كتبت : حبيبة جمال
قبل عامين ، كشفت شركة إيرباص النقاب عن العديد من مفاهيم الطائرات الممكنة – والمعروفة مجتمعة باسم “زيرو” – والتي تساعد في تحديد أول طائرة تجارية عديمة الانبعاثات في العالم والتي يمكن أن تدخل الخدمة بحلول عام 2035.
بينما تستكشف هذه المفاهيم فئات الأحجام المختلفة والتخطيطات الديناميكية الهوائية وبنى أنظمة الدفع، إلا أنها تشترك جميعًا في شيء واحد: إنها تعمل بالوقود الهيدروجين.
ثلاثة منها لديها محركات تستخدم احتراق الهيدروجين لتشغيل توربيناتها الغازية – على غرار الطريقة التي تحرق بها المحركات التوربينية والعنصر التوربيني الكيروسين اليوم، ولكن بدون ثاني أكسيد الكربون وانبعاثات الجسيمات.
وفي الوقت نفسه، فإن طائرة مفهوم رابع من طراز زيرو، تمثل طائرة إقليمية عالية الجناح تتسع لـ 100 مقعد ، تتميز بستة مراوح بثماني شفرات متصلة بأقراص المحرك – وهو تكوين حصلت عليه شركة إيرباص مؤخرًا على براءة اختراع. في حين أن هذه القرون تشبه ظاهريًا محطات توليد الطاقة التوربينية، إلا أنها تحتوي في الواقع على خلايا وقود الهيدروجين التي تنتج الكهرباء نتيجة للتفاعل الكهروكيميائي لتشغيل المحركات الكهربائية.
في هذا السياق، أجرت شركة إيرباص دراسات الجدوى والاختبارات المعملية لتحقيق محرك يعمل بخلايا الوقود من فئة ميجاوات يعمل بكامل طاقته ويمكن اختباره أثناء الطيران بحلول منتصف هذا العقد – حوالي عام 2026.
أعلن لأول مرة علنًا في نهاية نوفمبر في قمة إيرباص ، سيستخدم منصة اختبار الطيران متعددة الوسائط لطيران إيرباص – A380 MSN001.
سيتم تعديل الطائرة خارجيًا لتحمل جراب محرك خلية الوقود ، بينما داخل جسم الطائرة الخلفي للطائرة ، ستقوم إيرباص بتركيب خزان تبريد فريد لاحتواء الهيدروجين المسال.
كيف تعمل؟
لتوضيح اآليه العمل، يتم تحويل الهيدروجين السائل من الخزان المبرد إلى حالة غازية، يتم توزيعه بعد ذلك على خلية الوقود عبر خطوط الإمداد التي تعمل من الخزان ومن خلال هيكل دعم ديناميكي هوائي خارجي وحامل إلى واجهة عمود المحرك.
من هناك يدخل الهيدروجين الغازي إلى خلية الوقود داخل الكبسولة، حيث يتم توفير جزيئات ثاني أكسيد الأكسجين (O2) أيضًا من خلال تدفق متحكم به للهواء – مأخوذ من الغلاف الجوي المحيط. ينتج التفاعل الناتج داخل خلية الوقود تيارًا كهربائيًا مباشرًا (DC) يتم تحويله لاحقًا إلى تيار متناوب (AC) بواسطة المحولات.
تقوم المحركات الكهربائية بالقرب من مقدمة الكبسولة بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية عن طريق توصيل عزم الدوران إلى علبة تروس الاختزال، في نهاية سلسلة الدفع ، توفر المروحة الدفع.
يجب نقل الطاقة الحرارية المتولدة من خلية الوقود بواسطة نظام تبريد سائل إلى المبادلات الحرارية حيث يتم تبديدها في الهواء المحيط، يتم إنتاج الماء أيضًا كمنتج ثانوي للتفاعل الكهروكيميائي الذي يتم طرده من مخرج في الجزء الخلفي من الكبسولة.
تعديل A380
كانت طائرة A380 هي الخيار الواضح كـ “مضيف” لتركيب محرك خلية وقود الهيدروجين، يقول ماتياس أندرياميسينا ، رئيس الاختبارات في شركة إيرباص: “لديها مساحة كبيرة داخليًا – لذلك لا توجد قيود من حيث استيعاب كل ما نحتاجه ، فضلاً عن القدرة على اختبار تكوينات متعددة”.
من حيث الديناميكا الهوائية ، فإن A380 طائرة مستقرة للغاية. لذا فإن الكبسولة المتصلة بجسم الطائرة الخلفي عبر كعب لا تشكل مشكلة كبيرة. علاوة على ذلك، فإن تدفقات الهواء من الكبسولة والمروحة الخاصة بها لا تؤثر على تدفق الهواء فوق أسطح ذيل طائرة A380.
مع A380 لدينا أيضًا طائرة مجهزة بالكامل بالفعل. تعد أجهزة اختبار الطيران جزءًا كبيرًا من المشروع ويمكن أن تكون محركًا كبيرًا من حيث التكلفة والتخطيط. لذلك كان MSN001 هو الخيار الأمثل بالنسبة لنا “.
كان المفهوم العام الذي استقر عليه الفريق هو إجراء الحد الأدنى من التعديلات الهيكلية داخل A380، “نحن فقط نعزز إطارين من جسم الطائرة ثم نركب هذا الكعب خارجيًا. ثم نقوم بتركيب برج مُكيف خصيصًا لإرفاق هيكل الكبسولة بهذا العقب.
بشكل عام ، ستكون قادرة على دعم الأحمال الثابتة والديناميكية العالية “، كما يقول أندرياميسينا.
بينما يتم تثبيت معظم المعدات خارج الطائرة ، يوجد بالداخل ما يشير إليه الفريق باسم “الخيمة” – وهي عبارة عن مبيت بطول 10 أمتار (32 قدمًا) وعرض 4 أمتار (13 قدمًا) مع مقطع عرضي مكافئ ، والذي سيتم تصنيعه من ألياف الكربون بواسطة فريق إيرباص أتلانتيك في تكنوسنتر دي نانت ، فرنسا، داخل هذا الهيكل يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى أربعة خزانات مبردة تحتوي على الهيدروجين السائل.
أثناء اختبارات الطيران، سيكون الهواء الفعلي داخل الخيمة بنفس ضغط الهواء خارج الطائرة. بمعنى آخر، فإن المعدات المثبتة داخل هذه الخيمة ستشاهد فقط بيئة الغلاف الجوي غير المضغوطة. يتضمن ذلك خطوط إمداد الهيدروجين من الخزان ، والتي يتم توجيهها مباشرة من الخيمة إلى القاعدة ثم إلى الكبسولة الخارجية ، والتي سيتم تجميعها في مصنع إيرباص في سانت إلوي في تولوز.
كما يقول أندرياميسينا، “باستخدام هذا النهج يتجنب خطر دخول أي هيدروجين إلى الداخل المضغوط الرئيسي للطائرة A380 لأن جميع مسارات الهيدروجين من الخزان ستقع أيضًا داخل بيئة الخيمة الواقية، هناك أيضًا خطوط تنفيس للطوارئ ، لذا يمكننا طرد الهيدروجين من خط الطوارئ هذا إذا لزم الأمر “.
الخطوات التالية
يضيف أندرياميسينا: “كل ما يتعلق بمركز التوزيع ووحدة التحكم في المحرك يتم إنتاجه داخليًا – وهذا نشاط” إيرباص “، بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير نظام الدفع وعلبة التروس المرتبطة والتحكم في الملعب بواسطة طائرات إيرباص هليكوبتر وزملاء في الدفاع والفضاء. إنها المرة الأولى التي تصنع فيها شركة إيرباص مثل هذا المحرك بأنفسنا – إنه تحد كبير”.
تشمل أولى الخطوات الأخرى لشركة إيرباص اعتماد بنية كهربائية موزعة ذات جهد عالٍ لما يصل إلى 1000 فولت تيار مستمر وأيضًا إنشاء نظام مخصص للتحكم في المحرك – وهذا سيترجم الدفع الذي يأمر به الطاقم إلى قوة العمود الفعلية.
تجري بالفعل أنشطة اختبار أرضية واسعة النطاق. تشمل الأمثلة المقاعد الكهربائية وأنظمة الإدارة الحرارية والعديد من مقاعد تكامل خلايا الوقود.
اعتبارًا من عام 2024 ، ستكون هناك مناضد اختبار متكاملة إضافية مثل: منضدة تكامل لنظام خلايا الوقود تتميز بمكدس خلايا وقود بقدرة 200 كيلو وات وغرفة مناخية ؛ مقعد تكامل وظيفي لنظام التحكم في المحرك للتحقق من الواجهات والمشغلات الحقيقية ؛ ومنضدة تكامل المروحة.
سوف يستكشف الأخير تكامل علبة تروس تشغيل درجة المروحية، وتحمل علبة التروس ، واختبارات تحرير الشفرة الجزئية.
وبالتوازي مع ذلك، سيتم توصيل مراكز الطاقة ومحولات الطاقة المطورة حديثًا لعارض طيران خلية الوقود بجهاز اختبار A380 “الطائر الحديدي” لدمجها مع أجهزة A380 ATA Chapter 24 القديمة (الطاقة الكهربائية).
في وقت لاحق من ذلك العام سيكون هناك أيضًا “جراب حديدي”، ستجمع منصة الاختبار هذه لأول مرة بين العديد من المكونات الرئيسية: 800 كيلو وات من طاقة خلية الوقود لمحركين كهربائيين؛ وحدات التحكم في المحرك علبة التروس نظام التوزيع والتحويل الكهربائي عالي الجهد الجديد ؛ إمداد هواء “طيران” ونظام التبريد السائل.
بحلول عام 2026 ، وبعد اتباع جميع اختبارات مقاعد البدلاء المتنوعة ، ستتمكن الفرق من اختبار النظام بأكمله في منصة الاختبار المتكاملة (ITB)، سيشمل هذا جراب خلية الوقود المعياري للطيران ، مع جميع أنظمته المختلفة وبالطبع المروحة.
سيتم توصيل ITB ، التي سيتم بناؤها في عام 2024 ، بنفس أجهزة اختبار الطيران كما في A380 MSN001 وستكون هناك أيضًا غرفة تحكم مشتركة لتدريب طاقم الطائرة.
يقول أندرياميسينا: “من الآن وحتى اختبارات الطيران في عام 2026 ، لدينا الكثير من التحديات، ليس فقط في التصميم بالتأكيد ولكن أيضًا في الاختبار”.
