ハイブリッド電気航空機

ハイブリッド電気航空機は、ハイブリッド電気パワートレインを備えた航空機です。リチウムイオン電池のエネルギー密度は航空燃料よりもはるかに低いため、ハイブリッド電気パワートレインは、純粋な電気航空機と比較して飛行距離を効果的に延ばすことができます。2018年5月までに、30を超えるハイブリッド電気航空機プロジェクトがあり、 2032年からは短距離ハイブリッド電気航空機が構想されています。

ボーイングのトラスブレース翼亜音速コンセプトは、ハイブリッド電気推進で計画されました。^[1] ダイアモンドDA36 E-Starは2011年6月8日に初飛行しました。これは、燃料消費と排出量を最大25％削減し、100人乗りの旅客機に拡張可能な技術である、シリーズハイブリッドパワートレインの最初の飛行でした。 ^[2]小型で100 kg（220ポンド）軽量のオーストロエンジン40馬力（30kW）ヴァンケルエンジンが電力を生成し、静音離陸のためにEADSバッテリーで補助され、プロペラを回転させるシーメンスの70kW（94hp）電気モーターに電力を供給します。^[2] アグスタウェストランドプロジェクトゼロはハイブリッド電気になる予定でした。

NASAは、世界で最も燃費の良い飛行機の開発を促進するために、100周年記念コンテストを後援しました。 ^{[3]このコンテストは}Googleが共催し、カリフォルニアで開催されました。参加者の中には、エンブリー・リドル航空大学の学生が製作した世界初の並列ガス電気ハイブリッド航空機であるEcoEagleと、2機の電気飛行機、Pipistrel Taurus G4とeGeniusが含まれていました。^[4]

ファラデア・エアロスペースは、BEHA（バイオ・エレクトリック・ハイブリッド・エアクラフト）と呼ばれるトリプルボックスウィングのハイブリッド電気航空機のコンセプトを発表した。これは、ハイブリッド電気地域飛行用に特別に設計された世界初の地域航空機の1つである。この英国の新興企業は、初期のコンセプトから最新のBEHA M1Hバリアントまで開発を続けており、将来的には無人および全電動バリアントの可能性もある。E-STOL BEHAは英国政府の主要メンバーから支援を受けており、機体開発はスウォンジー大学で行われている。^[5]

ボーイングとジェットブルーの支援を受けるズーナム・エアロは、2014年から10〜50席のハイブリッド電気 地域航空機ファミリーの開発に取り組んでいる。^[6] 2017年10月5日、ズーナムは6〜12席の航空機の開発を開始した。2020年の飛行と2022年の納入を目指しており、運航コストを40〜80％削減して、78席のダッシュ8-Q400の有効座席マイル（ASM）コストに達する見込みである。^[7]

2017年11月28日、エアバスはロールス・ロイス社およびシーメンス社と提携し、2020年に飛行予定のE-Fan Xハイブリッド電気旅客機実証機を開発すると発表した。 ^[8]

1,300馬力のGE Catalystはハイブリッド電気推進に使用できる。2016年後半、ゼネラルエレクトリックはGE F110戦闘機ターボファンを改造し、高圧タービンから250kW 、低圧タービンから750kWを抽出できるようにした。これには米空軍研究所とNASAの支援が含まれ、 GEグローバルリサーチと共同で1メガワットの電気モーター/発電機を開発・テストし、シリコンカーバイドベースのスイッチと1.7kWのMOSFETパワーモジュールを使用して2,400ボルトのDCを3相ACに変換する液冷インバーターをテストした。^[9]

業界の専門家は、2032年までに50席以上のハイブリッド電気航空機がロンドン・パリ路線などで商業運航を開始すると予想している。^[10]

2018年11月までに、Zunum Aeroのオフィスは閉鎖され、プログラムが終了すると70人のスタッフ全員が解雇されました。

EUは、2016年までの3年間でTRL4で655万ユーロをHypstairプログラムに資金提供した。Pipistrel Pantheraのモックアップにシリアルハイブリッド電気パワートレインが搭載され、バッテリーのみ、100kWの発電機のみ、および両方で駆動する200kWモーターの地上テストが行​​われた。^[11] その後、2017年からはMahepaプロジェクトが続き、EUはHorizo​​n 2020研究プログラムの下で4年間で900万ユーロを資金提供し、2050年までに航空機の炭素排出量を70％削減し、製品開発に入る前にTRL6まで削減することを目標としている。^[11]

パンテーラの駆動系は、機首に電動モーター 推進発電機と内燃機関 発電機、翼にヒューマンマシンインターフェースとコンピューティング、燃料とバッテリーというモジュールに分かれている。 ^[11]地上テストは2019年に予定されており、その後2020年に飛行テストが行​​われる予定。^[11]

双胴、4座席、バッテリー駆動のピピストレル・トーラスG4は、DLR 水素燃料電池パワートレインを搭載し、2016年9月にHY4として飛行した。胴体内に水素タンクとバッテリー、中央ナセルに燃料電池とモーターが搭載されている。^{[11]パートナーは、ドイツのモーターおよびインバーター開発企業コンパクトダイナミクス、}ウルム大学、デルフト工科大学、ミラノ工科大学、マリボル大学である。^[11]

地上試験と飛行試験は、数か月後にパンテーラの試験に続く予定である。^[11]

地上での取り扱いに沿って、19席および70席の旅客機へのスケーリングが2つの構成で研究される。1つは電気分散推進用の同じサイズのモジュールを増やすか、もう1つは飛行試験の結果を外挿してツインプロペラに動力を供給するより大きなサイズのモジュールである。 ^[11]飛行ではシステムの動作をテストし、性能と信頼性を測定し、故障モードを評価する。 [11]故障率は、信頼性の高いコンポーネントを使用するか冗長性を持たせることで、旅客機と同じくらい低く、1,000万時間に1回という目標が設定されている。 [ ^{11 ]}

P-51マスタングのスケールレプリカを開発しているオーストリアの会社ScaleWingsは、独立したモジュールをベースにしたハイブリッドで冗長性のあるピストン/電気エンジンを開発した。1.15L（70立方インチ）の4ストロークVツインエンジンはターボチャージャー付きで80馬力と120馬力（60kWと89kW）を出力し、電気モーターは合計で170～350馬力（130～260kW）を出力している。^[12]

VoltAeroは、 2014年型エアバスE-Fan 1.0のCTO兼テストパイロットによって2017年9月に設立されたスタートアップ企業で、ロワイヤンに拠点を置き、フランスのヌーヴェル・アキテーヌ地域の支援を受けて設立されました。^[13]同社はセスナ337スカイマスターをベースにしたハイブリッドテストベッドを開発しており、2019年2月下旬に飛行させる予定です。^[13] クリーンシートの全複合材製のVoltAero Cassioプロトタイプは2020年に続き、2021年後半または2022年初頭に納品される予定です。^[13]翼のトラクタープロペラを駆動する2つの60kW（80馬力）電気モーターと、後部胴体のプッシャープロペラを駆動する170kW（230馬力）のピストンエンジンと150kW（200馬力）のモーターによって駆動されます。 ^[13]燃料とバッテリーを組み合わせると、9人の搭乗者で1,200km（650海里）の航続距離が得られます。^[13]

2018年10月31日、ダイアモンド・エアクラフト社は、ドイツ経済省とオーストリア研究振興庁の資金提供を受けたHEMEPを飛行させ、20分以内に最高速度130ノット（240 km/h）、高度3,000フィート（910 m）に到達した。^[14]これはDA40の改造版で、単発ピストンエンジンが機首のシーメンス製75kW（101 hp）電気モーター2基に置き換えられ、110kW（150 hp）のオーストロエンジンAE300ディーゼルまたは12kWh（43 MJ）のバッテリー2個で駆動し、5時間の飛行またはバッテリーのみで30分の飛行が可能となっている。^[14]

2019年1月までに、米国の新興企業であるAmpaireは、セスナ337スカイマスター（プッシュプル航空機）の機尾のピストンエンジンを電動モーターに交換し、セスナキャラバンで運航されるハワイアン・モクレレ航空の通勤路線でプロトタイプを飛行させていました。^{[15]キャラバンまたは}ツインオッターの改造に興味を持っている航空会社は、シアトルのケンモア・エア、ベリーズのトロピック・エア、プエルトリコを拠点とするビエケス・エア・リンク、テネシー州メンフィスのサザン・エアウェイズ・エクスプレス、ガーンジー島のオーリニー、北マリアナ諸島を拠点とするスター・マリアナズ・エア、ノルウェーの7社です。^[15]テスト飛行は、中央マウイのカフルイ空港と東側のハナ空港の間、28マイル（45km）のルートで15分以上かけて行われます。 ^[16]ハイブリッドプロトタイプは、2021年に予定されている定期サービスの前に、2019年6月6日に最初の公開テスト飛行を実施しました。^{[17]パーソナルエアラインエクスチェンジ（PAX）は、2021年に認定される}アンペアエレクトリックEEL改造6人乗りスカイマスターのローンチカスタマーとなり、50機プラス50オプションを注文しました。^[18]

UTCは2019年3月までに、39席のボンバルディア ダッシュ 8 Q100をハイブリッド電気機に改造し、2022年からプロジェクト804の一環としてデモ飛行を行う予定だった^。[19] 2MW（2,700馬力）の設計はエアバスE-Fan Xプログラムに似ているが、その後の商用提供に向けて認証と生産を目指している。^[19] 2,150馬力（1,600kW）のPW121ターボプロップエンジン1基を、同じ定格の電動モーターと組み合わせた1MW（1,300馬力）のガスタービンに交換し、離陸と上昇には市販のリチウムイオン電池で駆動する。^[19] タービンは巡航時には単独で使用され、降下時にはモータージェネレーターを駆動してバッテリーを充電する。^[19]小型エンジンは 最適に作動し、200～250 nmi（370～460 km）で30％の燃料節約を実現します。^[19] 自重の増加と燃料容量の50％減少により、航続距離は1,000 nmiから600 nmi（1,900～1,100 km）に短縮されました。^[19]

ファラデア・エアロスペースは、3月にロンドンで開催されたRevolution.aeroで、ターボプロップハイブリッド推進と「クイックチェンジ」乗客/貨物機能を備えた18座席のBEHA M1Hを発表し、CS23/Part23通勤カテゴリー規制をターゲットにしています。このE-STOL機は、独自のトリプルボックスウィング構成と静かなダクトファンプッシャー構成により、5トンのペイロードで300m未満の滑走路で運航できます。^[20]

2019年6月のパリ航空ショーでは、ダヘル、エアバス、サフランが協力してTBMベースのEcoPulseデモンストレーターを開発した。このうち2,200万ユーロ（2,500万ドル）のデモンストレーションの半分はDGACが資金提供した。^[18] 初飛行は2022年夏に予定されており、その後2025～2030年に認証されると想定されている。^[18] 航空機の既存のエンジンは、100kW（130馬力）のAPUまたはバッテリーから供給される6つの45kW（60馬力）のサフラン電気モーターによって補完される。^[18] NASAのX-57マクスウェル と同様に、分散推進により翼端渦が減少し、翼を吹き飛ばすことで低速時の揚力が追加され、より小型で抗力の低い翼が可能になる。^[18]

2019年5月中旬にUBSが実施した調査によると、アメリカ人とドイツ人の38％がハイブリッド電気飛行機に乗る可能性が高いと答えており、18～44歳ではその割合は50％を超えている。^[21] UBSは、250海里（460キロ）未満の短距離路線で最大9人乗りのハイブリッド航空機は2022年から、1時間以内の地域航空会社では2028年から利用可能になると考えている。 ^[21] UBSは、2028年から2040年にかけてハイブリッド電気飛行機の市場が16,000機、1780億～1920億ドルに達すると予測しており、そのほとんどは一般航空、小型ビジネスジェット、地域航空機で、現在の50～70人乗りの飛行機よりも運航コストが20％低い。^[21]

クランフィールド・エアロスペース・ソリューションズ（CAeS）が主導するプロジェクト・フレッソンは、 2019年10月1日に開始され、30か月以内に電動ブリッテン・ノーマンBN-2アイランダーを飛行させ、さらに6～12か月以内にEASA STCを取得することを目指している。 ^[22] 目標は60分の飛行時間と30分の予備機で、エネルギーは航空ガソリンの5倍安く、メンテナンスも少ないため、改造費用は3年で回収でき、航続距離延長型の燃焼エンジンを搭載する予定である。^[22] 1,800万ポンド（2,200万ドル）の資金の半分はパートナーから、残りの半分は英国政府から提供される。^[22 ] 運用中のアイランダー800機のうち、約600機が短距離飛行に使用されている。^[22] ローガンエアは、スコットランド北部沖の短距離の島間移動にアイランダーを使用する予定である。^[22]

電動EELの開発会社Ampaireと航空機改造の専門会社Ikhana Aircraft Servicesは、19席のディーゼル電気ハイブリッド機、デ・ハビランド・カナダDHC-6ツインオッターを研究している。^{[23] Ikhanaの}STCを 使用することで、最大離陸重量を5,443kgから6,350kg（12,000ポンドから14,000ポンド）に増やすことが可能であり、この研究は2019年末までに完了する予定である。^[23]

バイエルン州の資金援助を受けて、ドイツのDLRは保有するDo 228の2機のうち1機をハイブリッド電気実証機に改造している。^[24] 完全電気飛行は2020年に予定されており、ハイブリッド電気飛行は2021年にコッホシュテット空港から行われる予定である。^[24] パートナーにはMTUエアロエンジンズとシーメンスが含まれ、ロールスロイス社がシーメンスの電気推進ユニットを買収する。^[24]

2020年4月、ロールス・ロイス、エアバス、シーメンスが支援するE-FanXプログラムが中止された。^[25]

2020年7月までに、ファラデア・エアロスペースは、ダックスフォード帝国戦争博物館およびケンブリッジのゴンヴィル・アンド・キーズ・カレッジと提携して、英国ケンブリッジシャーのダックスフォード飛行場に移転し、新しいダックスフォード・アヴテック航空宇宙研究開発キャンパスの一部である新しい特注の試作施設でBEHA M1Hプロトタイプのハイブリッド電気地域航空機を開発することを発表した。初飛行は2023年後半から2024年初頭を予定している。^[26]

2020年11月、エンブラエルは、従来のターボプロップ機と比較して、必要な電力の5％に対して運用コストが15％増加するため、ハイブリッド電気駆動トレインを避けた地域型航空機の新しい設計を発表しました。^[27]

ベルリン・ブランデンブルク航空宇宙同盟は、ロールス・ロイス・ダーレヴィッツ、MTUエアロエンジン、航空工学専門のAPUS、シュテメを含むビジネスクラスターです。^{[24]同同盟は、}ターボディーゼル、ガスタービン、燃料電池発電機を搭載し、2021年に飛行予定の19座席分散型電気推進デモンストレーター、 IBEFA -i6プロジェクト を計画しています。^[24]

このi-6とは別に、 APUS i-5は総重量4トン（8,800ポンド）のタンデムシートを備えたツインブームのテストベッドになります。 ^[28]ロールスロイス250ターボシャフトは、バッテリー、発電機、コンバーター、および電力制御装置を介して4つの電動プロペラを駆動します。^{[28]ドイツの}ブランデンブルク 州とブランデンブルク工科大学の支援を受けて、2021年以降に飛行が開始される予定です^。[28]

2019年、カナダ国立研究評議会は、プッシュプル構成のセスナ スカイマスターをハイブリッド電気航空機テストベッドに改造し始めました。 ^[29] 2022年2月7日に初飛行しました。 ^{[30] [31] [32]}

2023年1月19日、ゼロアビアは、客室内のターボプロップエンジン1基を、ピーク電力用の燃料電池2個とリチウムイオン電池1個で構成されたプロトタイプの水素電気パワートレインのエンジンに置き換えたドルニエ228のテストベッド機を飛行させた。 ^[33]目標は、2025年までに、最大19人の乗客を乗せて300海里（560km）以上を飛行する機体に電力を供給する認証可能なシステムを構築することである。^[33]

2024年7月から8月にかけて、DARPAとノースロップ・グラマンはノースロップ・グラマンXRQ-73 SHEPARD（シリーズハイブリッド電気推進航空機デモンストレーション）を発表しました。 ^{[34] [35]}

• 航空の環境への影響

• ビョルン・フェアム（2019年6月14日）。「ビョルンのコーナー：ハイブリッド車が機能し、ハイブリッド航空機が課題を抱える理由」リーハムニュース。
• 「ハイブリッド航空機が空を支配するようになるかもしれない」。エコノミスト誌、2019年6月29日。