歐洲航空航天研發(fā)聯(lián)盟項(xiàng)目目標(biāo)：未來(lái)電動(dòng)飛機(jī)使用多功能復(fù)合材料
日期：2020-04-03
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結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器的圖解
歐洲航空航天研發(fā)聯(lián)盟Clean Sky于4月2日提供了其SORCERER項(xiàng)目(用于未來(lái)民用飛機(jī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力復(fù)合材料)的新進(jìn)展，該項(xiàng)目旨在評(píng)估復(fù)合材料層合板中的電氣系統(tǒng)集成。
該項(xiàng)目始于2017年，將持續(xù)到2020年7月，預(yù)算為160萬(wàn)英鎊。該項(xiàng)目探索了將飛機(jī)復(fù)合材料中的電能儲(chǔ)存結(jié)合起來(lái)形成飛機(jī)結(jié)構(gòu)元素的可能性。SORCERE為Clean Sky的多功能機(jī)身演示項(xiàng)目做出了貢獻(xiàn)，該項(xiàng)目側(cè)重于驗(yàn)證機(jī)身、客艙、貨物和系統(tǒng)元件的高潛力組合，廣泛使用熱塑性復(fù)合材料，研究如何預(yù)先裝備或使用多用途系統(tǒng)和材料。
Clean Sky 2號(hào)項(xiàng)目組官員Jimmy Tchen表示：“該項(xiàng)目也是未來(lái)電力和混合電力推進(jìn)飛機(jī)的推動(dòng)者。在能源儲(chǔ)存方面，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的減少儲(chǔ)能元件的方法是增加電池的功率密度。SORCERER的方法是開發(fā)多功能材料，可以結(jié)合結(jié)構(gòu)和能量存儲(chǔ)功能，減少重量和體積。”
該項(xiàng)目由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院(ICL)牽頭，受到哥德堡查爾默斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology)、英國(guó)皇家理工學(xué)院(KTH)和IMDEA材料研究所的支持，部分資金由歐盟著名的“地平線2020”(Horizon 2020)項(xiàng)目提供。整體工作被劃分為三個(gè)相互連接的數(shù)據(jù)流。
對(duì)于結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器，SORCERER計(jì)劃制造一種嵌入結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)部件——飛機(jī)門框梁。
先，帝國(guó)理工學(xué)院正在探索與結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器及其應(yīng)用在航空航天平臺(tái)上的關(guān)鍵問(wèn)題。這意味著要面對(duì)提高功率和能量密度、封裝和層壓雜交以及多功能設(shè)計(jì)方法相關(guān)的各種問(wèn)題。
第二，該項(xiàng)目的第二數(shù)據(jù)流關(guān)注與結(jié)構(gòu)電池相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，該活動(dòng)由查爾默斯理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)。在此，對(duì)所提議材料的評(píng)價(jià)將根據(jù)未來(lái)飛機(jī)作業(yè)條件給出。
第三，與使用夾層碳纖維的結(jié)構(gòu)能量有關(guān)的一系列活動(dòng)，由英國(guó)皇家理工學(xué)院牽頭。這里的重點(diǎn)是提高效率和功率輸出，目的是將這項(xiàng)技術(shù)提高到技術(shù)成熟等級(jí)(TRL) 3。
關(guān)于進(jìn)展的狀態(tài)，Clean Sky 的Tchen表示：“就技術(shù)成熟等級(jí)而言，結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器比其他兩種技術(shù)更成熟。在低成熟度，能量收獲方面，這將是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的演示。至于結(jié)構(gòu)電池，他們正在研究一個(gè)全尺寸的演示器。
由項(xiàng)目合作伙伴IMDEA制造的結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器演示器
對(duì)于結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器，SORCERER計(jì)劃制造一種飛機(jī)門框梁，一種嵌入結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)部件。然而，這又引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題:如果飛機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)際上也是電池的一種形式，這是否意味著機(jī)身在儲(chǔ)存能量方面的壽命有限?
“這是一個(gè)潛在的問(wèn)題，就像電池一樣，”復(fù)合材料教授兼?zhèn)惗氐蹏?guó)理工學(xué)院復(fù)合材料中心主任 Emile Greenhalgh教授說(shuō),他負(fù)責(zé)SORCERER項(xiàng)目。“但我們正在開發(fā)的技術(shù)涵蓋了一系列的電源，而不僅僅是電池。例如，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的工作集中在超級(jí)電容器上，它儲(chǔ)存的能量少，但壽命長(zhǎng)得多。
盡管SORCERER計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)電子航空的重要一步，但Clean Sky表示還有很長(zhǎng)的路要走。
Greenhalgh補(bǔ)充說(shuō)：“這不是嵌入電池，而是生產(chǎn)一種本質(zhì)上可以承擔(dān)雙重功能的材料。這是建立在的知識(shí)和能力上，如過(guò)去十年，英國(guó)、西班牙(結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器)和瑞典(結(jié)構(gòu)電池)的技術(shù)發(fā)展。并向更早的歐盟研究資助計(jì)劃STORAGE學(xué)習(xí)成功經(jīng)驗(yàn)。這個(gè)項(xiàng)目使未來(lái)的航空運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)全電氣化，這也是空中客車等組織的愿望，他們希望，截至到2050年，能生產(chǎn)出擁有100個(gè)座位的全電動(dòng)飛機(jī)。
盡管SORCERER是實(shí)現(xiàn)電子航空的重要一步，但Clean Sky表示還有很長(zhǎng)的路要走。如果一架100座的飛機(jī)采用傳統(tǒng)電池，那么電池的性能至少要比目前先進(jìn)的電池高出10倍。這將意味著采用奇異但不成熟的電池化學(xué)方法。這也意味著飛機(jī)將攜帶高度濃縮的能源，其能量密度類似于炸藥，所以這種方法存在安全問(wèn)題，需要廣泛的研究和測(cè)試。
Greenhalgh說(shuō)：“我們的替代方案意味著所需能源的集中度將大大降低，從而消除了同樣的安全問(wèn)題。這也將意味著飛機(jī)重量的整體減少，在環(huán)保方面也有所提高。歐洲目前在這方面處于地位，盡管、韓國(guó)和美國(guó)在這方面也投入了大量資源。如果我們把這項(xiàng)技術(shù)留在歐洲，這將意味著歐洲將是交付架全電動(dòng)客機(jī)的佳地點(diǎn)。
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