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eVTOLの出力密度と熱管理

航空機推進システムの設計は新たな段階を迎えています。初期の飛行機はプロペラ式であり、その次はジェットエンジンの時代でした。最初のジェット機が出現し航空機業界に大変革をもたらしたのは、第二次世界大戦中のことです。Me 262の登場により戦闘機の飛行技術は一変しました。その後ジェットエンジンを搭載したあらゆる種類の戦闘機が開発され、定期航空業界も大きく進歩し、人々は便利なビジネスジェットで世界中を駆けめぐるようになりました。そして次のフロンティアこそが電気推進技術なのです。

eVTOL設計における電気推進技術の課題

さまざまな分野で「e」のつく用語が増えているように、eVTOLの「e」も電気 (electrical) の「e」です。つまりeVTOL機とは、電動垂直離着陸機のことで、垂直離着陸の方式の変化とともに業界で普通に使われるようになりました。「e」の意味は、いろいろなことが電動化されて機械的にはとてもシンプルになり、機体構成のある面で柔軟性が増し、より多くのローターが搭載可能になります。電気部品は機械部品よりメンテナンスしやすく、場合によっては信頼性にも優れています。シンプルであるということは、運用コストの総額を抑えられるということです。従来型の垂直離着陸機であるヘリコプターでは、運用コストのかなりの部分をメンテナンス費が占めています。

ただし電動化する場合、バッテリーとガソリンとでは出力密度が異なります。また、バッテリーの複雑さに対応するため、重量と性能、そして効率の管理の方法を変える必要も生じます。すべてを電動化すれば熱の問題も重要になります。電気系が発する熱は従来の手段では解消できません。

現在開発されている電気推進ユニットは8年ほど前から航空機のかたちを大きく変えようとしています。重要な変化の1つに、搭載電力量の飛躍的な増加があります。これまで空を飛んでいたどんなものとも比べものになりません。たとえば CityAirbus は、200kWのモーター8基を搭載しています。4人から6人を乗せて飛ぶには800kWが必要になり、残り800kW分のモーターで冗長性を確保しています。この合計1.6メガワットというのは実に驚くべき数字です。一方、787やF-35 JSFなど、従来の固定翼機に搭載された電源は、およそ1メガワット程度です。787は推進力のために電気を使うわけではないので簡単に比較はできませんが、開発エンジニアがどんな新しい課題に立ち向かわなくてはならないかは想像できると思います。そのような電動システムからは大量の熱が発生するため、運転中に排熱する仕組みも必要です。

航空機の電気モーターの設計や熱処理に対する課題はどのように解決できるのでしょうか? シーメンスのアカウントでサインインして、ぜひこの記事の続きをご一読ください。

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eVTOL設計における電気推進技術の課題

さまざまな分野で「e」のつく用語が増えているように、eVTOLの「e」も電気 (electrical) の「e」です。つまりeVTOL機とは、電動垂直離着陸機のことで、垂直離着陸の方式の変化とともに業界で普通に使われるようになりました。「e」の意味は、いろいろなことが電動化されて機械的にはとてもシンプルになり、機体構成のある面で柔軟性が増し、より多くのローターが搭載可能になります。電気部品は機械部品よりメンテナンスしやすく、場合によっては信頼性にも優れています。シンプルであるということは、運用コストの総額を抑えられるということです。従来型の垂直離着陸機であるヘリコプターでは、運用コストのかなりの部分をメンテナンス費が占めています。

ただし電動化する場合、バッテリーとガソリンとでは出力密度が異なります。また、バッテリーの複雑さに対応するため、重量と性能、そして効率の管理の方法を変える必要も生じます。すべてを電動化すれば熱の問題も重要になります。電気系が発する熱は従来の手段では解消できません。

現在開発されている電気推進ユニットは8年ほど前から航空機のかたちを大きく変えようとしています。重要な変化の1つに、搭載電力量の飛躍的な増加があります。これまで空を飛んでいたどんなものとも比べものになりません。たとえば CityAirbus は、200kWのモーター8基を搭載しています。4人から6人を乗せて飛ぶには800kWが必要になり、残り800kW分のモーターで冗長性を確保しています。この合計1.6メガワットというのは実に驚くべき数字です。一方、787やF-35 JSFなど、従来の固定翼機に搭載された電源は、およそ1メガワット程度です。787は推進力のために電気を使うわけではないので簡単に比較はできませんが、開発エンジニアがどんな新しい課題に立ち向かわなくてはならないかは想像できると思います。そのような電動システムからは大量の熱が発生するため、運転中に排熱する仕組みも必要です。

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