2024 március 29

RSS Facebook

2011. október 28. péntek, 17:09

Villanymotorral guruló repülőgépek

Értékelés:
(0 értékelés)

Aki utazott már utasszállító repülőgéppel, tapasztalhatta, hogy a beszállókaputól a gépeket egy speciális toló jármű (nevezhetjük vontatónak is) tolja ki a pálya azon részére, ahol a hajtóművek már szabadon járathatók. Ezen a ponton túl már a hajtóművek mozgatják a repülőgépet az indulási pontig.

 A hajtóművek a felszállásig hátralévő időben egyrészt fokozatosan elérik az üzemi hőmérsékletüket, másrészt sajnos fogyasztják a kerozint, és koptatják a fékpofákat. Ez utóbbi annak köszönhető, hogy a nagy teljesítményű hajtóművek teljesítményét a fékpofák „nyelik el”, biztosítva, hogy a gép legfeljebb egy futó ember sebességével guruljon a reptér belső területén. Miközben már a hajtóművek kis teljesítményen való járatása is akkora tolóerőt termel, amelyet a gurulás során muszáj korlátozni a kerékfékekkel.

Mindez nem tűnik nagy ügynek a külső szemlélő számára, viszont egy naponta akár tucatszor is fel- és leszálló repülőgép esetén jól kimutatható extra kerozinfogyasztást és karbantartási költséget jelent a földi gurulás.

Ennek kiküszöbölésére már évek óta gondolkodnak arról, nem lehetne-e az orrfutót elektromos hajtással mozgatni. Ebben az esetben elkerülhetnénk a vontató vagy toló jármű használatát, és vele együtt a balesetveszélyes helyzeteket. Nem ritka ugyanis, hogy a földi jármű és a repülőgép összekoccan, s ezután a gépet a javítás idejére – esetleg hónapokra! – ki kell vonni a forgalomból. Ez felmérhetetlen veszteség a légitársaságnak.

Jelentősen csökkenne ugyanakkor a gépek kerozinfogyasztása is, hiszen a hajtóműveket csak a felszállás előtti néhány percben kellene járatni, hogy bemelegedjenek. (Gondoljunk bele, hogy egy olyan nagy és forgalmas repülőtéren, mint például az amszterdami Shiphol, a New York-i John F. Kennedy vagy a londoni Heathrow, a gépek akár fél órát is várakozhatnak járó hajtóművel, mire a levegőbe emelkedhetnek…)

Ugyanez visszafelé is javítana a fogyasztáson, hiszen a leszállás után a hajtóműveket szinte azonnal le lehetne állítani, és a pálya végétől már az elektromos hajtású orrkerekek vinnék a gépet az utaskapukig.

A harmadik nagy terület, ahol vitathatatlanul nyereség képződik, a zajcsökkentés. Sokfelé a földi gurulást is időkorláthoz kötik. Például a frankfurti repülőtéren éjfél és reggel 6 óra között még a földi gurulást is szigorúan tiltják – s ez nem kevés veszteséget okoz például a Lufthansa teherszállító leányvállalatának. Elektromos kerekek segítségével a gépek csak a felszállás előtt kevéssel, az utasépületektől és a lakott településektől távolabb kapcsolnák be zajos, kerozinnal működő hajtóművüket.

Egy szó, mint száz, nagyon sok érv szól amellett, hogy ha az elektromos hajtás biztonságosan és hatékonyan működtethető, akkor annak a gépekbe való beépítése viszonylag gyorsan meg is térül a beruházó légitársaság számára.

A megoldáshoz több területen kell fejleszteni. Az egyik nyilvánvalóan a motor. A kis sebesség mellett óriási nyomatékra van szükség, úgy, hogy a motor mérete csak nagyon szűk határok között növelhető. A gyártók számos fejlesztési eredményt vettek át az elektromosan hajtott vasúti kocsiknál alkalmazott motoroktól. A következő az energiaellátás. Amennyiben a gépek segédhajtóművét használnák csak az elektromos energia termelésére, valószínűleg már jelentkezne némi nyereség a főhajtómű csekélyebb karbantartási költségei miatt, de nem elegendő. Ezért a jelenlegi kísérletek külön erre a célra alkalmazott üzemanyagcellával zajlanak, ahol a hidrogén és oxigén elégetéséből keletkező elektromos áramot használják az elektromos kerekek nagy nyomatékú hajtására. Egy következő megoldandó kérdés, hogy az alkalmazott mechanikai rögzítésnek defekt esetén lehetővé kell tennie egy gyors gumicserét a meghajtott keréken, hasonló hatékonysággal, mint ahogy azt ma végre lehet hajtani. A kerékagyon elhelyezett elektromos motor „hajtásba kapcsolásához” ráadásul el kell kerülni a kuplung alkalmazását, mert egyszerűen nincs rá hely az orrfutón. Ezt egy speciális elektronikával biztosítják, amely figyeli, hogy a kerék és a motor tengelyének a sebessége mekkora, és egy bizonyos határon belül kapcsolja a tengelyre az elektromos motort. Nyilván ez leszállás után a legfontosabb, amikor a gép elhagyja a pályát, és a főhajtóműről a pilóták átkapcsolnak az orrfutós „vontatásra”.

És van még egy sor biztonsági követelmény is. Például hogy az elektromos motor csak akkor kapcsolódjon a kerékre, amikor az már biztonságosan alacsony sebességgel forog. Katasztrófával járhatna ugyanis, ha a még nagy sebességgel haladó repülőgép orrfutójára hirtelen rákapcsolódna az elektromos motor, és durván lefékezné azt. Ezt mechanikai és elektronikus megoldásokkal oldották meg a fejlesztők. (Az olyan apróságok pedig, hogy a megoldásnak télen-nyáron, hóban és vízben is működnie kell, talán már említésre sem érdemesek…)

A Concorde főfutóit a leszállás előtt felpörgették, hogy amikor azok a betont elérik, csökkentsék a gumiköpenyt érő óriási megterhelést. Innen és a versenyautókon alkalmazott energia-visszanyelő rendszerből adódik a gondolat, hogy a fékezésből eredő „elnyelt” energiát akkumulátorokba is vissza lehetne vezetni. Sajnos a nagyon rövid ideig tartó intenzív fékezés nem idális a töltésre, hiszen egyik (mai) akkumulátortípus sem szereti a nagy intenzitású, de rövid ideig tartó töltési ciklust.

Minden nagy gyártó megkezdte már az ez irányú gondolkodást, és többen az aktív fejlesztéseket is. Az úgynevezett „proof of concept”, vagyis a valós környezetben való kísérletet a Boeing és az Airbus is elvégezte már, azaz rendelkeznek valós körülmények közötti eredményekkel, amelyet hosszabb (néhány hónapos) ideig futtattak egyes kiválasztott repülőtereken. A német Lufthansa, az Airbus és a német légügyi hatóság egy Airbus A320-as gépet módosított úgy, hogy egy üzemanyagcellával hajtott elektromos orrfutót alkalmaztak egy néhány hónapon át folytatott kísérleti üzemeltetés során. A „The Engineer” című szaklapban megjelent részletek alapján az energiaellátás képes volt biztosítani egy 70 tonnás gép mozgását úgy, hogy az elektromotor 5000–7000 Nm nyomatékot állított elő az orrfutón.

Minden új fejlesztés egy sor kérdést vet fel, mielőtt még végleges formájában lehetne alkalmazni. Ebben az esetben is találkozunk számtalan megválaszolandó felvetéssel. Lássunk most ezek közül néhányat! Nem lesznek-e a gépek a mainál is veszélyesebbek, ha a nagyon robbanékony hidrogénből is magukkal kell vinniük néhány ezer litert nagynyomású tartályokban a fedélzetükön? A mai nagy forgalmú repülőtereken (Amszterdam, London, Frankfurt) a földi gurulósebesség legalább 40–50 km/h kell legyen a reptér megfelelő áteresztőképességének fenntartásához. Ebben az esetben a „futó ember sebessége” nem látszik elegendőnek…

Miért az orrfutót hajtjuk, miért nem a főfutókat? Utóbbiakon több hely áll a rendelkezésre az elektromos motor számára. Számítások szerint az alkalmazott hidrogénhajtáshoz szükséges üzemanyag előállítása, szállítása és betöltése is rontja az energia-egyensúlyt, és lehet, hogy a teljes megtakarítás nem is olyan nagy…

Itt azonban már a birtokunkban van egy számítás, amely azt bizonyítja, hogy egyértelműen az elektromosan meghajtott orrfutó a gazdaságosabb. A gépek ebben az esetben ugyanis teljesen függetlenedhetnének a földi kiszolgálás éppen aktuális vontatási/tolatási képességétől. Egy forgalmas reptéren sűrűn előfordul, hogy az induló gépet nem tudják a kijelölt időben kitolni, emiatt a menetrendhez képest késik a gép. A késések pedig nemcsak az utasoknak okoznak néha súlyos kellemetlenséget, de ezekért a légitársaságok is rendkívül magas árat fizetnek. Az e téren elért legkisebb megtakarítás is azonnal és bőven megtéríti az elektromos orrkerékhajtás fejlesztési és beruházási költségeit.

A fejlesztés mindenesetre megkezdődött, és miután kereskedelmi forgalomba állnak az új, elektromosan hajtott orrkerekek, így vagy úgy, de bizonyosan „zöldebb”, gazdaságosabb, kevésbé környezetszennyező lesz a repülés.

Maradi István

Fotó: DRL, Airbus