Julio Coroado

تتعرض صناعة الطيران لضغوط هائلة لتحقيق صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050. يكمن أحد الحلول الواعدة في الدفع الكهربائي الهجين، الذي يدمج الطاقة الكهربائية مع محركات الاحتراق التقليدية أو المعدلة لتعزيز كفاءة استهلاك الوقود وتقليل الانبعاثات وتحسين استهلاك الوقود.

في حين أن الطائرات الكهربائية بالكامل تواجه قيودًا بسبب كثافة الطاقة الحالية لتقنية البطاريات، فإن الأنظمة الهجينة توفر جسرًا عمليًا للطيران المستدام، حيث تجمع بين الفوائد البيئية للطاقة الكهربائية والمرونة التشغيلية ومدى الطيران التقليدي.

لماذا يتم تهجين صناعة الطيران؟

تعمل الأنظمة الهجينة على تحسين استخدام الطاقة من خلال الاستفادة من الطاقة الكهربائية خلال مراحل الطيران عالية الطلب “مثل الإقلاع والتسلق” وإعادة الشحن أثناء التحليق أو الهبوط. لا يؤدي ذلك إلى تحسين كفاءة استهلاك الوقود فحسب، بل يقلل أيضًا من الانبعاثات، مما يوفر فوائد بيئية وتشغيلية واقتصادية كبيرة. بالإضافة إلى ذلك، تفتح الأنظمة الهجينة الباب أمام سوق التنقل الجوي الحضري “UAM” المتنامي من خلال تمكين مركبات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية الأكثر هدوءًا “eVTOLs”، وهي ميزة حاسمة على الطائرات ذات المراوح الدوارة التقليدية مثل طائرات الهليكوبتر.

الطريق إلى اعتماد التهجين

لكي يصبح الدفع الكهربائي الهجين واسع الانتشار، يجب علينا التغلب على العديد من التحديات التكنولوجية والتنظيمية. يمثل ضمان نقل سلس للطاقة بين أنظمة الدفع الكهربائية والتقليدية تحديات تقنية فريدة.

يجب أن تتطور تكنولوجيا البطاريات لتصبح أخف وزناً وأكثر متانة وقادرة على الشحن بشكل أسرع، في حين يجب تحسين تكامل أنظمة الطاقة والإدارة الحرارية عبر أنواع الدفع المختلفة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. ومع ذلك، قد لا تكون معايير الاعتماد الحالية كافية لمعالجة المخاطر التي تشكلها هذه التكنولوجيا الجديدة، مما يتطلب تطوير معايير جديدة.

إذًا، كيف يمكننا معالجة هذه التحديات المعقدة؟

1. المحاكاة والاختبار المتقدمان

يعتمد كهربة الطائرات بشكل كبير على الإلكترونيات المعقدة والمواد المتقدمة، مما يتطلب اختبارًا وتحققًا صارمين للسلامة. في حين أن الإلكترونيات المتقدمة يمكن أن تؤدي في بعض الأحيان إلى زيادة الانبعاثات الكهرومغناطيسية، فإن ممارسات التصميم الحديثة والمكونات المحسنة، مثل الترشيح النشط والحماية المحسنة، تخفف من هذه المخاطر، مما يضمن كفاءة عالية للنظام دون المساس بالتوافق الكهرومغناطيسي “EMC”.

تعتبر أدوات المحاكاة المتقدمة ضرورية للتنبؤ بالمخاطر المحتملة وإدارتها، وتحسين إدارة الطاقة والحرارة، وتلبية معايير السلامة في مجال الطيران. ستكون هذه الابتكارات ضرورية لضمان التشغيل الآمن والموثوق للطائرات الكهربائية الهجينة المستقبلية.

2. ابدأ بالطائرات الصغيرة والرحلات القصيرة

على الرغم من أن الدفع الكهربائي الهجين يقدم وعدًا كبيرًا للطيران المستدام، إلا أن التوسع إلى طائرات أكبر لا يزال يمثل تحديًا. على سبيل المثال، سيتطلب الهيدروجين السائل أنظمة تخزين ثقيلة ومعقدة في درجات حرارة شديدة البرودة للرحلات الطويلة، والبنية التحتية في المطارات لدعم هذه الأنظمة غير متوفرة. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال إنتاج الهيدروجين مشتقًا إلى حد كبير من مصادر غير متجددة، مما يحد من فوائده البيئية.

يسمح التركيز في البداية على الطائرات الصغيرة والرحلات القصيرة بإجراء اختبار وتحسين متحكم فيه لأنظمة كهربائية هجينة مختلفة. يوفر هذا النهج التدريجي أرضية اختبار للتكنولوجيا، ويقدم رؤى يمكن الاستفادة منها للتوسع لمنصات أكبر في المستقبل.

3. التعاون مع الهيئات التنظيمية وشركاء الصناعة

تلعب الهيئات التنظيمية الرئيسية، مثل إدارة الطيران الفيدرالية “FAA” وهيئة الطيران المدني في المملكة المتحدة “CAA”، دورًا مركزيًا في تشكيل سلامة وفعالية أنظمة الطيران. نظرًا لأنه من المتوقع أن تبدأ العمليات التجارية الكهربائية الهجينة في غضون السنوات الخمس المقبلة، فسيكون التعاون الوثيق مع هذه الوكالات أمرًا بالغ الأهمية لضمان أن تكون معايير الاعتماد والاختبار وتطوير البنية التحتية واضحة وفي الوقت المناسب.

تعتبر الجهود التعاونية مع شركاء التكنولوجيا الهندسية الموثوق بهم ضرورية بنفس القدر لتطوير حلول تلبي الاحتياجات المعقدة للدفع الكهربائي الهجين. تجلب هذه الشراكات المعرفة المتخصصة والسرعة والمرونة، وتستفيد من الفرق متعددة التخصصات لتصميم واختبار والتحقق من مجموعات نقل الحركة المتكاملة مع آليات مقاومة الأعطال وأنظمة التكرار، وكلها مُحسَّنة من خلال المحاكاة وأدوات الهندسة المتقدمة.

مستقبل الطائرات الهجينة

يعد التنقل الجوي المتقدم “AAM” هو الجبهة التالية في مجال النقل، مما يتيح حركة أسرع وأنظف وأسرع للأشخاص والبضائع. في حين أن الطريق إلى الأمام معقد، ستلعب الطائرات الكهربائية الهجينة دورًا حاسمًا في هذا التطور، مما يساعد على تقديم أنظمة طيران مستدامة وعالية الأداء.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: THE ENGINEER