Arkansas Üniversitesi’ndeki mühendislik araştırmacıları Şubat 2023’te hibrit bir elektrikli uçak test uçuşunu başarıyla tamamladı ve bununla önemli bir adım atılmış oldu. Bu tür elektrikli uçak projeleri, havacılık endüstrisinde önemli değişimlere neden olabilir ve fosil yakıt kullanımının azalması ile hava kalitesinde de çok büyük bir fayda sağlayabilir.
Öncelikli olarak ada bölgelerinde ve uzak bölgelerde hava taksisi olarak kullanılan Cessna 337 (Skymaster) gibi küçük uçaklar, havadan itme ve hızlanma gibi zorlu görevlerin yanı sıra taksicilik, seyir ve iniş gibi daha hafif görevleri yerine getiren benzinle çalışan iki motora sahiptir. Bu motorlar doğaya zarar veren gazlar salarlar.
Son birkaç yıldır, elektrik mühendisi profesörü ve aynı zamanda U of A’daki Ulusal Güvenilir Elektrik İletim Merkezi’nin (NCREPT) yönetici direktörü Alan Mantooth liderliğindeki araştırmacılar, gazla çalışacak motorların yerine batarya ile çalışabilen motor tasarlamak ve geliştirmek için iddialı bir proje geliştirdiler.
Mantooth ve U of A araştırmacıları David Huitink, Yue Zhao ve Chriss Farnell, Güney Kaliforniya kökenli bir elektrikli motor şirketi olan ve 2023 yılında Federal Havacılık İdaresi’nden uçuş sertifikası almak isteyen ve yolcu hizmetine başlamak için 2024’ü hedefleyen Ampaire şirketi tarafından geliştirilen hibrit bir elektrikli uçak test yatağında 250 kW’lık bir motor sürücü tasarladılar. Uçağın önünde benzinle çalışan bir motorla birlikte arkadaki elektrikli motorlar taksicilik, seyir, iniş ve kalkışlarda uçağı hareket ettirir1.
Makine bilimi ve mühendisliği profesörü Nenad Miljkovic liderliğindeki Illinois Üniversitesi araştırmacıları bu uçak için termal yönetim tasarımına odaklanırken, U of A araştırmacıları elektrik, mekanik ve kontroller alanında çalıştılar.
Silisyum karbür yarı iletken üreticisi Wolfspeed, elektronik motor sürücüsünün geliştirilmesine ticari güç modülleri ve entegrasyon uzmanlığıyla katkıda bulundu. Ampaire, test uçuşları sırasında elektrik motor sürücünün performansını ve güvenilirliğini belirlemek ve sınır değerlerini doğrulamak ve zorlu çevresel test gerekliliklerinin sağlanması konusunda öncülük yaptı.
Yaklaşık 18 aylık yer testleri ve bazı doğrulamaların ardından Ampaire, invertör teknolojisiyle desteklenen uçağa başarılı bir şekilde pilotluk yaptı. Test uçuşu Şubat 2023’de Los Angeles yakınlarındaki Camarillo’nun merkezi iş bölgesinin üç mil batısında bulunan halka açık Camarillo havaalanında gerçekleşti.
Mantooth, “Son iyileştirmelerle, elektrik-termal-mekanik-kontrol sistemlerinin tasarımını optimize etmeyi başardık. Başka bir deyişle, motor sürücüsünün tüm yönleri artık eş zamanlı olarak optimize edildi. Bu, ister uçak, ister tren, otomobil, ağır ekipman, gemi veya insansız hava aracı olsun, ulaşım araçlarının yeni ve gelişmekte olan elektrifikasyon çağı için önemli etkilere sahip. Bu çalışma için son derece heyecanlıyız.”
Hibrit uçak, 2022’de Denver’da düzenlenen ARPA-E Enerji İnovasyon Zirvesi’nde sergilenmiş ve ABD Enerji Bakanı Jennifer Granholm tarafından denetlenmiştir. Kapsamlı test ve değerlendirmelerin ardından test uçuşu, 22-24 Mart tarihlerinde Washington D.C.’de yapılacak olan 2023 ARPA-E Enerji İnovasyon Zirvesi’nden önce gerçekleştiriliyor. Araştırma ekibinin yardımıyla Ampaire şirketi, ek test uçuşları gerçekleştirecek ve gelecekteki tasarımları iyileştirmek için veri toplamaya devam edecek.
Ampaire’de Baş Teknoloji Sorumlusu Ed Lovelace, “ARPA-E tarafından desteklenen uçan test yatağı, Ampaire’e ilgili bir ortamda gelişen teknolojinin değerlendirilmesi için hızlı bir test aracı sağlıyor. Başarıyla değerlendirilen teknolojiler, Ampaire’in ticari elektrikli havacılık ürünü yol haritasının bir parçası olma fırsatına sahip ve daha fazla yetenek sağlıyor.” dedi
ARPA-E teknolojiden sorumlu müdür yardımcısı Işık C. Kızılyallı, “Arkansas Üniversitesi elektrikli motor sürücüsü, ARPA-E hibrit elektrikli uçak test yatağında uçuş sırasında başarıyla test edilen ilk ARPA-E teknolojisiydi ve ARPA-E ve CIRCUITS programı için büyük bir başarıdır. Dönüştürücü elektrikli havacılık teknolojilerinin gerçek uçuş ortamlarında bir aero-platform üzerinde test edilmesi, teknolojinin gerçek dünya koşullarında doğrulanmasını sağlar ve bu da teknolojinin benimsenmesini büyük ölçüde hızlandıracaktır. U of A motor sürücüsü, yakında piyasaya sürülecek ilk sürücüydü. Ajans, uçakların elektrifikasyonunu ele alırken uçuş sırasında test edilecek devre kesiciler, invertörler, motorlar, güç dağıtım sistemleri, piller, yakıt hücreleri ve hatta yüksek verimli yanmalı motorlar gibi birçok ARPA-E tarafından finanse edilen elektrikli havacılık teknolojileri bizi daha elektrikli bir geleceğe taşıyın.” dedi.
Proje, National Science Foundation Center for Power Optimization of Electro-Thermal Systems‘in bir parçası olarak kurulan işbirliklerinin bir sonucudur. Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nde bulunan merkez, tüm hareketlilik ve ulaşım modlarında elektrifikasyonun artırılmasına odaklanıyor.
Kaynaklar