موتور الکتریکی جدید هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز

اختراع موتور الکتریکی هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز

در این یاداشت بطور کوتاه و خلاصه به "بررسی سیستم موتور الکتریکی هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز" از سری اختراعات منتشر شده من میپردازیم.

---

 

لازم به اشاره میدانم, یاداشت زیر تنها مختصری از بخش "مقدمه مقاله اصلی" است, لذا در صورت علاقمندی می توانید توضیحات فنی جامع و کامل این اختراع را به تفصیل در بخش زبان فارسی وب سایت "سیاره علوم" www.sciencesplanet.com مطالعه و همچنین ویدیوی خلاصه فیلم این اختراع را مشاهده فرمائید. ضمن احترام, این یاداشت بعنوان بخشی از مقاله اختراعات من تحت قانون "مالکیت معنوی" بوده و صرفا جهت اطلاع رسانی عموم است لذا هر گونه کپی برداری و استفاده غیر مجاز از توضیحات, تصاویر تخصصی و ایده های بازگو شده در این یاداشت ممنوع می باشد.

علاقمندی به استفاده از نیروی محرکه حاصل از انرژی الکتریکی به سرعت رو به افزایش است اما کماکان این شتاب در حوزه صنایع مرتبط با حمل و نقل هوایی آنطور که انتظار میرود همسو با سایر حوزه ها منجمله حمل و نقل زمینی نیست. یکی از دلایلی که مانع شتاب سریع استفاده از موتورهای الکتریکی در هواپیما شده میزان تولید انرژی به نسبت وزن موتور و منبع ذخیره انرژی (باتری ها) است. در حال حاضر موتور های الکتریکی بدلیل نیاز به مجموعه پنل باتری ها بعنوان تنها منبع انرژی, وزن بیش از حدی را به وزن کل هواپیما اضافه می کنند. این موضوع یک چالش جدی در پروازهای با زمان طولانی است زیرا مصرف انرژی بدلیل وزن زیاد افزایش پیدا می کند و ذخیره انرژی باتری های هواپیما قادر به جبران مصرف انرژی در مسافت های برد طولانی نیست.

از سویی دیگر استفاده از سایر روش های جایگزین فعلی نظیر باتریهای متصل به پنل خورشیدی یا شارژ باتری از طریق سیستم برق بی سیم (WPT) با انتقال امواج مایکروویو (MPT), در ابتدای راه توسعه خود بوده و کاربرد عملی و جدی برای جبران کاهش ذخیره برق باتری یک هواپیما را ندارند. هر چند تحقیقات گسترده برای توسعه بهتر این فناوری ها ادامه دارد اما واقعیت این است که در حال حاضر استفاده از چنین جایگزین هایی برای به پرواز درآوردن بدون خطر یک هواپیما در مسافت های طولانی امکان پذیر نبوده و میبایست منتظر پیشرفت بیشتر فناوری در زمینه استحصال انرژی از نور خورشید و یا انتقال امواج (MPT) باشیم.

بنابراین در حال حاضر تنها روش برای تولید نیروی پیشران الکتریکی در یک هواپیما استفاده از انرژی الکتریکی ذخیره شده در باتری ها است. از بسیاری جهات, موتورهای الکتریکی دارای برتری بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی هستند زیرا می توانند راندمان انرژی خالص بالاتری نسبت به پیشرانه سوخت فسیلی(ICE) تولید کنند. نقطه قوت در موتورهای الکتریکی کاهش مصرف انرژی خالص جهت استفاده در پیشرانه آنها است، زیرا یک موتور الکتریکی برای تولید قدرت, کمتر از نصف نیاز موتورهای احتراق داخلی, انرژی مصرف می کند. در کنار کاهش مصرف انرژی بعنوان یک فاکتور مثبت در موتورهای الکتریکی, اما وزن و متعلقات این دسته از موتورها باعث محدودیتهایی در انتخاب نوع سیستم پیشران می شود. بعبارتی در انتخاب نوع موتور, میبایست به موارد بسیار مهمی مثل نسبت قدرت پیشران الکتریکی به وزن آن و نسبت انرژی تولید شده توسط پیشران به وزن اضافه شده به کل هواپیما, توجه گردد.

چالش بعدی الکتریکی کردن صنعت هوانوردی (بخش تجاری) در کنار وزن زیاد باتری ها برای اضافه شدن به یک هواپیما, مدت زمان مورد نیاز برای شارژ باتری ها است. بعنوان مثال مدت زمان سوختگیری بزرگترین هواپیماها برای پر کردن کامل مخازن آنها از سوخت جت A-1 (نوعی از نفت سفید که برای اکثر هواپیماهای موتور توربینی مناسب است) چیزی در حدود 30 دقیقه طول می کشد حال اگر بخواهیم مدت زمان این سوختگیری سریع را با شارژ کامل تمام باتری ها برای یک هواپیمای معمولی مقایسه کنیم به یک تفاوت چند ساعته خواهیم رسید! البته این چالش فعلی با ساخت باتری های نسل جدید با شارژ بسیار سریع در حال برطرف شدن است اما همچنان برای چالش قدرت نسبت پیشرانه الکتریکی به وزن آن میبایست راه حل های جدیدتری ارائه شود.

برای گذر از محدودیت فعلی در تولید قدرت بیشتر توسط یک پیشرانه الکتریکی (نسبت موتور به وزن آن), من یک ایده جدید برای ساختار موتور الکتریکی هواپیما ارائه کردم که در تست های اولیه کامپیوتری به قدرت و سرعتی 10 برابر بیشتر نسبت به موتورهای مشابه با استفاده از یک منبع تغذیه انرژی یکسان دست یافت. هرچند میبایست تست های بیشتری برای عملکرد یکنواخت گشتاور تولید شده توسط این موتور جدید در شرایط مختلف انجام شود اما در شرایط استاندارد بنظر میرسد این طراحی می تواند بازدهی بسیار بالایی نسبت به وزن کم خود برای استفاده در هواپیماهای بدنه سبک داشته باشد. در کنار این طراحی من یک ایده مکمل نیز برای کاهش وزن باتری ها و امکان شارژ آنها در حین پرواز ارائه کردم که در وب سایت "سیاره علوم" جزئیات کامل نحوه کار هر دوی این ایده ها را شرح داده ام.

در سالهای اخیر تغیرات اقلیمی بشکل باورنکردنی رو به افزایش بوده که یکی از نشانه های واضح آن, افزایش دمای زمین بر اثر انتشار مقادیر خیلی زیادی گاز کربن دی اکسید (CO۲) در سرتاسر زمین است. انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از سوخت های فسیلی استفاده شده در وسایل نقلیه زمینی و هوایی و نیز صنایع مختلف, به طور قابل توجهی در تخریب بخشی از لایه استراتوسفر (ناحیه ازون) و گرمایش آب و هوایی زمین نقش اصلی داشته و در صورت ادامه روند فعلی منجر به از بین رفتن تدریجی ذخایر و منابع طبیعی بر روی این سیاره سنگی تا کمتر از چند دهه آینده خواهد شد. تلاش و خلق ایده و اختراع در توسعه سیستم های الکتریکی برای استفاده در خودروها و هواپیماها می تواند ضمن بهبود بهره وری انرژی, با عدم گسترش آلودگی های کربنی، انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) را در حد بسیار زیادی کاهش دهد.

بمثابه سایر اختراعات, این اختراع نیز قابلیت توسعه و ظرفیت بهینه سازی بیشتر را داشته و با تجاری سازی آن می توان ضمن داشتن تجربه ای متفاوت, ایمن و راحت در سفرهای هوایی الکتریکی, به حفظ آب و هوای سیاره منحصر بفرد زمین کمک کنیم.

منبع: مقالات و پژوهش های علمی منتشر شده علی پوراحمد بر روی وب سایت "سیاره علوم"