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欧洲航空航天研发联盟项目目标:未来电动飞机使用多功能复合材料

   日期:2020-04-03     浏览:1458    


结构超级电容器的图解

欧洲航空航天研发联盟Clean Sky于4月2日提供了其SORCERER项目(用于未来民用飞机的结构动力复合材料)的最新进展,该项目旨在评估复合材料层合板中的电气系统集成。

该项目始于2017年,将持续到2020年7月,预算为160万英镑。该项目探索了将飞机复合材料中的电能储存结合起来形成飞机结构元素的可能性。SORCERE为Clean Sky的多功能机身演示项目做出了贡献,该项目侧重于验证机身、客舱、货物和系统元件的高潜力组合,广泛使用热塑性复合材料,研究如何预先装备或使用多用途系统和材料。

Clean Sky 2号项目组官员Jimmy Tchen表示:“该项目也是未来电力和混合电力推进飞机的推动者。在能源储存方面,是一个巨大的挑战。传统的减少储能元件的方法是增加电池的功率密度。SORCERER的方法是开发多功能材料,可以结合结构和能量存储功能,减少重量和体积。”

该项目由伦敦帝国理工学院(ICL)牵头,受到哥德堡查尔默斯理工大学(Chalmers University of Technology)、英国皇家理工学院(KTH)和IMDEA材料研究所的支持,部分资金由欧盟著名的“地平线2020”(Horizon 2020)项目提供。整体工作被划分为三个相互连接的数据流。

对于结构超级电容器,SORCERER计划制造一种嵌入结构超级电容器的结构部件——飞机门框梁。

首先,帝国理工学院正在探索与结构超级电容器及其应用在航空航天平台上的关键问题。这意味着要面对提高功率和能量密度、封装和层压杂交以及多功能设计方法相关的各种问题。

第二,该项目的第二数据流关注与结构电池相关的技术问题,该活动由查尔默斯理工大学领导。在此,对所提议材料的评价将根据未来飞机作业条件给出。

第三,与使用夹层碳纤维的结构能量有关的一系列活动,由英国皇家理工学院牵头。这里的重点是提高效率和功率输出,目的是将这项技术提高到技术成熟等级(TRL) 3。

关于进展的状态,Clean Sky 的Tchen表示:“就技术成熟等级而言,结构超级电容器比其他两种技术更成熟。在最低成熟度,能量收获方面,这将是一个实验室规模的演示。至于结构电池,他们正在研究一个全尺寸的演示器。



由项目合作伙伴IMDEA制造的结构超级电容器演示器

对于结构超级电容器,SORCERER计划制造一种飞机门框梁,一种嵌入结构超级电容器的结构部件。然而,这又引发了一个问题:如果飞机结构实际上也是电池的一种形式,这是否意味着机身在储存能量方面的寿命有限?

“这是一个潜在的问题,就像电池一样,”复合材料教授兼伦敦帝国理工学院复合材料中心主任 Emile Greenhalgh教授说,他负责SORCERER项目。“但我们正在开发的技术涵盖了一系列的电源,而不仅仅是电池。例如,伦敦帝国理工学院的工作集中在超级电容器上,它储存的能量少,但寿命长得多。

尽管SORCERER计划是实现电子航空的重要一步,但Clean Sky表示还有很长的路要走。

Greenhalgh补充说:“这不是嵌入电池,而是生产一种本质上可以承担双重功能的材料。这是建立在世界领先的知识和能力上,如过去十年,英国、西班牙(结构超级电容器)和瑞典(结构电池)的技术发展。并向更早的欧盟研究资助计划STORAGE学习成功经验。这个项目使未来的航空运输实现全电气化,这也是空中客车等组织的愿望,他们希望,截至到2050年,能生产出拥有100个座位的全电动飞机。

尽管SORCERER是实现电子航空的重要一步,但Clean Sky表示还有很长的路要走。如果一架100座的飞机采用传统电池,那么电池的性能至少要比目前最先进的电池高出10倍。这将意味着采用奇异但不成熟的电池化学方法。这也意味着飞机将携带高度浓缩的能源,其能量密度类似于炸药,所以这种方法存在安全问题,需要广泛的研究和测试。

Greenhalgh说:“我们的替代方案意味着所需能源的集中度将大大降低,从而消除了同样的安全问题。这也将意味着飞机重量的整体减少,在环保方面也有所提高。欧洲目前在这方面处于世界领先地位,尽管中国、韩国和美国在这方面也投入了大量资源。如果我们把这项技术留在欧洲,这将意味着欧洲将是交付第一架全电动客机的最佳地点。


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