Hava trafiğinin neden olduğu emisyonları büyük ölçüde azaltmak için elektromobilitenin gökyüzünde nasıl olması gerekir? Alternatif motorlara sahip uçaklar nasıl aynı anda hem ekolojik hem de ekonomik olabilir? Bu tür yeni uçak türleri, örneğin havaalanları veya bakım hangarları gibi havacılık sistemini değiştirir mi? Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR), önümüzdeki dört yıl içinde bu sorulara yanıt vermeyi planlıyor.
2020’nin başından bu yana, 20 DLR enstitüsünden 45 bilim insanı, eko-verimli bir ticari uçak için yeni teknoloji modülleri geliştirmek üzere EXACT (Elektrikli Uçak Konseptlerinin ve Teknolojilerinin Keşfi) projesi üzerinde birlikte çalışıyor.
Genel amaç, en az 70 koltuklu ve 2.000 kilometre menzilli böyle bir uçak için gerekli teknolojilerin 2040 yılına kadar kullanıma hazır hale getirilmesidir. Bu amaçla, farklı hibrit-elektrikli tahrik konseptleri ve olası uçak konfigürasyonları ilk adım. Ancak, yeni sürücü türlerinin atmosferi ve dolayısıyla iklimi nasıl etkilediğinin yanı sıra, havalimanı altyapısıyla olan etkileşimler de dikkate alınır. “DLR, böylesine karmaşık bir çalışmayı yürütmek için dünyada benzersiz bir uzmanlık düzeyine sahip. 45 kişilik ekibimizde, çeşitli araştırma alanlarındaki uzmanlığımızı bir araya getiriyoruz. Projeden sorumlu DLR Havacılıkta Sistem Mimarileri Enstitüsü’nden Dr. Johannes Hartmann, “Bu şekilde hem gerekli tematik genişliğe hem de bilimsel derinliğe ulaşıyoruz” diyor.
Dijital tasarım süreci
Araştırmacılar, tasarımdan üretime, operasyona ve müteakip imhaya kadar bir uçağın tüm yaşam döngüsünden elde edilen verilerin yardımıyla, uçak tasarımı için bilgi elde edebilecekleri bilgilere sahip olurlar. Belirlenen hedefler, uçaktan çıkan emisyonların iklim üzerinde olumsuz bir etkisinin olmaması ve aynı zamanda ekonomik olarak işletilebilmesidir. Tasarım süreci bütüncül olarak ele alınır ve bu hedeflere dayalıdır. Üretim, işletme ve bakım planlaması baştan itibaren tasarıma dahil edilmiştir. Geçmişte, uçaklar öncelikle maliyet odaklı olarak geliştirilir ve iklim üzerindeki etkileri ancak daha sonra analiz edilirdi. Hartmann, “Bu süreci ilk kez tersine çeviriyoruz ve bu nedenle işimiz için devrim niteliğinde bir yaklaşım seçiyoruz” diye açıklıyor.
İklim nötr tahrik konseptleri
İyileştirilmiş bir iklim dengesine sahip uçaklar, temelde yeni tahrik teknolojileri gerektirir. Proje ekibi, kısa mesafeli uçaklar için hangi tahrik konseptlerinin operasyon sırasında önemli ölçüde azaltılmış emisyonlara ve daha az gürültüye yol açacağını ve ekonominin çıkarlarıyla uyumlu olacağını araştırıyor. Piller, yakıt hücreleri veya hidrojenle çalışan uçaklar, bu gereksinimleri uzlaştırma potansiyeli sunar.
DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü, birkaç yıldır havacılık için yakıt hücrelerinin performans sınıflarını analiz ediyor ve değerlendiriyor. Bu noktadan hareketle yakıt hücreleri laboratuvar ortamında karakterize edilerek dört kişilik yolcu uçağı Hy4’te incelenmektedir. EXACT projesinde elde edilen bilgiler artık simülasyon modelleri ve pilot uygulamalar yardımıyla hibrit enerji konseptlerinin etkileşimini daha büyük bir güç sınıfında değerlendirmek ve kullanılabilir hale getirmek için kullanılacaktır.
Hava Taşıma Sistemi 2040
Yeni uçak, mevcut tüm havacılık sistemini etkileyecek ve bunun tersi de geçerli olacaktır. DLR Bakım ve Modifikasyon Enstitüsü’nden Dr Kai Wicke, EXACT projesindeki yeni uçak konfigürasyonlarının operasyonel ve ekolojik entegrasyonuna bakıyor: “Yeni bir uçak tipinin gücü ister hidrojenle, ister yakıt hücreleriyle veya pillerle çalışıyor olsun – bütüncül bir yaklaşım izliyoruz.” bunun tüm ekolojik ve havacılık sistemi üzerindeki etkilerine bakın, yani havaalanları, havayolları ve ayrıca hava trafik kontrolü ve atmosferde.
Ekibi, iklim etkisi, gürültü ve ürün ve enerji yaşam döngüleri için modeller kuruyor. Hem çevresel etkiler hem de yatırım, işletme ve bakım maliyetleri incelenmektedir. Bir uçağa hidrojenle yakıt ikmali yapılacaksa, özel yakıt ikmal sistemleri gerekecektir. Piller şarj edilebilmeli, saklanabilmeli ve geri dönüştürülebilmelidir. Açıklığa kavuşturulması gereken, mevcut altyapının yeni bir uçağın işletilmesi için hangi gereklilikleri getirdiğidir.
Dört yıl içinde, çevreyle uyumlu hava trafiği için ilk bütünsel konsept hayata geçirilmelidir. 20 farklı DLR enstitüsünden uçak mühendisleri, atmosfer araştırmacıları ve elektrik mühendisleri, geçerli modeller oluşturmak ve çözümler geliştirmek için birlikte çalışıyor.
Projeyle ilgili detaylı bir yazı da DLR Dergisi’nin bu sayısında yer alıyor.
2020’nin başından bu yana, 20 DLR enstitüsünden 45 bilim insanı, eko-verimli bir ticari uçak için yeni teknoloji modülleri geliştirmek üzere EXACT (Elektrikli Uçak Konseptlerinin ve Teknolojilerinin Keşfi) projesi üzerinde birlikte çalışıyor.
Genel amaç, en az 70 koltuklu ve 2.000 kilometre menzilli böyle bir uçak için gerekli teknolojilerin 2040 yılına kadar kullanıma hazır hale getirilmesidir. Bu amaçla, farklı hibrit-elektrikli tahrik konseptleri ve olası uçak konfigürasyonları ilk adım. Ancak, yeni sürücü türlerinin atmosferi ve dolayısıyla iklimi nasıl etkilediğinin yanı sıra, havalimanı altyapısıyla olan etkileşimler de dikkate alınır. “DLR, böylesine karmaşık bir çalışmayı yürütmek için dünyada benzersiz bir uzmanlık düzeyine sahip. 45 kişilik ekibimizde, çeşitli araştırma alanlarındaki uzmanlığımızı bir araya getiriyoruz. Projeden sorumlu DLR Havacılıkta Sistem Mimarileri Enstitüsü’nden Dr. Johannes Hartmann, “Bu şekilde hem gerekli tematik genişliğe hem de bilimsel derinliğe ulaşıyoruz” diyor.
Dijital tasarım süreci
Araştırmacılar, tasarımdan üretime, operasyona ve müteakip imhaya kadar bir uçağın tüm yaşam döngüsünden elde edilen verilerin yardımıyla, uçak tasarımı için bilgi elde edebilecekleri bilgilere sahip olurlar. Belirlenen hedefler, uçaktan çıkan emisyonların iklim üzerinde olumsuz bir etkisinin olmaması ve aynı zamanda ekonomik olarak işletilebilmesidir. Tasarım süreci bütüncül olarak ele alınır ve bu hedeflere dayalıdır. Üretim, işletme ve bakım planlaması baştan itibaren tasarıma dahil edilmiştir. Geçmişte, uçaklar öncelikle maliyet odaklı olarak geliştirilir ve iklim üzerindeki etkileri ancak daha sonra analiz edilirdi. Hartmann, “Bu süreci ilk kez tersine çeviriyoruz ve bu nedenle işimiz için devrim niteliğinde bir yaklaşım seçiyoruz” diye açıklıyor.
İklim nötr tahrik konseptleri
İyileştirilmiş bir iklim dengesine sahip uçaklar, temelde yeni tahrik teknolojileri gerektirir. Proje ekibi, kısa mesafeli uçaklar için hangi tahrik konseptlerinin operasyon sırasında önemli ölçüde azaltılmış emisyonlara ve daha az gürültüye yol açacağını ve ekonominin çıkarlarıyla uyumlu olacağını araştırıyor. Piller, yakıt hücreleri veya hidrojenle çalışan uçaklar, bu gereksinimleri uzlaştırma potansiyeli sunar.
DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü, birkaç yıldır havacılık için yakıt hücrelerinin performans sınıflarını analiz ediyor ve değerlendiriyor. Bu noktadan hareketle yakıt hücreleri laboratuvar ortamında karakterize edilerek dört kişilik yolcu uçağı Hy4’te incelenmektedir. EXACT projesinde elde edilen bilgiler artık simülasyon modelleri ve pilot uygulamalar yardımıyla hibrit enerji konseptlerinin etkileşimini daha büyük bir güç sınıfında değerlendirmek ve kullanılabilir hale getirmek için kullanılacaktır.
Hava Taşıma Sistemi 2040
Yeni uçak, mevcut tüm havacılık sistemini etkileyecek ve bunun tersi de geçerli olacaktır. DLR Bakım ve Modifikasyon Enstitüsü’nden Dr Kai Wicke, EXACT projesindeki yeni uçak konfigürasyonlarının operasyonel ve ekolojik entegrasyonuna bakıyor: “Yeni bir uçak tipinin gücü ister hidrojenle, ister yakıt hücreleriyle veya pillerle çalışıyor olsun – bütüncül bir yaklaşım izliyoruz.” bunun tüm ekolojik ve havacılık sistemi üzerindeki etkilerine bakın, yani havaalanları, havayolları ve ayrıca hava trafik kontrolü ve atmosferde.
Ekibi, iklim etkisi, gürültü ve ürün ve enerji yaşam döngüleri için modeller kuruyor. Hem çevresel etkiler hem de yatırım, işletme ve bakım maliyetleri incelenmektedir. Bir uçağa hidrojenle yakıt ikmali yapılacaksa, özel yakıt ikmal sistemleri gerekecektir. Piller şarj edilebilmeli, saklanabilmeli ve geri dönüştürülebilmelidir. Açıklığa kavuşturulması gereken, mevcut altyapının yeni bir uçağın işletilmesi için hangi gereklilikleri getirdiğidir.
Dört yıl içinde, çevreyle uyumlu hava trafiği için ilk bütünsel konsept hayata geçirilmelidir. 20 farklı DLR enstitüsünden uçak mühendisleri, atmosfer araştırmacıları ve elektrik mühendisleri, geçerli modeller oluşturmak ve çözümler geliştirmek için birlikte çalışıyor.
Projeyle ilgili detaylı bir yazı da DLR Dergisi’nin bu sayısında yer alıyor.