Elhybridflygplan för 19 passagerare tas fram i Sverige

Framtidens flyg är en berättelse med flera olika spår. Ett av dem är eldrivna vertikalstartande mindre farkoster för taxibruk (VTOL-farkoster). Ett annat är helelektriska konventionellt utformade mindre plan, som det svenska Heart Aerospace bygger. Vätgas är ett alternativ för större flygplan. Och så finns det hybrider.  

Det är över 20 år sedan Toyota började serietillverka den enormt framgångsrika bilmodellen Prius där en elmotor stöttar upp bensinmotorn så att den kan köras mer bränsleeffektivt. 

Small Air Transport

Hur kan samma sak göras inom flygbranschen? Det försöker svenska forskare vid Mälardalens högskola (MDH) ta reda på i det EU-finansierade projektet Heccarus. Fokus ligger på mindre elhybridflygplan, kallade Small Air Transport (SAT).  

Målet är att ta fram ett koncept för 19 passagerare och beräkna prestanda och storlek på de nya komponenter som behövs, till exempel turbomotorer, generatorer, gasturbiner och batterier. Förhoppningen är att tekniken kan tas i drift till 2030. 

Bränslebesparingen beror förstås på graden av hybridisering. För den mest modesta varianten, ett så kallat mildhybridsystem, menar han att 5–10 procent borde vara möjligt till 2035, förutsatt en kontinuerlig teknikutvecklingen för batterier och kraftelektroniksystem. Men forskarna har ännu inte nått fram till någon slutsats. 

– Batterier med högre energitäthet och lägre designad räckvidd hade inneburit betydligt högre bränslebesparing. Slutmålet är förstås en helt elektrisk konfiguration med en räckvidd i linje med dagens krav på matarflygplan, skriver Konstantinos Kyprianidis, professor i energiteknik vid MDH, till Ny Teknik.

Med matarflyg menas flygplan som transporterar passagerare från mindre orter till stora internationella flygplatser.

Serie- eller parallellhybrid?

Hybridsystem kan konstrueras på flera olika sätt. Två distinkta varianter är parallell- respektive seriekonfiguration. De flesta bilar har parallellkonfiguration vilket innebär att både elmotorn och förbränningsmotorn är kopplade till drivaxeln. I en seriehybrid är det däremot bara elmotorn som är kopplad till drivaxeln, och förbränningsmotorn driver i stället en generator som förser elmotorn (eller ett batteri) med el. I Heccarus undersöks båda varianter. 

Även olika framdrivningssystem utvärderas. Konstantinos Kyprianidis nämner två exempel, där det ena är elektriska propellrar på vingspetsarna, som på det israeliska bolaget Eviations modell Alice.

Boundary layer ingestion

Det andra är propellrar monterade baktill på flygkroppen. Båda varianter syftar till att fylla ut den vak i luftströmmen som annars oundvikligen bildas, och därmed sänka bränsleförbrukningen. På engelska kallas det för boundary layer ingestion, BLI. Sistnämnda variant finns till exempel på det Nasa-finansierade konceptflygplanet Aurora D8, även kallat ”The Double Bubble”.

Hur stort batteri kommer er föreslagna design att ha, tror du? 

– Flygplan för 19 passagerare lyder under en reglering kallad CS-23. Den ställer hårda krav på maximal startvikt, ungefär drygt 8,5 ton. Detta innebär i sin tur en gräns för maximal batteristorlek – och beroende på grad av hybridisering maximal räckvidd. Våra studier pågår fortfarande och vi har ännu inte nått fram till en slutsats kring vad som vore optimalt, men ett batteri kring 1 000 kilo vore nog lagom, säger Konstantinos Kyprianidis. 

Elhybridtekniken för flygplan kan verka som en lågt hängande frukt och det finns mängder av företag och projekt med målet att ta dem upp i luften. Men de tycks svåra att realisera.

Zunum Aero

Ett exempel är amerikanska Zunum Aero som 2017 hoppades att deras prototyp av ett hybridflyg för tolv passagerare skulle vara i luften 2020, med hjälp av en investering från Boeing och Jetblue Technology Ventures. Men de ekonomiska problemen hopade sig och i fjol stämde Zunum Boeing för bland annat bedrägeri och teknikstöld. I dag för bolaget en tynande tillvaro i väntan på nytt kapital.

Airbus E-fan X

Airbus, Rolls-Royce och Siemens presenterade 2017 E-fan X, en version av BAe 146 med plats för 100 passagerare där en av fyra turbofläktmotorer skulle ersättas av en elektrisk motor om 2 MW, samt ett två ton tungt batteri. Men på grund av covid19-pandemin bestämde sig Airbus i fjol för att helt lägga ner projektet. Tidigare i år meddelade dock Airbus att tillverkaren återigen blickar mot hybridflygplan, utöver de tre vätgasdrivna koncepten som har visats upp.

Ampaire Electric Eel

Ett hybridprojekt som däremot har lyft är amerikanska Ampaire Electric Eel, som är en Cessna 337 Skymaster med plats för fem passagerare. Den främre sexcylindriga kolvmotorn har bytts ut mot en elmotor som är kopplad i parallellkonfiguration till den bakre kolvmotorn. Enligt Quartz var Electric Eel ett av de första hybridflygplanen att bli godkänt för den amerikanska flygsäkerhetsmyndigheten FAA:s certifikat för experimentella flygplan. I mars i år köptes bolaget upp av amerikanska Surf Air Mobility, som försöker starta en prenumerationstjänst på flygresor.

Hur kommer det sig att hybridtekniken ännu befinner sig på ett så tidigt stadium inom flygbranschen medan bilbranschen nyttjat den länge? 

– Den civila flygindustrin är påtagligt innovativ, men det tar riktigt lång tid för nya tekniker att klättra på TRL-skalan (technology readiness level, reds anm). Ett av huvudskälen är att säkerhet är enormt viktigt för den civila luftfarten. Flygplans- och motortillverkare måste genomgå rigorösa, komplexa och extremt dyra flygvärdighetstester med flygsäkerhetsmyndigheter för att certifiera produkterna. Det finns regleringar även i bilbranschen men de är lättare att leva upp till, säger Konstantinos Kyprianidis.