Elektrisk flygtrafik

[dr Cassandra Nojdh]

Nu var det inte VTOL-versionen som användes som användes i experimentflygningen ovan. Den borde annars mera intressera det i flygningen inblandade företaget Bristow, som i huvudsak är en helikopteroperatör

Detta nämns i artikeln som skribenten i vanlig ordning klippte bort[/url]:

The ALIA CX300 used for this demonstration is essentially a conventional take-off and landing (CTOL) version of BETA's A250 electric vertical take-off and landing (eVTOL) aircraft that we first covered back in 2020.

The culmination of six years of R&D and testing, each aircraft is designed to transport up to five passengers plus a pilot on short hops between airports – though the eVTOL can also include vertiports in its air mobility mix. The CTOL variant has a single five-blade prop to the rear, which is powered by a H500A electric motor and flies with enough battery juice for more than 300 nautical miles per one-hour recharge, according to the spec sheet.

Notera att vertiport är den elektriska motsvarigheten till heliport.

Så var det dags för lite matematik. Det är något skumt med detta, nämligen. Tillverkaren uppger en räckvidd på ~ 300 nautiska mil (555 km, 1 NM = 1,852 km), i databladet talar man om att man uppnått 336 NM (622 km) vid en flygning: https://beta.team/aircraft

Vikt är alltid någon man måste försöka hålla nere vid flygning, och när det gäller elflyg har man inte samma frihetsgrader som vid trafik på vägar, vatten eller spår. Nu är det ju det att batterier är tunga, tillverkaren uppger en energidensitet 176 Wh/kg, vilket inte är påfallande imponerande.
https://beta.team/battery

Battericellerna är monterade i moduler, och 11 sådana moduler bildar en batteripacke med en vikt på 255 kg och ett energiinnehåll på 45 kWh vid full laddning. CX300-flygplanet har som mest 5 sådana packar ombord och har alltså ett energiförråd på 225 kWh totalt. För den sakens skull måste det alltså släpa på 1275 kg batterivikt.

Ju tyngre ett flygplan är lastat, desto mer energi krävs för att flyga det vilket förstås påverkar räckvidden. Det finns formler för att räkna på det här
https://en.wikipedia.org/wiki/Range_(ae ... c_aircraft

Ett problem är att tillverkaren Beta Technologies är så njugga med viktuppgifter, det finns inga pålitliga uppgifter om vare sig maximal startvikt (MTOW=maximum take-off weight), lastkapacitet (cargo) eller flygplanets tomvikt, men de vanligaste uppgifterna är 2926 kg. MTOW resp. 567 kg. cargo. Elflygplan utmärker sig dessutom genom att de väger lika mycket vid start som vid landning, eftersom de inte har någon bränslelast som förbrukas.

Ytterligare två faktorer som måste tas med i beräkningen är flygplanets luftmotstånd och drivlinans verkningsgrad (hur mycket av av den i motor-propellersystemet inmatade energin som faktiskt omvandlas till dragkraft). Luftmotståndet beror på hur väl aerodynamiskt utformat flygplanet är, och kan uttryckas som glidtalet, dvs. hur många meter flygplanet glider framåt utan motorkraft medan det sjunker en meter. För CX300 uppges 16:1 vilket inte heller är särskilt imponerande. Drivlinans verkningsgrad är svårare att uppskatta, Beta Technologies anger 97,5% (0,975) vilket ju är extremt bra.
https://beta.team/motor
Oklart dock om det gäller inklusive propellerns verkningsgrad (propellrar har förstås också förluster) eller bara effekten på propelleraxeln. Jag sätter värdet till 0,9 för att undvika glädjekalkyler.

Formler och sådär är ju tråkigt, men någon vänlig själ har programmerat in dessa i en webbkalkylator: https://www.spinningwing.com/battery-range-calculator/

Jag sätter i värdena och får fram att maximala räckvidden med full last är drygt 405 km vilket inte är dåligt, men långt ifrån de siffror tillverkaren uppger. Testflygningarna har kanske genomförts endast med pilot ombord, men även om vi antar att lasten består endast av en sådan med 100 kg vikt så når vi inte mer än 500 km. Alla dessa beräkningar gäller i lugn luft, har man medvind kommer man längre (och omvänt). Vid glidflygning fungerar propellern som ett vindkraftverk och genererar el (regenerativ bromsning i luften) men jag tvivlar på att detta bidrar till räckvidden i någon större utsträckning. Antingen är formlerna fel, eller också de ingående värdena.

[dr Cassandra Nojdh]

Jag ber publicum om ursäkt för ovanstående tekniska utläggningar, men lastförmåga och räckvidd är ju avgörande för om det går att göra ett business case av detta. Beta Technologies är intressanta eftersom de verkar vara närmast en marknadsintroduktion för sina produkter. Det är mycket tyckande inom området, så jag ansåg för min del att det inte kunde skada med lite siffror. Det ligger nära tillhands att anta att detta är vad som går att uppnå på nuvarande tekniknivå. Beta anger att CX300 har en toppfart på 153 knop/283 km/h, men med den hastigheten tömmer man snart batteriet om man utnyttjar den 300 kW/408 hkr. kontinuerliga motoreffekt som huvudmotorn H500A sägs kunna ge: https://beta.team/motor

En rimlig marschfart är kanske 105 - 115 knop/194 - 213 km/h. I vart fall stämmer detta hyfsat överens med det uppgifter som angavs för flygningen mellan Stavanger och Bergen, 160 km. på 55 min. Hur stor motoreffekt som då krävs för att hålla planet flygande (beroende på totalvikten) orkar jag inte beräkna nu, men en annan gång kanske.

Det finns ohyggligt många projekt med eldrivna flygfarkoster, men de flesta kommer aldrig att nå förbi prototypstadiet, om ens det. Hur batterikemin, och därmed (förhoppningsvis) energidensiteten kan utvecklas är naturligtvis också en avgörande parameter.

Det är dessutom inte bara fråga om teknik utan också om politik i högerextrema Trumps "drill, baby, drill"-USA. Där kan det låta såhär i kommentarsfältet, även på webbsajter som faktiskt handlar om flygtrafik:

This has nothing to do with acceptance of electric propulsion for vehicles or aircraft. Electric self-launching gliders have been around for decades. The very first cars were powered by batteries – over a century ago. This is about the laws of physics. There is nothing that comes close to the energy density, efficiency, and portability of liquid fossil fuels, ie gasoline and diesel. Listen to the engineers like me and not the fake scientists and climate crisis hucksters.

Själv har jag aldrig förstått varför seriösa tidskrifter, webbsajter etc. ens håller sig med kommentarsfält. Många massmedia har ju också fått stänga sina, efter det att de invaderats av högerextremister.

[dr Cassandra Nojdh]

För första gången har ett helelektriskt plan - Betas sexsitsiga ALIA CX300 - flugit mellan oljemetropolerna Stavanger och Bergen i Norge.

Det intressanta är att denna referens faktiskt anger en mer realistisk uppgift om CX300-planets räckvidd.

The aircraft departed Stavanger Airport at 11:00 and spent a total of 55 minutes on the flight to Bergen. ALIA has an ultimate range of 400 km, making the 160 km distance between the two cities well within reach. The aircraft is single-engine, designed for single-pilot operations, and has a total payload capacity of 562 kg – equivalent to 5 passengers. It flies at speeds between 115 and 145 knots (210–270 km/h), comparable to a light aircraft.

[Odd]

Hur är det med energiåtgången på en sådan tur.

[dr Cassandra Nojdh]

Hur är det med energiåtgången på en sådan tur.

Att aerodynamiskt beräkna den nödvändiga motoreffekten för att hålla flygplanet i luften är komplext, och jag tror inte ens att alla parametrar som krävs för det är allmänt kända. Varken Beta Technologies eller Bristow har mig veterligen publicerat några siffror heller.


Bristow har av allt att döma redan köpt detta exemplar

Använder man den tidigare nämnda kalkylatorn får man en energiåtgång på 0,89 kWh/mile eller 0,55 kWh/km. vid horisontell flygning. 160 km flygning skulle i så fall förbruka 88,5 kWh. Den nödvändiga motoreffekten skulle då ligga mellan 95 och 100 kW.

Det här är en grov siffra, som inte tar hänsyn till att starten från Stavanger förstås kräver högre motoreffekt och mer energi, så totalsumman blir större. Dessutom tar denna teoretiska beräkning inte hänsyn till vind. Observera att den aktuella flygningen inte gjordes med full last, utan bara med två gubbar ombord, vilket borde ge lägre siffror än ovanstående skattning (med reservation för att ev. last i övrigt inte är känd).

Vad jag annars är mest osäker på i kalkylen är drivlinans totala verkningsgrad, 0,9/ 90% är en (mer eller mindre) kvalificerad gissning. En förvåning finns också, som sagt, vid att planets aerodynamiska utformning inte ger ett bättre glidtal än 16:1 För att få ned energiförbrukningen är det ju extremt viktigt att aerodynamiken är så optimerad som möjligt. Det extremt optimerade flygplanet Otto Celera 500L uppger ex.vis ett glidtal på 22:1. Men kända data varierar en hel del och tillverkarens egenpublicerade uppgifter är knapphändiga. Utöver själva motordriften drar olika hjälpsystem också energi, som klimatsystem i kabinen och ev system för avisning av vingarna.

CleanTechnica, en källa som Enceladus-kollektivt brukar åberopa, har en artikel om detta, där lite olika synpunkter får komma fram:
Test Flight Of BETA Alia CX300 Electric Airplane Completed In Norway

“The Achilles’ heel of all electric flight is the battery,” Guy Gratton, an aviation professor at Cranfield University in England, told the New York Times. He has been observing Norway’s electric flight ambitions to better understand what it may mean for the world.

Batteries today weigh 50 times more than what an equivalent amount of aircraft fuel would weigh. Unlike conventional craft, electric airplanes don’t get lighter as the journey progresses. In addition, Gratton said, the lifespan of the batteries available today may be reduced by the rapid high power charging electric flight will require. The batteries will also have to contend with powering a plane through headwinds and icy conditions, which could affect their performance. “I am somewhat skeptical about how good their range of endurance and payload will be,” Gratton said.
[... ]

As we say frequently here at CleanTechnica, the batteries that will be available in 2030 are still in laboratories today. Most observers think an energy density of 500 Wh per per kilogram will be needed before electric aircraft are commercially viable. Today’s best lithium-ion batteries are at 330 Wh per kilogram, but there are rumors of impressive gains being made by companies like CATL and BYD.

CleanTechnica skriver ibland bra saker, ibland rena tokigheter. Vart jag egentligen vill komma med dessa utläggningar är att man ska vara försiktig med att dra alltför långtgående slutsatser på det här stadiet. Som ex.vis

För första gången har ett helelektriskt plan - Betas sexsitsiga ALIA CX300 - flugit mellan oljemetropolerna Stavanger och Bergen i Norge. Detta innebär att landet kan exportera ännu mer olja till andra som vägrar att elektrifieras, inte minst EU-länder som envisas med att bevara befintliga jobb på bekostnad av nya:

Sedan avslutar vi med dagens konspirationsteori från högerextrema USA:

You fundamentally need to reassess your precepts. Net Zero and the ideology behind it has nothing whatsoever to do with the technicalities of achieving a “zero emission” airliner and everything to do with a political ideology to control and restrict the freedom of movement of individuals.

If an airliner could fly on pixie dust and fairy farts some other rational motive would be found to restrict their use.

Not only do you not have the answer, you don’t understand the question.

[dr Cassandra Nojdh]

Knappologer och amerikanska elflygmotståndare brukar vara kinkiga med terminologin när det gäller ett flygplans aerodynamiska egenskaper. Det förhåller sig nämligen så att det inte går att skapa lyftkraft med vingar utan förluster, som alltså uppstår när flygplanet rör sig framåt genom luften (för helikoptrar och andra VTOL är det ju vingarna/rotorbladen som rör sig, även om flygfarkosten står stilla). Dessa förluster brukar kallas inducerat motstånd. Utöver detta gör luften själv motstånd på olika sätt, bl.a. genom friktion. Detta motstånd, som alltså inte bidrag till någon lyftkraft, brukar kallas skadligt motstånd eller nollmotstånd. Flygplanets motorsystem måste alltså förbruka effekt för att övervinna dessa motstånd, utöver att skapa lyftkraft.

I sammanhangen talar man om L / D-kvot, dvs. kvoten mellan den skapade lyftkraften (L=lift) och flygplanets totala motstånd (D=drag), när det gäller motordrivna flygplan vid horisontell flygning. Höga värden på L / D visar på bättre egenskaper, med ex.vis lägre drivmedelsförbrukning som följd. L / D skrivs ofta som ex.vis 16:1.

Segelflygplan har ingen motor och befinner sig därför i ständig glidflykt, dvs. med en vinkel mot horisontalplanet, framdrivna av tyngdkraften. Där talar man om glidtal, som jag beskrivit ovan som ett uttryck för hur långt planet (glid)flyger (uttryckt i ex.vis meter) när det sjunker (ex.vis) en meter. Glidtalet skrivs ofta som det inverterade värdet av L / D, ex.vis 1:30. Den här artikeln beskriver detta, med exempel hämtade bl.a. från pippifåglarnas värld:
https://ftfsweden.se/wp-content/uploads ... 2019-6.pdf