효율적이다.배터리 중량이 일정 정도 증가하면 대량 패널티를 통해 배터리 고유의 에너지 [14][15]증가량을 초과하지 않는 수익률이 감소합니다.최대 범위와 승객 수 사이에는 유사한 트레이드오프가 있습니다.계산 도구는 이러한 추세를 모델링하는 데 사용되어 평균 무게(1500 kg)와 평균 에너지 밀도(150 Wh/kg)의 소형 전기 항공기가 승객 1명일 경우 최대 80 mi, 2명일 경우 최대 60 mi, [15]3명일 경우 최대 30 mi의 범위를 이동할 수 있다고 예측했다.

2017년 배터리 전력은 시스템 효율을 포함하여 샤프트에서 약 170 Wh/kg, 145 Wh/kg으로 추정되었으며, 가스터빈은 11,900 Wh/kg [16]연료에서 6,545 Wh/kg의 샤프트 전력을 추출했습니다.2018년에는 포장과 부속품을 포함한 리튬이온배터리가 160Wh/kg, 항공연료가 1만2500Wh/[17]kg으로 추정됐다.2018년에도 저장 전력비에너지항공 [18]연료의 2%에 불과했다.이 1:50 비율의 전기 추진은 장거리 항공기에 실용적이지 않다. 12인승 항공기의 경우 500nmi(930km) 미션을 수행하려면 배터리 전력 밀도가 [19]6배 증가해야 하기 때문이다.즉, 배터리 전기 모터는 대부분의 제트 엔진(~50%)보다 효율(~90%)이 높으며, 새로운 배터리 [20]화학 기술을 통해 더욱 활용할 수 있습니다.

전기 항공기 적용을 실현하기 위해서는 전력 저장고가 개선되어야 한다.에너지 밀도는 무배출 전기 [21][22]파워트레인의 병목 현상으로 널리 알려져 있습니다.또 다른 한계는 디맨드 팩 에너지비와 민감한 임무 세그먼트로 인한 배출 속도이다. 이륙 시 배출 C 속도는 4C이고 착륙 [23][15][clarification needed]시 배출 C 속도는 거의 5C이기 때문이다.전기 항공기는 추가적인 열 발생 및 수명 만료 요구를 가지고 있으며, 새로운 열 관리 전략, 전원 페이드 기능 및 배터리 팩 고장 모드가 필요합니다.

2019년 현재, 최고의 리튬 이온 배터리는 소형 항공기에 충분한 250-300 Wh/kg을 달성한 반면, 지역 항공기는 500 Wh/kg 배터리 팩이 필요했고 에어버스 A320 크기의 단일 통로는 [19]2 kWh/kg이 필요했을 것이다.전력은 소형 항공기에만 적합하지만 대형 여객기의 경우 리튬 이온 배터리에 비해 에너지 밀도를 20배 개선해야 한다.[24][better source needed]

이러한 배터리는 일부 단거리 비행의 전체 운영 비용을 줄일 수 있다.예를 들어, Harbour Air Bavers에 사용되는 전기는 kWh당 약 0.1 캐나다 달러의 비용이 듭니다. 가스 비용은 [4]l당 2.00달러입니다. 이 경우, 33 MJ(9.2 kWh)의 에너지와 44 MJ/kg 연료 및 0.75 밀도 Avgas(화학 kWh당 0.22달러 또는 3분의 1 샤프트당 0.65달러)의 효율성을 제공합니다.하지만 제트 연료는 더 싸고 큰 가스 터빈이 더 효율적입니다.2021년에는 솔리드 스테이트 배터리(리튬-황, LSB) 및 리튬-공기 배터리(LAB)와 같은 비욘드-리튬 이온 기술이 더욱 경쟁력 있는 배터리 전기 항공기 [25][26]성능을 위한 연구 분야가 되었습니다.

SAE International AE-7D[27] 위원회 Electro에 의해 구성되었습니다.전기 항공기 충전 및 에너지 저장을 표준화하기 위해 2018년 에어로.최초로 개발된 문서 중 하나는 전기 항공기의 초메가와트 이하 전기 항공기 충전을 위한 AS6968 표준이다.AE-7D 위원회는 또한 메가와트급 충전을 위한 항공우주 정보 보고서 AIR7357을 개발하고 있다.일부 공항에는 전기 자동차 충전소가 있어 [28]항공기를 충전할 수도 있다.

울트라 캐패시터

한 ultracapacitor은 하이브리드 전기 화학 에너지 저장 시스템 좁힘으로써 배터리와 콘덴서, 가장 반응은 단지 화학라 전기할 수 있는charge-discharge 사이클의 수가 제한되지 않고 훨씬 더 빨리 더 높은 최고 전류와 해산하다 을 부과할 수 있는 배터리보다 몇가지 장점을 가지고.[29][더 나은 공급원이 필요하]

그러나 에너지 밀도(일반적으로 약 5 Wh/kg)는 배터리보다 훨씬 낮으며,[30][better source needed] 긴 수명을 감안하더라도 훨씬 더 비쌉니다.

연료 전지

보잉 연료전지 데모레이터 (2008)
캘리포니아 소노마 카운티 공항에서 이륙하는 Taurus G4

연료전지(FC)는 수소와 산소와 같은 두 화학물질 사이의 반응을 이용하여 액체 추진제 로켓 모터와 같이 전기를 생성하지만 추력 대신 제어된 화학 반응으로 전기를 생성한다.항공기가 수소(또는 유사한 연료)를 운반해야 하지만, 자체적인 복잡성과 위험이 수반되는 동안 산소는 대기에서 얻을 수 있다.

FC는 보조 전원 장치(APU)의 대체 전원일 수도 있고 배터리의 유사한 역할을 맡아 전기 모터와 동기화된 에너지를 저장할 수도 있습니다.그들의 비에너지는 작은 엔진 크기, 낮은 탄소 배출량, 효율적인 에너지 [31]변환뿐만 아니라 더 긴 비행 내구성과 항속거리를 가능하게 합니다.고밀도 세라믹 층을 사용하는 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 또는 고온 FC는 높은 운영 온도를 통해 연료 [32]불순물에 대한 내성을 높일 수 있기 때문에 장거리 항공기의 주요 FC입니다.고온의 단점은 SOFC가 방대한 Balance of Plant(BoP) 시스템을 필요로 한다는 것입니다.이것에 의해, 상당한 중량이 추가됩니다.따라서 단거리 항공기의 경우, 저온 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)가 더 작고 가벼우므로 더 실용적이다.

직접 수소 사용과 유사하게 FC는 단거리 [32]비행의 소형 경항공기 적용에 있어 안전성과 특수성에 의해 제한된다.기술과 항공 애플리케이션의 결합을 가속화하기 위해서는 FC 설계를 개선하여 저압, 저중력, 저온 등의 극한 조건에서의 FC 성능을 이해하고 전력과 에너지 밀도(3000 Wh/kg 잠재력)를 높이며 비용을 절감하고 수명을 연장해야 합니다.FC의 [33]시간

한 다이아몬드 HK36 슈퍼 디모나 motor-glider 보잉에서 연료 전지 시범 설명하는 사람 비행기로 수정되 2008년 양자 교환막(PEM)연료 cell/lithium-ion 배터리 하이브리드 system,[34]들 그리고 그들과 함께 위성과 우주 캡슐을 포함한 몇몇 나사는 차량에, 비록 이 또한 산화제 수행해야 하게 사용되고 있다번의 시험 비행했다..

배터리보다 [35][better source needed]10배 이상 비싸기 때문에 항공기 경쟁력을 갖추기 전에 추가적인 연구개발 작업이 필요하다.

다양한 유형의 전력 저장 장치가 다양한 [20]역할에 가장 적합하기 때문에 전환 중에 배터리-연료 셀 하이브리드를 만들어야 할 수도 있습니다.

추진력

전기 모터

에어버스 시티 에어버스에 동력을 공급하는 Siemens SP200D 모터

지금까지의 거의 모든 전기 항공기는 추력 발생 프로펠러 또는 리프트 발생 [36]로터를 구동하는 전기 모터로 구동되어 왔습니다.

배터리의 무게가 연료의 등가보다 큰 반면, 전기 모터는 피스톤 엔진 모터의 무게보다 가볍고, 단거리 비행에 사용되는 소형 항공기의 경우 전기와 가솔린 에너지 [4][37]밀도 간의 차이를 부분적으로 상쇄할 수 있다.전기 모터도 내연 [28]엔진과 달리 고도에 따라 동력이 손실되지 않으므로 터보차저를 사용하는 등 복잡하고 비용이 많이 드는 조치를 취할 필요가 없습니다.

실험용 엑스트라 330LE는 항공기 중량이 1,000kg인 경우 260kW(350h) Siemens SP260D 모터 중량이 50kg,[38] 배터리 팩이 37.2kWh이다.무게 202kg의 [39]235kW(315hp) Lycoming AEIO-580 피스톤 엔진을 대체합니다.피스톤 엔진 추가 330의 공허 중량은 677kg,[40] 엔진을 사용하지 않을 경우 474kg입니다.Lycoming 엔진은 315hp(235kW)[41]의 출력을 낼 때 시간당 141lb(64kg)의 연료 소비량을 발휘합니다. 즉, 0.27kg/k입니다.Wh: 동일한 37.2kWh를 출력하려면 10kg의 연료가 필요합니다.

모터 자체 외에도 항공기 중량은 필요한 에너지 비축량 때문에 방해된다. 19인승 항공기는 5% 경로 우발성의 필수 IFR 예비량, 착륙 전 100nmi 교대 비행 및 30분 대기 - 터보프롭을 위한 연료 308kg 또는 현재 19인승 빈 250 Wh/kg 배터리 4,300kg무게[42]전기추진시스템은 파워인버터도 포함하고 연료엔진 자체는 연료시스템을 가진다.

750shp(560kW)의 실험용 MagniX Magni500 전기 모터의 중량은 297파운드(135kg)[43]이며, 729hp(544kW)의 인증 Pratt & Whitney Canada PT6A-114는 297파운드(135kg)[44]이며, 두 모델 모두 Cessna 208 캐러밴에 전력을 공급합니다.

동력 증가와 보조 유형 인증서 (STC) 수정은 착륙 [28]중량을 포함한 비행기의 총 운용 중량을 증가시킴으로써 배터리의 무게를 상쇄할 수 있습니다.화석 연료를 사용하는 항공기는 착륙할 때 더 가벼워지기 때문에 구조가 더 가벼워진다.배터리 구동 항공기의 경우 중량은 동일하게 유지되므로 [28]보강이 필요할 수 있습니다.

하이브리드 전력

하이브리드 전기 항공기는 하이브리드 전기 파워트레인을 갖춘 항공기이다.일반적으로 깨끗하고 조용한 전력으로 이착륙하며, 기존 피스톤 또는 제트 엔진 출력으로 순항합니다.이를 통해 장기 비행이 실용적이면서도 탄소 [17]배출량을 줄일 수 있습니다.2018년 5월까지 30개 이상의 프로젝트가 있었으며, 2032년부터 [45]단거리 하이브리드-전기 여객기가 계획되었다.가장 진보된 것은 Zunum Aero 10인승,[46] Airbus E-Fan X 시연기,[47] VoltAero Cassio,[48] UTC봄바디어 Dash [49]8을 개조하고 있으며, Ampaire Electric EEL 시제품은 2019년 [50]6월 6일에 처음 비행했다.

자기유체역학

2018년 11월, MIT 엔지니어들은 움직이는 부품이 없는 모형 항공기인 EAD 기체 버전 2로 최초의 무료 비행을 달성했습니다.자기유체역학(MHD)[51][52]을 이용한 이온풍 생성으로 추진되며 MHD는 과거 수직 상승에 사용됐지만 외부 전원에 MHD 이온 발생 시스템을 배선하는 방식으로만 사용됐다.

역사

2018년 5월까지 거의 100대의 전기 항공기가 개발 [53]중인 것으로 알려졌다.이는 전년도 70개사에서 60%, 기존 항공우주사업자 32%, 주요 OEM업체 절반 및 주로 유럽(45%)과 미국(40%)[45]에서 8% 증가한 수치입니다.도시형 항공 택시(50%)와 일반 항공 항공기(47%)가 대부분이며, 대부분은 배터리 구동(73%)이며, 일부는 하이브리드 전기(31%)이며, 대부분은 대형 [45]여객기이다.2019년 5월까지 알려진 전기 항공기 개발 프로그램의 수는 170개에 가까웠으며, 그 중 대다수는 도시 항공 [54]택시 역할을 목표로 했다.

비행선

항공기 추진에 전기를 사용하는 것은 19세기 후반 비행선의 개발 중에 처음 실험되었다.1883년 10월 8일, 가스통 티산디에가 최초의 전동 비행선을 [55]: 292 [56]조종했다.이듬해 찰스 레너드아서 크렙스는 더 강력한 [55]: 306 모터로 라 프랑스를 비행했다.비행선의 인양 능력에도 불구하고, 전기를 저장하는 데 필요한 중형 축전지는 이러한 초기 비행선의 속도와 범위를 심각하게 제한했다.

완전한 전기 비행선이 2030년대에 [57]다시 이용 가능할 것으로 예상된다.

무인 항공기

1909년, 전기 자유 비행 모델이 8분 동안 비행했다고 주장되었지만, [58]이 주장은 1957년 최초로 기록된 무선 조종 모형 비행의 제작자에 의해 논란이 되었다.소형 기종에서도 전력 밀도는 문제가 있었다.

NASA의 패스파인더, 패스파인더 플러스, 센츄리온, 헬리오스는 1983년부터 2003년까지 미국 항공우주국(NASA)의 환경 연구 항공기센서 기술 프로그램에 [59][60]따라 에어로바이론먼트에 의해 개발된 태양 및 연료전지 시스템 구동 무인항공기(UAV) 시리즈이다.1995년 9월 11일 패스파인더는 NASA 드라이든에서 12시간 동안 비행하는 동안 50,000피트 (15,000m)의 태양광 발전 항공기의 비공식 고도 기록을 세웠다.추가 개조 후, 항공기는 하와이 카우아이 섬에 있는 미 해군의 태평양 미사일 사거리 시설(PMRF)로 옮겨졌다.1997년 7월 7일, 패스파인더는 태양열 항공기의 고도 기록을 71,530피트(21,800m)로 올렸는데, 이는 프로펠러식 [59]항공기의 고도 기록이기도 했다.

1998년 8월 6일, 패스파인더 플러스는 태양열과 프로펠러로 움직이는 [59][61]항공기의 국내 고도를 80,201피트(24,445미터)로 높였다.

2001년 8월 14일, 헬리오스는 29,524 미터 (96,863 피트)의 고도 기록을 세웠는데,[62] 이는 프로펠러 고도에 대한 기록뿐만 아니라 FAI 등급 U(실험/신기술)와 FAI 등급 U-1.d(질량 500 ~ 2,500 kg (1,100 ~ 5,500파운드)의 원격 조종 UAV)의 기록이다.2003년 6월 26일, 헬리오스 시제품은 비행기가 난기류에 부딪힌 후 분해되어 하와이 앞바다의 태평양에 떨어졌고, 그 프로그램은 종료되었다.

2005년 AC 프로펄션앨런 코코니는 몇몇 다른 조종사들의 도움을 받아 "소롱"이라는 이름의 무인 비행기를 완전히 태양 에너지로 48시간 동안 쉬지 않고 비행했다.항공기에 [63][64]장착된 배터리에 저장된 에너지로 24시간 비행하는 것은 이번이 처음이었다.

QinetiQ Zephyr는 경량 태양광 동력 무인 항공기이다.2010년 7월 23일 현재, 무인 항공기의 내구 기록은 2주(336시간)[65] 이상이다.탄소 섬유 강화 폴리머 구조이며, 무게 50kg(110파운드)[66]의 2010년 버전(2008년 버전)은 30kg(66파운드)이며, 스팬은 22.5m(74피트)[66]입니다(2008년 버전) 날개 폭은 18m(59피트)였습니다).낮에는 햇빛을 이용하여 리튬 설퍼 배터리를 충전하고,[67] 밤에는 항공기에 전력을 공급합니다.2010년 7월 제피르는 336시간 22분 8초(2주 이상)의 U-1.c(원격 조종 UAV 무게 50~500kg)[68][69][70]의 고도 기록을 세웠다.

수직 비행

1918년 페트로치-카르만-주로벡 PKZ-2는 1917년 PKZ-1을 따랐다.

공기관측 플랫폼 등의 테더 장치에 대해서는 테더에 전력을 공급할 수 있습니다.당시 사용되던 어설픈 풍선보다 더 실용적인 해결책을 만들기 위해 1917년 오스트리아-헝가리 페트로치-카르만-주로베츠 PKZ-1 전기 추진 헬리콥터가 비행했다.Austro-Daimler가 제작한 특수 설계 190hp(140kW) 연속 정격 전기 모터를 장착했으며 지상 DC 발전기에서 케이블을 공급받았습니다.그러나 전기 모터는 아직 그러한 용도에 충분히 강력하지 않았고 모터는 몇 번의 [71]비행 후에 소실되었다.그들은 곧 가솔린 엔진으로 전환했고 회전자를 이용한 비행에 대한 [citation needed]전력 사용은 최근까지 더 이상 연구되지 않았다.

1964년 윌리엄 C. 레이시온브라운은 비행에 필요한 모든 동력을 마이크로파 동력 전달로 [72]받는 모형 헬리콥터를 조종했다.

NASA Puffin은 2010년에 제안된 전기 동력 수직 이착륙 개인용 [73][importance?]항공기의 개념이었다.

시코르스키 파이어플라이 S-300은 전기 회전익기 시험 비행 프로젝트였지만 배터리 [74][importance?]문제로 사업이 보류됐다.세계 최초의 대형 전동 틸트로터아구스타웨스트랜드 제로 무인항공기 기술 시연기로, 2011년 6월 [75]지상 전력에서 무인 테더 싸움을 벌였다.

최초의 자유 비행 전기 헬리콥터는 프랑스 베넬에 있는 파스칼 크레티엥에 의해 개발된 솔루션 F/크레티엔 헬리콥터였다.2010년 9월 10일 컴퓨터 지원 설계 개념에서 2011년 8월 1년 [76][77]만에 첫 비행으로 전환되었습니다.

2016년 9월, Martine RothblattTier 1 Engineering은 전기 동력 헬리콥터를 성공적으로 테스트했습니다.5분간의 비행은 최고 속도 80노트(150km/h)에 400피트(120m)의 고도에 도달했다.Robinson R44 헬리콥터는 무게 45kg(100lb)의 3상 영구 자석 동기식 YASA 모터 2개와 무게 500kg(1,100lb)[78][79][80]리튬 폴리머 배터리 11개로 개조되었다.그것은 이후 [81][82]2016년에 20분 동안 비행했다.2018년 12월 7일 Tier 1 Engineering은 80kn(150km/h), 고도 800ft(240m)로 30nmi(56km) 이상의 전기 배터리 구동 R44를 비행하여 가장 먼 [83]거리 기네스 세계 기록을 수립했습니다.

2017년 6월, 에어버스는 전기 동력 VTOL 항공기 시연기인 [84]시티 에어버스를 선보였다.멀티로터 항공기는 처음에는 조종사와 함께 4명의 승객을 태우도록 설계되었으며 규정상 [84]허용될 경우 자가 조종이 가능하도록 설계되었다.첫 무인 비행은 2018년 말로 예정되어 있으며,[85] 2019년에는 유인 비행이 예정되어 있다.형식 [86]인증 및 상용 도입은 2023년으로 계획되어 있습니다.

2021년 화성에서 최초로 외계 비행체가 된 무인기는 동축 로터 한 쌍을 가지고 있다.

실험 시연자

Militky MB-E1은 Brditschka HB-3 모터 글라이더(나중에 HB-23 사진)로 개조된 최초의 풀사이즈 전기 항공기였다.
나사테크남 P2006에서 X-57 맥스웰을 개발했다.T.

1973년 10월 21일,[87][88] Fred Militky와 Heino Brditschka에 의해 개조된 Brditschka HB-3 모터 글라이더인 Militky MB-E1은 오스트리아 린츠에서 니켈카드뮴 배터리로 구동되는 최초의 전기 항공기로 9분간 비행했다.NiCad 배터리는 납산 배터리보다 에너지 밀도가 높아 항공기보다 무거운 전력을 공급하는 데 필요합니다.

인간 동력 비행에 성공한 후, 다시 발사된 크레머 상은 승무원들이 [89]이륙 전에 에너지를 저장할 수 있게 해주었다.1980년대에는 MIT MonarchAirovironment Bionic [90]Bat 등 여러 설계에서 페달링을 통해 발생하는 전기를 저장했습니다.

보잉사가 주도하는 FCD 프로젝트는 다이아몬드 HK-36 슈퍼 디모나 모터 글라이더를 수소연료전지 경비행기의 [91]연구용 시험대로 사용한다.성공적인 [91][92]비행은 2008년 2월과 3월에 이루어졌다.

유럽위원회는 혁신적인 전기 또는 하이브리드 추진 항공기를 위한 많은 저 TRL 프로젝트에 자금을 지원해왔다.ENFICA-FC는 연료 전지를 주 또는 보조 전력 시스템으로 하는 전전기 항공기를 연구하고 시연하는 유럽 위원회의 프로젝트이다.3년간의 프로젝트 기간 동안 연료 전지 기반 전력 시스템이 설계되어 2010년 [93]5월 20일 Rapid 200FC 초경량 항공기로 처음 비행되었다.

첫 번째 NASA Green Flight Challenge는 2011년 열렸으며 2011년 [94][95][96]10월 3일 Pipistrel Taurus G4가 우승했다.

2013년 Chip Yates는 세계에서 가장 빠른 전기 비행기인 Rutan Long-EZ를 개조한 롱 ESA가 국제연방연맹(Fedération Aéronautique Internationale)에 의해 검증된 일련의 시험에서 가솔린으로 구동되는 세스나와 다른 항공기를 능가할 수 있다는 것을 입증했다.롱 ESA는 낮은 공기 밀도가 엔진 [97][98]성능을 손상시키지 않기 때문에 부분적으로 고도에서 성능을 유지하는 항공기의 능력 때문에 비용이 적게 들고, 최대 속도가 더 높고, 상승 속도가 더 높은 것으로 밝혀졌다.

2017년 지멘스는 개조된 엑스트라 EA-300 곡예비행기 330LE를 사용해 2개의 신기록을 세웠다. 3월 23일 독일 딘슬라켄 슈바르체 하이데 비행장에서, 이 항공기는 3km(1.6nmi) 상공에서 약 340km/h(180kn)의 최고 속도에 도달했고 다음날 최초의 글라이더 전기 항공기가 [99]되었다.

나사는 X-57 맥스웰을 연료 사용, 배출 및 [100]소음을 줄이는 기술을 시연하기 위해 개발했습니다.Tecnam P2006T에서 개조된 X-57은 날개 끝에 14개의 전기 모터 구동 [101]프로펠러를 장착할 예정입니다.스케일드 컴포지트사는 2017년 7월 피스톤 엔진을 전기모터로 교체해 1차 P2006T를 개조한 뒤 2018년 초에는 추진효율을 높이기 위해 모터를 날개끝으로 이동시키고 최종적으로 12개의 소형 [102]소품으로 고애스펙트비 윙을 설치할 예정이다.

미국/영국 스타트업 ZeroAvia는 소형 항공기용 무배출 연료전지 추진 시스템을 개발하고 영국 [103]정부로부터 270만 파운드를 지원받아 Orkney에서 HyFlyer를 테스트한다.

태양광 항공기

1979년 4월 29일, 최초의 태양광 항공기인 마우로 솔라 라이저는 비행했다.
2016년 솔라 임펄스 2는 태양전지 항공기로는 최초로 세계 일주 항해를 마쳤다.

1979년 4월 29일, 마우로 솔라 라이저는 30볼트로 350W(0.47hp)의 전력을 공급하고 모터를 구동하는 작은 배터리를 충전하는 최초의 사람이 탑승하는 태양광 발전 항공기가 되었다.1.5시간 충전 후, 배터리는 활공 [104]고도에 도달하기 위해 3분에서 5분 동안 항공기에 동력을 공급할 수 있다.1974년 태양전지가 개발되면서 NiCad 배터리와 같은 시기에 모델 테스트를 성공적으로 마쳤다.

건축가이자 크레머상 위원회의 멤버인 프레디 토의 지시로, 솔라 원은 데이비드 윌리엄스가 설계하고 솔라 동력 항공기 개발사가 제작했다.원래 해협 건널목을 시도하기 위해 페달 구동 비행기로 제작된 모터 글라이더형 항공기는 너무 무거워 인간의 힘으로 성공적으로 작동되지 못하고 비행 전 [106]날개에 있는 태양전지 어레이에 의해 충전된 배터리로 구동되는 전기 모터를 사용하여 태양 [105]에너지로 전환되었다.솔라 원의 첫 비행은 1979년 [107]6월 13일 햄프셔의 라샴 비행장에서 이루어졌다.

인간이 조종하는 솔에어 1호는 귄터 로첼트가 개발한 것으로 1983년에 현저하게 향상된 [108][109]성능을 보이며 비행했다.그것은 2499개의 날개 달린 태양 [108]전지를 사용했다.

독일의 태양광 항공기 '이카레 II'는 1996년 슈투트가르트 대학의 항공기 설계 연구소(Institut für Flugzeugbau)가 설계하고 만들었다.프로젝트의 리더이자 종종 항공기의 조종사는 연구소장인 루돌프 보이트-니치만이다.이 디자인은 1996년 베르블링거상, 오쉬코쉬에서 EAA 특별공로상, 독일 에어로클럽의 황금 다이달로스상, 1997년 [110]프랑스에서 OSTIV상을 수상했다.

솔라 임펄스 2는 4개의 전기 모터로 구동된다.날개의 태양전지와 수평 안정제의 에너지는 리튬 폴리머 배터리에 저장되며 프로펠러를 [111][112]구동하는 데 사용된다.2012년 솔라 임펄스는 스페인 마드리드에서 모로코 [113][114]라바트까지 태양광 항공기를 이용한 최초의 대륙간 비행을 했다.2014년에 완성된 Solar Impulse 2는 다른 개선 사항들 중에서 더 많은 태양 전지와 더 강력한 모터를 운반했다.2015년 3월, 이 항공기는 아랍에미리트 [115]아부다비에서 동쪽으로 비행하는 세계일주 여행의 첫 번째 단계에서 이륙했다.배터리 손상으로 인해, 그 비행기는 하와이에 멈춰서 배터리를 교체했다.2016년 4월[116] 항해를 재개하여 2016년 [117]6월 스페인 세비야에 도착했다.그 다음 달 아부다비로 돌아와 세계 [118]일주 항해를 마쳤다.

일반 항공

에어 에너지 AE-1 사일런트 초경량 전동 글라이더는 [119]1998년에 형식 승인을 받았다.

애플리케이션은 서스테인 모터 또는 글라이더용 자기발동 모터로 사용됩니다.가장 일반적인 시스템은 240개가 넘는 글라이더에 사용되는 프론트 전기 서스테이너입니다.모터는 발사 또는 비상 착륙(비상 중 불시착)을 피하기 위해 잠깐 사용되기 때문에 짧은 거리는 문제가 되지 않습니다.이 경우 전기 모터의 장점은 시동 확실성과 왕복 [citation needed]엔진에 비해 전개 속도에서 비롯됩니다.

상업적으로 이용 가능한 최초의 비인증 생산 전기 항공기인 Alisport Silent Club 자가발사 글라이더는 1997년에 비행했다.옵션으로 1.4kWh(5.0 MJ)의 [120]에너지를 저장하는 40kg(88lb)의 배터리로 작동하는 13kW(17hp) DC 전기 모터에 의해 구동됩니다.

전기 동력 항공기에 대한 첫 내공 증명서는 2003년에 Lange Antares 20E에 부여되었습니다.또, 42 kW(56 hp)의 DC/DC 브러시리스 모터와 리튬 이온 배터리를 갖춘, 20 m(66 ft)의 전동식 글라이더/세일플레인으로, 완전 충전 [121]셀로 3,000 m(9,800 ft)까지 상승할 수 있습니다.첫 비행은 2003년에 있었다.2011년 이 항공기는 2011년 베르블링거 [122]대회에서 우승했다.

2007년 비영리 CAFE 재단은 샌프란시스코에서 [123][importance?]제1회 전기 항공기 심포지엄을 개최했다.

2000년대 후반 중국의 무선 조종 모델 제조업체인 Yunec International은 E430을 포함한 몇 개의 배터리 구동 유인 고정익 항공기를 개발 및 테스트했지만, 그것들을 상용화하지 못했고(시제품만 제작됨) 2010년대 중반 수익성 높은 소비자용 항공기로 전환했다.e마켓.

토러스 일렉트로가 최초로 [124]2인승 전기 항공기인 반면, 토러스 일렉트로 G2는 2011년에 도입된 생산 버전이다.40kW(54hp)의 전기 모터와 리튬 배터리로 구동되어 2,000m(6,600ft)의 고도에서 자체 발진하며[125], 그 후 엔진이 후퇴하고 항공기가 돛단처럼 치솟습니다.시리즈 생산을 달성한 최초의 2인승 전기 항공기이다.[126][127]

조종사 훈련은 단거리 비행을 강조하기 때문에 여러 회사가 초기 비행 훈련에 적합한 경비행기를 만들거나 시연했다.에어버스 E-Fan은 비행 훈련을 목적으로 했으나 프로젝트가 취소되었다.PipistrelPipistrel Alpha Electro의 프로토타입인 Pipistrel WATSUP과 같은 가벼운 스포츠 전기 항공기를 만듭니다.비행 훈련을 위한 전기 항공기의 장점은 항공 연료에 비해 전기 에너지 비용이 낮다는 것이다.소음 및 배기 가스 배출량도 연소 엔진에 비해 감소합니다.

Bye Aerospace eFlyer 2(이전의 Sun Flyer 2)는 콜로라도주 덴버의 Bye Aerospace에서 설계 및 개발 중인 경량 전기 항공기입니다.이 항공기는 2016년 5월 11일에 처음 공개되었고 2018년 4월 10일에 첫 비행을 했다.

2020년 6월 10일, 2인승 피피스트렐 바이러스의 벨리스 일렉트로 변종은 EASA로부터 형식 인증을 획득한 최초의 전기 항공기였다.Emrax로 개발된 76hp(58kW) 전기 모터로 구동되며 170kg(370lb), 90kn(170km/h)의 순항 속도, 50분의 내구성을 제공합니다.Pipistrel은 2020년에 30개 이상의 사례를 제공하여 훈련기[128]운용할 계획이다.

2021년 10월 12일, 다이아몬드 항공기는 2022년 첫 비행과 2023년 EASA/FAA Part 23 인증을 목표로 비행 훈련 [129]시장에 맞춘 eDA40의 개발을 발표했다.4인승 항공기는 최대 90분 동안 비행할 수 있어야 하며, 피스톤 [130]동력보다 운영 비용이 40% 절감됩니다.

여객기 프로젝트

NASA 전기 항공기 테스트베드(NEAT)는 오하이오주 플럼브룩 스테이션에 있는 NASA의 재구성 가능한 테스트베드로, 최대 20MW(27,000hp)의 소형 1~2인용 [131]항공기에서 전기 항공기 동력 시스템을 설계, 개발, 조립 및 테스트하는 데 사용됩니다.NASA의 연구 협정은 전기 추진 [132]부품을 개발하기 위해 승인되었습니다.2019년에 완성되어 2020년까지 NASA의 내부 작업이 완료되어 메가와트급 구동 시스템으로 조립되어 협체 [132]크기의 NEAT에서 테스트될 예정입니다.

2017년 9월, 영국의 저가 항공사 EasyJet은 라이트 일렉트릭과 [133]함께 2027년형 180인승 전기 자동차를 개발 중이라고 발표했습니다.2016년에 설립된 US Wright Electric은 272kg(600파운드)의 배터리로 2인승 개념 증명을 구축했으며, 상당히 가벼운 새로운 배터리 화학 기술로 확장할 수 있다고 믿고 있습니다.291nmi(540km) 범위는 Easyjet [134]승객의 20%에게 충분합니다.Wright Electric은 10인승, 최종적으로는 120명 이상의 승객을 위한 단일 통로, 단거리 여객기를 개발하게 되며, 소음은 50%,[135] 비용은 10% 절감할 수 있습니다.Wright Electric의 CEO인 Jeffrey Engler는 상업적인 전기 비행기가 에너지 비용을 [136]약 30% 절감할 수 있을 것으로 예측합니다.

2018년 3월 19일, 이스라엘 항공우주산업은 소규모 UAS 전력 시스템 [137]경험을 바탕으로 단거리 전기 여객기를 개발할 계획이라고 발표했습니다.사내에서 개발하거나 이스라엘 에비케이션, 미국 Zunum Aero, 라이트 [137]일렉트릭과 같은 스타트업을 통해 개발할 수 있습니다.

호주에 본사를 둔 MagniX는 540kW(720hp) 모터를 탑재한 전기식 Cessna 208 캐러밴을 개발하여 최대 [138]1시간 동안 비행할 수 있습니다.이 회사의 Magni5 전기 모터는 230kW(350hp), 50kg(110lb) Siemens SP260D(330lb)[138]와 경쟁하는 53kg(117lb)의 드라이 매스, 5kW/kg의 전력 밀도로 2500rpm의 연속[clarification needed] 피크를 생성합니다.2018년 9월까지 프로펠러가 장착된 350hp(260kW) 전기 모터가 세스나 철새를 대상으로 테스트되었습니다.750h(560kW) 캐러밴은 2019년 가을까지 비행할 것으로 예상되며, 2022년 MagniX는 2024년까지 전기 [139]항공기의 항속거리가 500~1000mi(800~1610km)가 될 것으로 예측하고 있다.그 모터는 시험 동력계로 1,000시간 [140]동안 작동했다.Iron Bird는 테스트 베드로 사용되는 캐러밴 전진 동체로, 원래의 Pratt & Whitney Canada PT6 터보프롭 엔진은 전기 모터, 인버터 및 세스나 206 [140]프로펠러를 포함한 액체 냉각 시스템으로 대체되었습니다.생산 모터는 테스트 모터의 2,500rpm보다 낮은 1,900rpm에서 280kW(380h)의 출력을 내므로 변속 [140]장치 감소 없이 장착할 수 있습니다.2020년 5월 28일, MagniX의 9인승 Cessna 208B eCaravan은 상용 운영 [142]인증을 받기 위해 [141]전력으로 비행했다.

560kW(750-hp) MagniX 전기 모터가 de Havilland Canada DHC-2 Beaver 수상기에 설치되었습니다.브리티시컬럼비아에 본사를 둔 하버에어는 2021년에 상용 서비스를 도입할 계획이었는데, 처음에는 30분 미만으로 운항하다가 더 나은 배터리가 [103]도입됨에 따라 항속거리가 늘어날 때까지 운항할 수 있었다.2019년 12월 10일 밴쿠버 인근 프레이저 강에서 4분 동안 첫 비행을 했다.6인승 비버의 정상적으로 장착된 Pratt & Whitney R-985 Wasp Junior 피스톤 엔진은 135 kg (297파운드)의 매그니500으로 교체되었고 30분간의 예비 [143]비행이 가능했다.2022년 4월까지, STC를 통한 인증 버전의 비행 테스트가 2023년 말로 연기되어 30분 [144]예비 비행으로 4명의 승객과 1명의 조종사를 태웠다.매그닉스는 640kW(850shp) Magni650 항공기 엔진에 대한 FAA 인증을 신청하고 있으며 배터리 제공업체 H55(솔라 임펄스에서 파생)는 EASA [144]승인을 추진하고 있다.

독일 스필락스 E10 10인승 시승기는 2022년에 비행해야 한다.FLN 프리지아 루프트베르케르가 300km(160nmi) 범위와 300m(980ft) 짧은 이착륙 [103]거리를 가진 동 프리지아 섬을 연결하는 데 사용해야 한다.

2020년 9월 23일, 예테부르크본사를 둔 하트 에어로스페이스는 2026년 [145]중반까지 비행할 예정인 19인승 전기 상업 항공기인 ES-19 디자인을 선보였다.기존 알루미늄 기체와 날개를 사용하는 경우, 계획된 범위는 400km(222nmi)이며 800m(2,640ft)[145]의 짧은 활주로에서 작동할 것으로 예상된다.당초 북유럽 국가에서 운항하는 항공사를 대상으로 한 Heart는 최소 [145]8개 항공사로부터 약 11억 유로 또는 13억 달러(각각 750만 유로 또는 880만 달러) 상당의 ES-19 항공기 147대에 대한 "관심 표현"을 받았다.스웨덴의 벤처 캐피털리스트 EQT Ventures, 북유럽 정부 및 유럽연합(EU)의 지원을 받는 Heart는 처음에는 스웨덴의 혁신 기관인 Vinnova로부터 자금을 지원받았으며, 실리콘 밸리의 스타트업 액셀러레이터 [145]Y Combinator의 졸업생입니다.

2021년 3월 22일 툴루즈에 본사를 둔 아우라 에어로는 19인승 전기 항공기인 ERA(Electric Regional Aircraft)의 개발을 2026년에 인증할 [146]계획이라고 발표했다.

출하량

아래 표는 제조사별로 전 세계 전기 항공기 출하량을 요약한 것이다.

인증된 전기 GA[147] 항공기의 전 세계 출하량
2020년 1분기 2020년 2분기 2020년 3분기 2020년 4분기 2021년 1분기 2021년 2분기 2021년 3분기 2021년 4분기
피피스트렐 벨리스 일렉트로 0 0 5 8 14 8 6 20
0 0 5 8 14 8 6 20

케이프 에어와 DHL은 에비션 앨리스의 생산 모델을 주문했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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