電動航空機

電動航空機（Electric aircraft）とは動力に電動機を使用する航空機のこと。電気飛行機、電動推進、電気推進、電気式とも。
1970年頃から開発が活発化し、無人・有人の機体が製作されている。
電動飛行船での有人飛行は19世紀にさかのぼり、テザーヘリコプターの場合は1917年にさかのぼる。電動模型航空機は、少なくとも1970年代から飛行している。
実用では無人航空機(UAV)が先行し、航空写真、監視、通信、宅配など様々な用途に利用されるようになってきた。
電気飛行機による有人フリーフライトは1973年のが最初で、現在も有人電気飛行機の多くは実験的な試作機である。2015年から2016年にかけて、ソーラーインパルス2が太陽光発電による地球1周を達成。eVTOL機またはパーソナルエアビークルは、アーバン・エア・モビリティのために検討されている。電気民間旅客機は運用コストを下げる可能性がある。
概要.
航空機としての特性はプロペラ機のエンジンと燃料を電動機と電源に交換したものであり、機体設計ほぼそのままであるため、既存の航空機を改造する例が多い。現在では電動機の出力と電池の重量問題から実験機はのような軽量な機体やモーターグライダーなどが利用されている。エアバスはプロペラではなくダクテッドファンを使用するを開発した。固定翼機だけでなくヘリコプターや超軽量動力機も製作されている。
電源はバッテリー、太陽電池、燃料電池などが使われる。特に太陽電池を使うものはソーラープレーンと呼ばれる。
欠点.
この特性に合わせ、飛行場から離れない練習機やスポーツ機、近距離用の有人ドローンへの採用が検討されている。
2020年現在国際民間航空機関では電動航空機の操縦や整備資格について明確に定めておらず、飛行前に航空当局へ実験飛行として申請している。なおモーターグライダーや超軽量動力機は動力について定めがないため、電池を電源とするプロペラ式が普及している。
小型無人航空機の推進器として、イオンクラフトを利用する研究が行われている。
推進力の他にヘリコプターのテールローターを電動ファンに置き換える構想もある。
電源.
電池.
二次電池に蓄えた電気を使用する。プロペラをエアブレーキにすることで電力回生も可能である。
電気二重層コンデンサは電力量が少ないため主電源には不適格であるが、高出力が必要な離陸時にブーストとして使う案もある。
NASAでは技術実験"LEAR Tech"のためを母体とし、主翼に18基の電動機を搭載したNASA X-57 マクスウェルを製作した。
電池は放電後に死重になってしまうのが欠点である。また重量エネルギー密度がガソリンは12,000wh/kgに対し現状のリチウムイオン二次電池は100–243wh/kgと著しく低く、充放電の繰り返しにより劣化する問題もある。
電池の充電は燃料の給油と比較して長い時間がかかることも欠点である。電気自動車においては電池交換所において満充電のバッテリーと短時間で交換する手法とし、充電中の待ち時間を減らしたメーカーもある。
電線.
地上の電線に接続する。電池を搭載しないので軽量となるが、距離が伸びると電線の重さが問題となる。
1917年に観測ヘリコプターの実験機が製作された。
太陽電池.
機体上面に設置した太陽電池を電源とする。二次電池を搭載し曇りや夜間でも飛べるようにした機体が多い。二次電池を搭載した場合、事実上航続距離の上限が無いので長期間滞空が可能。
燃料電池.
燃料電池を電源とする。地上で燃料（水素、炭化水素、アルコールなど）を給油する時間は充電よりも短く、消費すれば軽くなるなど内燃機関に近い感覚で利用できる。
欠点としては酸素が薄くなると反応しにくいため高度に制限がある、可燃物を搭載するため危険性は内燃機関と同じになる、地上の設備を改修する必要があるなど。
液体水素を燃焼とするガスタービンエンジンを搭載したは欧州連合が「クライオプレーン計画」として2000年から2年間研究を行いエアバスも参加したが下火となっていた。またボーイングも研究している。
ハイブリッド.
電動機単独ではなく内燃機関とのハイブリッド式の研究も行われている。ターボ・エレクトリック方式、ディーゼル・エレクトリック方式、ガス・エレクトリック方式のように内燃機関を発電機として利用する方式は、内燃機関の特性に合わせた効率の良い発電が可能で、バッテリーの進化にも柔軟に対応できる、
欠点としてはハイブリッドエンジンの技術が必要となることや、発電用のエンジンを搭載するため重量が増加する。
人力飛行機に発電機を搭載した人力と電気のハイブリッド機が製作されたこともある。
エアバス、ロールス・ロイス、シーメンスはターボファン4発機のBAe 146のエンジン1基を電動ダクテッドファンで置き換えたでリージョナル機の研究を行う予定。
燃料電池とジェットエンジンを組み合わせるハイブリッドジェットエンジンは、高高度における酸素不足をエンジン内のコンプレッサーで解決できるほか、ジェットエンジン故の高速度化、燃料電池の排熱を利用することによるコンバインドサイクル発電同様の高効率化などが期待されている。
その他.
マイクロ波を地上から照射するワイヤレス電力伝送などのアイディアもあるが実験段階である。
歴史.
NASAでは電動航空機の陸上試験施設として2019年からを開設する予定。
エアレースの大会 の電動航空機部門であるが2020年に開催予定。
高度8万フィートまで到達可能な有人ソーラープレーンの開発が行われている。
JAXAでは2020年代にスカイスポーツ用、2030年代にエアタクシー、2040年代に短距離路線向けのコミューター機、2050年代には中型のリージョナル機が実現すると予測している。