irbus har lansert første hydrogen fuel-cell flymotor i megawatt-klassen. Med bruk av kryogenisk (nedfrosset) lagring av flytende hydrogen, planlegger Airbus de første testflygningene med A380 som demonstrator allerede om fire år, omlag 2026.
Den nye motorløsningen er en av flere nye flysystemer fra Airbus som inngår i Airbus ZEROe som ble introdusert i september 2020 i utviklingen av verdens første nullutslipps kommersielle passasjerfly som kan settes i drift innen 2035. De har alle én ting til felles: de er hydrogendrevne.
Tre av konseptene har gassturbin-motorer med hydrogen, tilsvarende som turbofan- og turboprop-motorerer forbrenner Jet A-1 (parafin) i dag, men uten sistnevntes CO2- og partikkelutslipp.
Først i løypa er imidlertid et fjerde ZEROe konseptfly med fire hydrogen fuel-cell flymotorer. Brenselceller som opprinnelig oppfunnet av Sir William Grove i 1838, skaper elektrisitet effektivt i en elektrokjemisk reaksjon, snarere enn via forbrenning.
100-seters passasjerfly
Planen til Airbus er å utvikle, produsere og sette i drift nye nullutslipps 100-seters passasjerfly fram mot 2035. Flyene utstyres med høye vinger og fire hydrogen fuel-cell flymotorer, hver montert i en pod (nacelle/motorcowling) bak seks åttebladede propeller – en konfigurasjon patentert av Airbus.
Selv om de nye flymotorene til forveksling ligner turboprop-motorer utvendig, inneholder disse podene hydrogen brenselceller som produserer elektrisitet som resultat av en elektrokjemisk reaksjon. Airbus har gjennomført en rekke laboratorietester i utviklingen av ny megawatt-klasse brenselcellemotor for testflygninger med demonstrator i 2026.
Den nye flymotoren ble annonsert 30. november under Airbus Summit 2022 og vil bli montert på Airbus faste multimodale flytestplattform, ikoniske A380 MSN001. Flyet er modifisert utvendig med en pylon festet mellom vinger og empennage for testing av brenselcellemotoren og propeller. Inne i den bakre delen av flykroppen vil Airbus plassere en kryogentank med flytende hydrogen.
Med hydrogen som skyvekraft
Slik fungerer det: Flytende hydrogen fra den kryogene tanken omdannes til gassform som sendes til brenselcellen.
I brenselcellen inne i poden blir det gassformige hydrogenet tilført dioksygen (O2)-molekyler fra en kontrollert luftstrøm – hentet fra atmosfæren utenfor flyet. Reaksjoner i brenselcellen produserer elektrisk likestrøm (DC) som ved hjelp av invertere omdannes til vekselstrøm (AC). Elektriske motorer nær fronten av poden konverterer deretter den elektriske kraften til mekanisk kraft og dreiemoment i en reduksjonsgirkasse som gir skyvekraft til propellen.
Den termiske energien (varm luft) fra brenselcellen kjøles ned og slippes ut i luften. Vann er sammen med varmen biprodukter fra den elektrokjemiske reaksjonen og fraktes ut av et rør på baksiden av poden.
Modifisering av A380
A380 MSN001 var det åpenbare valget for testing av hydrogen fuel-cell flymotoren til AIrbus.
«Den har god plass internt - så det er ingen begrensninger i forhold til å imøtekomme alt vi trenger, samt muligheten til å teste flere konfigurasjoner», forteller leder for ZEROe Demonstrators and Tests hos Airbus, Mathias Andriamisaina.
«Når det gjelder aerodynamikk, er A380 et veldig stabilt fly. Så poden festet til den bakre flykroppen via pylonen utgjør ikke noe stort problem. Dessuten påvirker ikke luftstrømmene fra poden og propellen luftstrømmen over A380s haleflater», legger han til.
"Med A380 har vi også et fly som allerede er fullt instrumentert. Flight-test-instrumentering (FTI) er en stor del av prosjektet og kan være en stor pådriver når det gjelder kostnader og planlegging. Så MSN001 passet perfekt for oss».
Mesteparten av utstyret blir installert utenfor flyet. Inne i flyet plasseres «teltet» – en 10 meter lang og 4 meter bred container i karbonfiber med plass til opptil fire kryogene tanker med flytende hydrogen.
Under testene vil luften inne i containeren ha samme trykk som utenfor flyet. Ved å bruke denne tilnærmingen unngår testteamet risikoen for at hydrogen kommer inn i interiøret til A380. Det er også nødventilasjonsledninger, som kan sende ut hydrogen ved behov.
Første flymotor fra Airbus
Det er første gang Airbus utvikler en flymotor på egenhånd. I tillegg er distribusjonssentral, motorstyringsenhet, framdriftssystem, girkasse og pitchkontroll utviklet av Airbus Helicopters og forsvars- og romfartskolleger.
Blant andre nyvinninger har Airbus utviklet en høyspent distribuert elektrisk arkitektur for opptil 1000 volt likestrøm og et kontrollsystem i cockpit for å styre thrust og akselkraft.
En rekke bakketester i nye testanlegg er allerede i gang. Det inkluderer termiske styringssystemer og integrering av brenselceller.
Nye integrerte testbenker
Fra 2024 vil nye integrerte testbenker komme på plass: en integrasjonsbenk med brenselcellesystem med 200kW brenselcelle-stack og klimakammer; en funksjonell integrasjonsbenk (FIB) for motorkontrollsystemet for å validere grensesnitt og aktuatorer; og en Propell Integration Bench (PIB). Sistnevnte for å utforske girkasseintegrering med propellstigning, girkasseutholdenhet og tester med delvis bladutløsning.
Innen 2026 vil teamene kunne teste hele systemet i en integrert testbenk (ITB). Dette vil omfatte pod, komplett med forskjellige systemer og propell. ITB skal ifølge Airbus tas i bruk i 2024, og integreres med flytestinstrumenteringen i A380 MSN001. Det planlegges også et kontrollrom for opplæring av flybesetning.
Flere artikler om
...
