מטוס חשמלי

מטוס חשמלי הוא מטוס המופעל באמצעות חשמל, כמעט תמיד באמצעות מנועים חשמליים אחד או יותר המניעים מדחפים. חשמל עשוי להיות מסופק במגוון שיטות, והנפוצות ביותר הן סוללות או תאים סולאריים.

מטוסי חשמליים נסיוניים הוטסו לפחות מאז שנות השבעים והיו מבשרי כלי הטיס הבלתי מאוישים הקטנים (מזל"טים), שבמאה העשרים ואחת נעשה שימוש נרחב למטרות רבות.

אף על פי שטיסות מאוישות במסוק המחובר לחשמל נעשו לראשונה בשנת 1917 ושל ספינות אוויר במאה הקודמת, הטיסה הראשונה של צוות מטוס חשמלי שלא מחובר לקרקע, ה-MB-E1 , בוצעה באוקטובר 1973 ומרבית המטוסים החשמליים המאוישים כיום הם עדיין רק אב טיפוס ניסיוני. בין 2015 ל-2016 השלימה סולאר אימפולס הקפה של כדור הארץ באמצעות אנרגיה סולארית. לאחרונה, העניין במטוסי נוסעים חשמליים גדל, הן למטוסי נוסעים והן למטוסים קלים.

אחסון ואספקת חשמל 
כמעט כל המטוסים החשמליים עד כה הופעלו על ידי מנועים חשמליים המניעים מדחפים המייצרים דחף או רוטורים המייצרים עילוי. כמה מהסוגים מונעי המדחף היו ספינות אוויר.

השפעת פליטת הפחמן דו-חמצני, על ההתחממות הגלובלית, הפכה לכוח מניע מרכזי בפיתוח מטוסים חשמליים, כשצוותי הפיתוח שואפים לזיהום אפסי. תעופה מהווה 2.4% מכלל פליטות הפחמן הדו-חמצני שמקורן בדלק מאובנים, וחלקו בסך הכל גדל ב-32% בין 2013 ל-2018. יתרון נוסף הוא הפחתת הרעש מאחר שמטוסים חשמליים שקטים ממטוסים בעלי בעירה פנימית. מנועים חשמליים גם אינם מאבדים כוח בגבהים, בניגוד למנועי בעירה פנימית, תוך הימנעות מהצורך באמצעים מורכבים ויקרים המשמשים למניעת זאת, כגון שימוש במגדש טורבו.

מנגנוני האחסון והאספקה של החשמל הדרוש משתנים במידה ניכרת, ולכל אחד מהם יתרונות וחסרונות מובהקים. המנגנונים שבהם נעשה שימוש כוללים:
 תאים סולאריים ממירים את אור השמש ישירות לחשמל באמצעות חומרים פוטו-וולטאיים.
 סוללות שמשתמשות בתגובה כימית ליצירת חשמל שהופכת כשהיא נטענת.
 תאי דלק צורכים דלק ומחמצן בתגובה כימית ליצירת חשמל, צריך לתדלק אותם, בדרך כלל עם מימן.
 קבלי על הם היברידית של סוללות/קבלים המשחרר אנרגיה מאוחסנת בתגובה אלקטרו-כימית וניתן להטעין אותה במהירות.
 אנרגיית מיקרוגל שמתקבלת ממשדר מרוחק.
 כבלי חשמל המחוברים לאספקת חשמל מהקרקע.

תאים סולאריים 
תא סולארי ממיר את אור השמש ישירות לחשמל, אם לצורך חשמל ישיר או לאחסון זמני. תפוקת החשמל של תאים סולאריים נמוכה ומחייבת שרבים מחוברים זה לזה, מה שמגביל את השימוש בהם. פאנלים סולאריים אופייניים הפועלים ביעילות המרה של 15–20% (אנרגיית אור השמש לחשמל) מייצרים כ-150–200 וואט למטר רבוע באור שמש ישיר. שטחים שמישים מוגבלים עוד יותר מכיוון שהפלט מלוח בעל ביצועים גרועים משפיע על התפוקה של כל הלוחות במעגל שלו, כלומר כולם דורשים תנאים דומים, כולל היותם בזווית דומה לשמש, ואינם מוסווים על ידי צל.

בין 2010 ל-2020 ירדה העלות של מודולי החשמל הסולאריים ב-90% והעלות ממשיכה לרדת ב-13–15% בשנה. יעילות התאים הסולריים עלתה גם היא באופן משמעותי, מ-2% בשנת 1955 ל-20% בשנת 1985, וכמה מערכות ניסיוניות עולות כעת על 44%.

הזמינות החופשית של אור השמש הופכת את כוח השמש לאטרקטיבי ליישומים בגובה רב, בעל סיבולת ארוכה, כאשר הקור וההפרעות האטמוספיריות המופחתות הופכות את האור ליעיל משמעותית מאשר על הקרקע. הירידה בטמפרטורת האוויר היבש ככל שהגובה עולה, עומדת בממוצע על 6.49 מעלות צלזיוס לקילומטר (שמחושב בהכשרת טייסים כ-1.98 מעלות צלזיוס ל-1,000 רגל או 3.56 מעלות פרנהייט ל-1,000 רגל) כך שהטמפרטורה בגובה השיוט של מטוס (כ-35,000 רגל) יהיה נמוך משמעותית מאשר בגובה הקרקע.

טיסות לילה בדרך כלל דורשות מערכת אחסון גיבוי, הנטענת במהלך היום מעודפי כוח, ומספקת חשמל בשעות החשכה.

סוללות 
סוללות הן המרכיב הנפוץ ביותר באחסון האנרגיה המשולב במטוסים חשמליים, בשל כושר האחסון הגבוה יחסית שלהן. סוללות הפעילו ספינות אוויר במאה ה-19, אך סוללות עופרת-חומצה היו כבדות מאוד ורק עם הגעתן של כימיקלים אחרים, כגון ניקל-קדמיום (NiCd) מאוחר יותר במאה ה-20, הפכו הסוללות למעשיות לכלי טיס הכבדים מן האוויר. סוללות מודרניות הן לרוב נטענות ומבוססות על טכנולוגיות ליתיום.

בשנת 2017 ההספק הזמין מסוללות נאמד בסביבות 170 וואט/ק"ג, 145 וואט/ק"ג כולל יעילות המערכת, בעוד טורבינת גז הוציאה 6,545 וואט/ק"ג מדלק של 11,900 וואט/ק"ג. בשנת 2018 נאמדו סוללות ליתיום-יון כולל אריזה ואביזרים לתת 160 וואט/ק"ג בעוד שדלק התעופה נותן 12,500 וואט/ק"ג.

פוטנציאל ההנעה הכל-חשמלית נשאר מוגבל לתעופה כללית, שכן בשנת 2018 צפיפות אחסון החשמל הייתה עדיין רק 2% משל דלק מטוסים. יחס 1:50 זה הופך את ההנעה החשמלית לבלתי מעשית למטוסים ארוכי טווח. לדוגמה, מטוס כול-חשמלי שיידרש לטוס למרחק של 500 מייל (930 ק"מ) עם 12 נוסעים תדרוש הגדלה פי שישה בצפיפות הסוללות.

נכון לשנת 2019, סוללות הלתיום-יון החזקות ביותר השיגו 250–300 ואט-שעה לק"ג, המספיקות למטוס קטן, ואילו מטוס אזורי יהיה צריך סוללה של 500 ואט-שעה לק"ג ומטוס בגודל של איירבוס A320 יהיה צריך סוללה בחוזק 2 קוט"ש לק"ג. סוללות כאלה יכולות להפחית את עלויות ההפעלה הכוללות של כמה טיסות לטווח קצר. לדוגמה, סוללה של 300 קוט"ש המשמשת ב-Harbour Air Beavers עולה להם בסביבות 30 דולר קנדיות בהשוואה ל-160 דולר להפעלת מנוע הבנזין פראט אנד ויטני R-985 וואספ ג'וניור למשך שעה אחת, כאשר הוא שורף 24 גלון אמריקאי.

טעינה 
ועדת AE-7D של SAE אינטרנשיונאל הוקמה על ידי חברת אלקטרו. Aero בשנת 2018 לתקנת טעינת מטוסים חשמליים ואחסון אנרגיה. אחד המסמכים הראשונים שפותחו היה תקן AS6968 לטעינת מטוסים חשמליים תת-מגה-ואט של מטוסים חשמליים. ועדת AE-7D מפתחת גם את דו"ח המידע על החלל AIR7357 לטעינה ברמת הספק של מגה-ואט.

קבלי על 
קבל על הוא מערכת אחסון אנרגיה אלקטרוכימית היברידית הגוברת בין סוללות וקבלים, ויש לה יתרונות מסוימים על פני סוללות ביכולת להטעין ולפרוק הרבה יותר מהר עם זרמי שיא גבוהים יותר, תוך שהיא לא מוגבלת במספר מחזורי פריקה-טעינה, כמו התגובה היא לא רק כימית אלא גם חשמלית.

צפיפות האנרגיה שלהם, בדרך כלל בסביבות 5 וואט שעה לק"ג, ועם זאת רמתם נמוכה בהרבה משל סוללות, והם יקרים בהרבה, גם כאשר תוחלת החיים שלהם ארוכה יותר.

תאי דלק 
תא דלק משתמש בתגובה בין שני כימיקלים כגון מימן וחמצן ליצירת חשמל, בדומה למנוע טילים מונע נוזלים, אך מייצר חשמל בתגובה כימית מבוקרת, במקום דחף. בעוד המטוס חייב לשאת את המימן (או דלק דומה), עם סיבוכים וסיכונים משלו, ניתן להשיג את החמצן מהאטמוספירה.

רחפן דיאמונד HK36 סופר דימונה  שהוסב על ידי בואינג לנשיאת תאי דלק ביצע טיסות ניסוי ב-2008 עם מערכת היברידית של תאי דלק/סוללת ליתיום-יון והם שימשו בכמה רכבי נאס"א כולל לוויינים וכמוסות חלל, אם כי אלה חייבים לשאת גם חמצן.

נדרשת עבודת מחקר ופיתוח נוספת לפני שהם יעילים במטוסים, מכיוון שהם יקרים פי עשרה מהסוללות.

טעינה אלחוטית 
קרינת כוח (Power beaming) של אנרגיה אלקטרומגנטית כגון מיקרוגל נשענת על מקור חשמל על הקרקע. עם זאת, בהשוואה לשימוש בכבל חשמל, קרינת החשמל מאפשרת למטוס לנוע אופקית ולשאת משקל נמוך בהרבה, במיוחד ככל שהגובה עולה. הטכנולוגיה הודגמה רק בדגמים קטנים ומחכה לפיתוח מעשי בהיקפים גדולים יותר.

כבלי חשמל חיצוניים 
לרכבים ממונעים המחליפים איירוסטטים קשורים, ניתן לחבר כבל חשמל לקרקע, שיתחבר לגנרטור חשמלי או לרשת החשמל המקומית. בגבהים נמוכים זה נמנע מהצורך להרים סוללות, ושימש את רכב התצפית הניסיוני Petróczy-Kármán-Žurovec PKZ-1  משנת 1917. אולם ככל שהוא עף גבוה יותר, כך אורך הכבל שהוא מרים כבד יותר.

הנעה

מנועים חשמליים 
בעוד שהסוללות שוקלות יותר מכמות מקבילה של דלק, מנועים חשמליים שוקלים פחות ממקביליהם בעלי הבעירה הפנימית. המנוע החשמלי MagniX Magni500 המשמש את הדה האבילנד קנדה DHC-2 ביבר שוקל 135 ק"ג (297 ליברות) ומייצר 560 קילוואט (750 shp) בהשוואה ל-פראט אנד וויטני R-985 עם משקל יבש של 290 ק"ג (640 ליברות), שמייצר 300 קילוואט (400 כ"ס). מנועים אחרים שנמצאים בפיתוח, כגון סימנס, מספקים יחס הספק למשקל אפילו טוב יותר.

בססנה 208, מנוע הפראט אנד וויטני קנדה PT6 A-114A מייצר 503 קילוואט (675 כ"ס) ומשקלו 160 ק"ג (360 ליברות) יבש.

לסימנס יש מנוע חשמלי בחוזק 260 קילוואט (350 כ"ס) ששוקל 50 ק"ג (110 ליברות), שתוכנן במיוחד לשימוש במטוסים. תפוקות מנוע מקבילות לקונטיננטל IO-550 , שמפיק 220 קילוואט (300 כ"ס) ושוקל 195.37 ק"ג (430.72 ליברות) משקל יבש. מלבד המנוע עצמו, מערכת הנעה חשמלית כוללת גם מהפך מתח ומכילה מערכת המקבילה לעתודת דלק , בעוד שבמנועי הבנזין יש גנרטורים, מצנני נפט, קווי דלק, משאבות וציוד אחר שצריך לקחת בחשבון במלואו בכל השוואה והם לא כלולים במשקל היבש.

בנוסף, עליית ההספק, בשילוב עם שינויים בתעודת סוג משלים (STC) יכולים לקזז את משקל הסוללות על ידי הגדלת משקל הפעולה ברוטו של המטוס, כולל באופן מחייב, משקל הנחיתה. כלי טיס שמשתמשים בדלקי מאובנים קלים יותר כאשר הם נוחתים, מה שמאפשר למבנה שצריך לספוג את ההשפעה להיות קל יותר. עם מטוס המונע באמצעות סוללות, המשקל נשאר זהה, ולכן עשוי לדרוש חיזוק.

הנעה היברידית 
 הוא כלי טיס בעל הנעה היברידית. בדרך כלל הוא ממריא ונוחת בעזרת כוח חשמלי נקי ושקט, ומשייט בעזרת מנוע בוכנה או מנוע סילון רגיל. זה הופך טיסות ארוכות למעשיות, תוך צמצום זיהום האוויר שלהן. במאי 2018 היו למעלה מ-30 פרויקטים, וכלי טיסה היברידיים-חשמליים לטווח קצר היו צפויים משנת 2032. המתקדמים ביותר הם הZunum Aero  בעל 10 מושבים, האיירבוס E-Fan X VoltAero Cassio, יונייטד טכנולוג'יס מסבה בומברדייה דאש 8 להנעה היברידית, בעוד שאב טיפוס של אמפר טס לראשונה הלאה 6 ביוני 2019.

מגנטו-הידרודינמיקה 
בנובמבר 2018, מהנדסי המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס הטיסו את הטיסה הראשונה עם מטוס מדגם ללא חלקים נעים, ה-EAD Airframe 2. הוא מונע על ידי מנוע יונים, הפועל באמצעות מגנטו-הידרודינמיקה. מגנטו-הידרודינמיקה שימשה בעבר להשגת המראה אנכית, אך רק על ידי חיבור מערכת מחולל היונים לאספקת חשמל חיצונית.

היסטוריה

חלוצים 
השימוש בחשמל להנעת מטוסים נוסה לראשונה במהלך פיתוח ספינת האוויר בחלק השני של המאה התשע עשרה. ב-8 באוקטובר 1883 הטיס גסטון טיסנדייה את ספינת האוויר הראשונה המונעת באמצעות חשמל. בשנה שלאחר מכן טסו צ'ארלס רנרד וארתור קרבס לה-צרפת עם מנוע חזק יותר.  אפילו עם כושר ההרמה של ספינת אוויר, המצברים הכבדים הדרושים לאחסון החשמל הגבילו מאוד את המהירות והטווח של ספינות אוויר מוקדמות כאלה.

עבור מכשיר קשור כגון פלטפורמת תצפית אוויר, ניתן להפעיל את הכוח כלפי מעלה. בניסיון ליצור פתרון מעשי יותר מהבלונים המגושמים שהיו בשימוש, הוטס המסוק האוסטרו-הונגרי פטרוצ'י-קרמן-ז'ורובץ PKZ -1  בשנת 1917. היה לו מנוע חשמלי בחוזק 190 כ"ס (140 קילוואט) מתוצרת Austro-Daimler וקיבל את כוחו באמצעות כבל חשמלי שחובר לקרקע. אולם מנועים חשמליים עדיין לא היו חזקים מספיק ליישומים כאלה והמנוע נשרף לאחר טיסות ספורות בלבד.

בשנת 1909 נטען כי דגם טיסה חופשית חשמלית הוטס שמונה דקות, אך טענה זו חולקה על ידי בונה הטיסה הראשונה בשליטה מרחוק שתועדה בשנת 1957. צפיפות ההספק לטיסה חשמלית הייתה בעייתית אפילו לדגמים קטנים.

בשנת 1964 הטיל ויליאם סי בראון ברית'ון מסוק בלתי מאויש שקיבל את כל הכוח הדרוש לטיסה באמצעות טעינה אלחוטית.

אב טיפוס ראשון 
הצלחה במטוס בגודל מלא לא הושגה עד שפותחו סוללות ניקל-קדמיום, בעלות יחס אחסון-משקל לאנרגיה גבוה בהרבה מסוללות חומצת עופרת. בשנת 1973, פרד מיליטקי והינו ברדיצ'קה הסבו מטוס מדגם Brditschka HB-3 למטוס חשמלי, ה-Militky MB-E1. ב-21 באוקטובר הוא טס במשך 14 דקות והפך למטוס החשמלי המאויש הראשון.

התאים הסולאריים, שפותחו כמעט במקביל לטכנולוגיית ניקל-קדמיום, הפכו אט אט גם למקור כוח אפשרי. לאחר בדיקת מודל מוצלחת בשנת 1974, התקיימה הטיסה הרשמית הראשונה בעולם במטוס המונע על ידי אנרגיה סולארית, ב-29 באפריל 1979. ה-Mauro Solar Riser השתמש בתאים סולאריים בחוזק 350 וואט (0.47 כ"ס) ב-30 וולט. אלה הטעינו סוללה קטנה, אשר הפעילה את המנוע. הסוללה לבדה הצליחה להניע את המנוע במשך 3 עד 5 דקות, לאחר טעינה של 1.5 שעות, ואפשרה לה להגיע לגובה גלישה.

בניהולו של פרדי טו, אדריכל וחבר בוועדת פרס קרמר , תוכנן ה-Solar One  על ידי דייוויד ויליאמס והופק על ידי פיתוח כלי טיס המופעלים באמצעות סולארית. מטוס מסוג רחפן שנבנה במקור כמטוס המופעל על ידי דוושות כדי לנסות לחצות את תעלת למאנש והתגלה ככבד מדי מכדי שיוכל להניע אותו בהצלחה על ידי כוח אנושי הוסב לאנרגיה סולארית באמצעות מנוע חשמלי המונע על ידי סוללות. שטענו לפני הטיסה על ידי מערך תאים סולאריים בכנף. טיסת הבכורה של סולאר וואן התקיימה בשדה התעופה לאשם בהמפשייר ב-13 ביוני 1979.

לאחר טיסה מוצלחת המופעלת על ידי אדם, פרס קרמר שהושק מחדש אפשר לצוות לאחסן אנרגיה לפני ההמראה. בשנות ה-80 של המאה ה-20 עוצבו מספר מטוסים חשמליים שיצרו את החשמל על ידי דיווש, כולל את ה-Monarch של המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ואת אירווירומנט ביונק באט.

המטוס הסולארי הראשון, סולאייר 1, שפותח על ידי גינתר רושלט, טס בשנת 1983 עם ביצועים משופרים במיוחד. הוא הכיל 2499 תאים סולאריים על הכנף.

המטוס הגרמני המונע על ידי השמש "Icaré II" תוכנן ונבנה על ידי המכון לעיצוב מטוסים (Institut für Flugzeugbau) מאוניברסיטת שטוטגרט בשנת 1996. מנהיג הפרויקט ולעיתים קרובות טייס המטוס הוא רודולף ויט-ניטשמן, ראש המכון. העיצוב זכה בפרס ברבלינגר בשנת 1996, בפרס ההישגים המיוחדים של איגוד המטוסים הניסיוני (EAA) באושקוש, במדליית הזהב של דוידאלוס של מועדון התעופה הגרמני ובפרס OSTIV בצרפת בשנת 1997.

כלי טיס בלתי מאוישים 

פאת'פינדר, פאת'פינדר פלוס, צנטוריון והליוס של נאס"א היו סדרה של כלי טיס בלתי מאוישים המונעים על ידי מערכת סולארית ותאי דלק שפותחו על ידי אירווירונמנט. משנת 1983 עד 2003 במסגרת תוכנית מטוסי חקר הסביבה וטכנולוגיית חיישנים של נאס"א. ב-11 בספטמבר 1995, פאת'פינדר קבע שיא גובה לא רשמי למטוסים המונעים על ידי אנרגיה סולארית כשהגיע לגובה  במהלך טיסה של 12 שעות ממרכז מחקר טיסות ארמסטרונג. לאחר שינויים נוספים הועבר המטוס לשדה הניסוי לשיגור טילים של הצי האמריקאי שבאי קאואיי שבהוואי. ב-7 ביולי 1997, פאת'פינדר העלה את שיא הגובה של מטוסים המונעים על ידי אנרגיה סולאריות ל , שהיה גם השיא של מטוסים המונעים על ידי פרופלור.

ב-6 באוגוסט 1998, פאת'פינדר פלוס העלה את שיא הגובה למטוסים המונעים על ידי שמש ומדחף ל.

ב-14 באוגוסט 2001 קבע הליוס שיא גובה של  שתועד על ידי מחלקה U (טכנולוגיות ניסיוניות/חדשות) בקטגוריה U-1.d (כלי טיס בשליטה מרחוק עם מסה של 500 - 2,500 ק"ג (1,100-5,500 ליברות)) וכן שיא הגובה למטוסים המונעים על ידי מדחף. ב-26 ביוני 2003, אב הטיפוס של הליוס התפרק ונפל לתוך האוקיינוס השקט מול הוואי לאחר שהמטוס נתקל בסערה, וסגר את התוכנית.

ה-Airbus Zephyr הוא כלי טיס בלתי מאויש המונע על ידי השמש. החל מה -23 ביולי 2010 הוא מחזיק בשיא השהייה של כלי טיס בלתי מאויש של למעלה משבועיים (336 שעות). הוא בנוי מפולימר מחוזק בסיבי פחמן. גרסת 2010 ששוקלת 50 ק"ג (110 ליברות) (גרסת 2008 שקל 30 ק"ג (66 ליברות)) עם מוטת כנפיים של 22.5 מ' (74 רגל) (לגרסת 2008 מוטת כנפיים של 18 מטר (59 רגל)). במהלך היום הוא משתמש באור שמש כדי לטעון סוללות ליתיום-גופרית, המניעות את המטוס בלילה. ביולי 2010 שבר זפיר שיא שהייה לכטב"ם כשטס 336 שעות, 22 דקות ו-8 שניות (יותר משבועיים) וגם קבע שיא גובה של  עבור קטגורית U-1.c של הפדרציה הבינלאומית לאווירונאוטיקה (מל"ט בשליטה מרחוק עם משקל 50 – 500 ק"ג (110 – 1,100 ליברות)).

מטוסים קלים 
מטוס החשמל הראשון שנכנס לייצור מסחרי, שאינו מאושר, דאון השיגור העצמי Alisport Silent Club, טס בשנת 1997. הוא מונע אופציונלית על ידי מנוע חשמלי בחוזק 13 קילוואט (17 כ"ס) שפועל עם 40 ק"ג (88 ליברות) של סוללות המאחסנות 1.4 קוט"ש של חשמל.

המטוס חשמלי הראשון שאושר היה הLange Antares 20E שאושר בשנת 2003. כמו כן חשמלי, עצמי משיק 20 מ' (66 רגל /מטוס מפרש, עם 42 קילוואט (56 hp) מנוע DC/DC מברשת וסוללות ליתיום-יון, הוא יכול לטפס עד 3,000 מ' (9,800 רגל) עם תאים טעונים במלואם. הטיסה הראשונה הייתה בשנת 2003. בשנת 2011 זכה המטוס בתחרות ברבלינגר לשנת 2011.

בשנת 2005 הטיס אלן קוקקוני מחברת AC Propulsion, בסיוע מספר טייסים נוספים, מטוס בלתי מאויש בשם "SoLong" במשך 48 שעות ללא הפסקה, המונע כולו על ידי אנרגיה סולארית. זו הייתה הטיסה הראשונה מסביב לשעון, בעזרת אנרגיה שאוחסנה בסוללות המותקנות על המטוס.

בשנת 2007 קיימה קרן CAFE את סימפוזיון המטוסים החשמליים הראשון בסן פרנסיסקו.

פרויקט FCD (מפגין תאי דלק) של בואינג משתמש בדאון הממונע דיאמונד HK -36 סופר דימונה  בתור פלטפורמת ניסויים למטוס קל המונע בתא דלק. טיסות מוצלחות התקיימו בפברואר ומרץ 2008.

Taurus Electro היה המטוס החשמלי הראשון בעל שני המושבים שטס אי פעם, בעוד Taurus Electro G2 הוא גרסת הייצור, שהוצגה בשנת 2011. הוא מופעל על ידי מנוע חשמלי בחוזק  וסוללות ליתיום להפעלה עצמית שמעלה את המטוס לגובה של 2,000 מטר (6,600 רגל), ולאחר מכן המנוע נכבה ואז המטוס דואה כמו דאון. זהו המטוס החשמלי הראשון בעל שני המושבים שנכנס לייצור סדרתי.

אתגר הטיסה הירוק  הראשון של נאס"א התקיים בשנת 2011 וזכה בו ה-Taurus G4 ב-3 באוקטובר 2011.

בשנת 2013 הדגימה צ'יפ ייטס כי המטוס החשמלי המהיר בעולם, Long ESA (מטוס רוטאן לונג EZ  שהוסב להנעה חשמלית), יכול לעלות בביצועיו על ססנה ומטוסים אחרים המונעים על ידי בנזין בסדרת ניסויים שאומתו על ידי הפדרציה הבינלאומית לאווירונאוטיקה. ה-Long ESA נמצא כזול יותר, בעל מהירות מרבית גבוהה יותר וקצב טיפוס גבוה יותר, בין היתר בשל יכולתו של המטוס לשמור על ביצועים בגובה מכיוון שצפיפות אוויר נמוכה אינה פוגעת בביצועי המנוע.

בשנת 2017, סימנס השתמשה במטוס אווירובטיקה נוסף, אקסטרה 300, כדי לקבוע שני שיאים חדשים: ב-23 במרץ בשדה התעופה דינסלאקן שוורצה הייד בגרמניה הגיע המטוס למהירות מרבית של כ-340 קמ"ש (210 קמ"ש) למרחק של 3 ק"מ (1.9 מייל) ולמחרת, הוא הפך למטוס החשמלי הראשון שגורר דאונים.

הקפת כדור הארץ 

סולאר אימפולס 2 מופעל על ידי ארבעה מנועים חשמליים. הוא מפיק אנרגיה מתאים סולאריים על הכנפיים ומייצב הכיוון שמאוחסנת בסוללות ליתיום פולימר ומשמשת להנעת מדחפים. בשנת 2012 ביצע הסולאר אימפולס 2סולאר אימפולס הראשון את הטיסה הבין -יבשתית הראשונה על ידי מטוס סולארי, שטס ממדריד, ספרד לרבאט, מרוקו.

סולאר אימפולס 2 הושלם בשנת 2014, ונשא יותר תאים סולאריים ומנועים חזקים יותר, בין שאר השיפורים. במרץ 2015 המריא המטוס בשלב הראשון של טיול מתוכנן מסביב לעולם, שטס מזרחה מאבו דאבי, איחוד האמירויות הערביות. עקב נזק לסוללה, המטוס נעצר בהוואי, שם הוחלפו סוללותיו. הוא חידש את הסיבוב באפריל 2016 והגיע לסביליה, ספרד, ביוני 2016. בחודש שלאחר מכן חזר לאבו דאבי, והשלים את עקיפת העולם.

פרויקטים והצעות מחקר 

פאפין  הייתה הצעת מחקר של נאס"א בשנת 2010, עבור מטוס אישי ממריא ונוחת אנכית חשמלי.

סיקורסקי פיירפליי S-300 היה פרויקט לבדיקת טיסה של כלי טיס חשמליים, אך הפרויקט הופסק עקב מגבלות הסוללה. המטה רוטור החשמלי הראשון בעולם היה פרויקט זירו  של אגוסטה ווסטלנד .

הנציבות האירופית מימנה פרויקטים רבים בעלי רמת מוכנות טכנולוגית נמוכה למטוסי הנעה חשמלית או היברידית חדשניים. ENFICA-FC הוא פרויקט של הנציבות האירופית, לחקור ולהדגים מטוס חשמלי לחלוטין עם תאי דלק כמערכת החשמל הראשית או העזר. במהלך הפרויקט לשלוש שנים תוכננה והוטסה מערכת חשמל המבוססת על תאי דלק במטוס אולטרה לייט רפיד 200FC.

NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) היא תוכנית מחקר של נאס"א בתחנת פלום ברוק, אוהיו, המשמשת לעיצוב, פיתוח, הרכבה ובדיקה של מערכות כוח למטוסים חשמליים, ממטוס קטן של אדם אחד או שניים עד מטוסי נוסעים של 20 מגהוואט (27,000 כ"ס). הסכמי מחקר של נאס"א ניתנים לפיתוח רכיבי הנעה חשמלית. הם יושלמו בשנת 2019 והעבודה הפנימית של נאס"א עד 2020, ואז הם יורכבו במערכת הנעה בקנה מידה של מגה -ואט שתיבדק במטוס צר-גוף של NEAT.

נאס"א פיתחה את X-57 מקסוול כדי להדגים טכנולוגיה להפחתת השימוש בדלק, פליטות ורעש. X-57 פותח מהטקנאם P2006T, ויהיו 14 מנועים חשמליים המניעים מדחפים המותקנים בקצוות הקדמיים של הכנף. ביולי 2017, Scaled Composites הסבה את ה-P2006T הראשון על ידי החלפת מנועי הבוכנה במנועים חשמליים, והמטוס טס לראשונה בתחילת 2018, ואז מתוכנן להעביר את המנועים לקצות הכנפיים כדי להגביר את יעילות ההנעה ולבסוף יתקין את הכנף ביחס רוחב גובה גבוה עם 12 מדחפים קטנים יותר.

פרויקטים מסחריים 
איירבוס סיטיאיירבוס הוא מפגין טכנולוגיה של מטוסי המראה ונחיתה אנכית המונעים בחשמל. המטוס הארבע מנועי נועד לשאת ארבעה נוסעים, ולהיות בהתחלה עם טייס ולבסוף להיות אוטונומי כאשר התקנות יאפשרו זאת. הטיסה הבלתי מאוישת הראשונה שלה נקבעה לסוף 2018 עם טיסות מאוישות שתוכננו לבצע בשנת 2019. אישור וכניסה ליצור מתוכננים לשנת 2023.

בספטמבר 2017 הודיעה חברת התעופה הבריטית איזיג'ט כי היא מפתחת מטוס חשמלי בעל 180 מושבים לשנת 2027 עם רייט אלקטריק. רייט אלקטריק האמריקאית, שהוקמה בשנת 2016, בנתה הוכחת קונספט דו מושבית עם 272 ק"ג (600 ליברות) של סוללות, ומאמינה שהיא יכולה לשנות אותם עם סוללות כימיות חדשות קלות משמעותית. טווח של 291 מייל (540 קילומטר) יספיק ל-20% מנוסעי איזיג'ט. רייט אלקטריק תפתח מטוס בעל 10 מושבים, כשבסופו של דבר יהיה אפשר להטיס לפחות 120 נוסעים בטיסה יחידה לטווח קצר והיעד שלהם הוא 50% פחות רעש ועלויות נמוכות יותר ב-10%. ג'פרי אנגלר, מנכ"ל רייט אלקטריק, מעריך כי מטוסים חשמליים בעלי ערך מסחרי יובילו להוזלה של כ-30% בעלויות האנרגיה.

ב-19 במרץ 2018 הודיעה התעשייה האווירית לישראל כי היא מתכננת לפתח מטוס חשמלי לטווח קצר, המבוסס על ניסיון מערכות החשמל הקטנות שלה בכלי טיס בלתי מאוישים. זה יכול לפתח את זה לבד, או עם סטארט-אפ כמו אוויאיישן הישראלית, Zunum Aero האמריקאית או רייט אלקטריק.

עד מאי 2018 ידוע כי כמעט 100 מטוסים חשמליים נמצאים בפיתוח. זה עלה מ70 ב-2017 וכלל 60% מסטארט-אפים, 32% ממשרדי תעופה וחלל, מחציתם יצרני OEM גדולים ו-8% של ארגונים אקדמיים, ממשלתיים וחברות שאינן חלליות, בעיקר מאירופה (45%) וארצות הברית (40%). לרוב מוניות אוויר עירוניות (50%) ומטוסי תעופה כללית (47%), רובם מונעים על סוללות (73%), בעוד שחלקם היברידיים-חשמליים (31%), רוב המטוסים ההיברידיים-חשמליים אמורים להיות מטוסי נוסעים גדולים יותר.

MagniX מאוסטרליה פיתחה מטוס חשמלי מסוג ססנה 208 עם מנוע בחוזק 540 קילוואט (720 כ"ס) למשך זמן טיסה של עד שעה. המנוע החשמלי Magni5 של החברה מפיק 265–300 קילוואט (355–402 כ"ס) במקסימום ב-2,500 סל"ד ביעילות של 95% במשקל 53 ק"ג (117 ליברות), בצפיפות הספק של 5 קילוואט/ק"ג, המתחרה במנוע הסימנס SP260D בחוזק 260 קילוואט (350 כ"ס) ובמשקל 50 ק"ג (110 ליברות) עבור האקסטרה 330LE. עד ספטמבר 2018, מנוע חשמלי בחוזק 350 כ"ס (260 קילוואט) עם מדחף נבדק על הססנה איירון בירד. הססנה 208 בחוזק 750 כ"ס (560 קילוואט) צפוי לטוס עד סתיו 2019 וMagniX מעריכה כי עד 2022–2024 יהיה למטוסים חשמליים טווח של 500 – 1,000 מייל (800 – 1,610 ק"מ). המנוע פעל על דינמומטר בדיקה במשך 1,000 שעות. איירון בירד הוא גוף של ססנה 208 המשמש כפלטפורמת ניסוי, כאשר מנוע הטורבופרופ PT6 המקורי של פראט אנד וויטני קנדה מוחלף על ידי מנוע חשמלי, עם מהפך מתח ומערכת קירור נוזלים, כולל רדיאטורים, המניעים מדחף של ססנה 206. מנוע הייצור יפיק 280 קילוואט (380 כ"ס) ב-1,900 סל"ד, למטה מה2,500 סל"ד של מנוע הבדיקה, המאפשר התקנה ללא תיבת הילוכים.

מנוע חשמלי מסוג MagniX בחוזק 560 כ"ס (750 כ"ס) הותקן במטוס ימי של דה האבילנד קנדה DHC-2 ביבר. הארבור אייר, שבסיסה בקולומביה הבריטית, מקווה להכניס את המטוס לשירות מסחרי בשנת 2021, לטיולים מתחת ל30 דקות בהתחלה, עד שהטווח יגדל ככל שיוצגו סוללות יעילות יותר. ב-10 בדצמבר 2019, היא יצאה לטיסה הראשונה שלה במשך ארבע דקות מהנהר פרייזר ליד ונקובר. מנוע הבוכנה פראט אנד ויטני R-985 המותאם בדרך כלל לDHC-2 עם שישה נוסעים הוחלף במנוע magni500 ששוקל 135 ק"ג (297 ליברות), עם סוללות להחלפה, המאפשר טיסות של 30 דקות עם עתודה של 30 דקות.

ב-28 במאי 2020, תשעת הנוסעים חשמלי ססנה 208B eCaravan של MagniX טס על כוח חשמלי, לקראת הסמכת הפעלה מסחרית.

עד מאי 2019 מספר התוכניות המוכרות לפיתוח מטוסים חשמליים היה קרוב ל-170, כאשר רובן אמורות להיות מוניות אוויר עירונית. חברת ההפעלה האמריקאי/בריטית ZeroAvia מפתחת מערכות הנעה של תאי דלק בלי פליטת מזהמים למטוסים קטנים, ובודקת את HyFlyer שלה באורקני בסיוע של 2.7 מיליון ליש"ט מממשלת בריטניה. מפגין הטכנולוגיה של סקיילקס E10 הגרמני ה-10 מושבי אמור לטוס בשנת 2022. הוא אמור לשמש את חברת התעופה FLN Frisia Luftverkehr לחיבור איי פריזיה המזרחית עם טווח של 300 ק"מ (160 מייל) והמראה ונחיתה קצרה באורך 300 מטר (980 רגל).

ב-10 ביוני 2020, גרסת ווליס אלקטרו של פיפיסטרל וירוס הדו מושבי היה המטוס החשמלי הראשון שאושר מטעם הסוכנות האירופית לבטיחות תעופה. הוא מופעל על ידי מנוע חשמלי בחוזק 76 כ"ס (58 קילווטט) שפותח עם Emrax, הוא מציע מטען של 170 ק"ג (370 ליברות), מהירות שיוט של 90 קשר (170 קמ"ש) וזמן טיסה של 50 דקות. פיפיסטרל מתכננת לספק למעלה מ-30 דוגמאות בשנת 2020, שיופעלו כמטוסי אימון.

ב-23 בספטמבר 2020 הציגה Heart Aerospace שבסיסהּ בגטבורג את עיצוב ה-ES-19 שלה, מטוס מסחרי חשמלי הכולל 19 מושבים המתוכנן לטוס עד אמצע 2026. עם מסגרת וכנף אלומיניום קונבנציונלית, הטווח המתוכנן שלו הוא 400 קילומטר (222 מייל) והוא אמור לפעול ממסלולים קצרים עד 800 מטר (2,640 רגל). החברה פנתה לראשונה לחברות תעופה הפועלות במדינות הנורדיות, וקיבלה "הבעות עניין" עבור 147 מטוסי ES-19 בשווי של כ-1.1 מיליארד אירו או 1.3 מיליארד דולר (7.5 מיליון אירו או 8.8 מיליון דולר לכל אחד) ללפחות שמונה חברות תעופה. היא קיבלה השקעות מהחברה השוודית EQT ונצ'רס, ממשלות נורדיות והאיחוד האירופי החברה מומנה בהתחלה על ידי סוכנות החדשנות השוודית וינובה והוא סוייעה על ידי האקסלרטור Y קומבינטור של עמק הסיליקון.

ב-22 במרץ 2021, הודיעה אאורה איירו, שבסיסה בטולוז, על פיתוח מכשיר ה-ERA שלה (מטוס אזורי חשמלי), מטוס חשמלי של 19 נוסעים, המתוכנן להיות מוסמך בשנת 2026.

יישומים

כטב"מים 
מרבית המטוסים החשמליים הם כלי טיס בלתי מאוישים. אלה משתנים מגודל כף היד עד לגודל של מטוסים מאוישים קטנים ומשמשים במגוון רחב של יישומים. עבור כטב"מים קטנים, אשר מיוצרים בכמויות גדולות, נפוצה תצורת הקוודקופטר (רחפנים). עם זאת לאינג'ניואיטי, ה שטס על מאדים בשנת 2021 והפך לכלי הטיס הראשון מחוץ לכדור הארץ, יש זוג רוטורים קואקסיאליים בודדים.

כטב"מים משמשים במגוון רחב של יישומים כלליים, מסחריים וצבאיים והשימוש בהם מתרחב במהירות.

מטוסים 
נכון לעכשיו, למטוסים חשמליים מאוישים המונעים באמצעות סוללות יש טווח ושהייה מוגבלים בהרבה מאלה המונעים במנועים קונבנציונליים. ההספק חשמלי מתאים למטוסים קטנים בלבד ואילו למטוסי נוסעים גדולים נדרש שיפור בצפיפות האנרגיה פי 20 בהשוואה לסוללות ליתיום-יון. עם זאת, הכשרת טייסים שמה דגש על טיסות קצרות. מספר חברות מייצרות, או הפגינו, מטוסים קלים המתאימים לאימון טיסה ראשוני. האיירבוס E-Fan נועד לאימון טיס אך הפרויקט בוטל. פיפיסטרל מייצרת מטוסים חשמליים קלים כגון פיפיסטרל אלפא אלקטרו ופיפיסטרל וליס. היתרון של מטוסים חשמליים לאימון טיס הוא העלות הנמוכה יותר של אנרגיה חשמלית בהשוואה לדלק תעופה. פליטת הרעש והמזהמים מופחתת גם בהשוואה למנועי בעירה פנימית.

יישום נפוץ יותר ויותר הוא כמנוע תומך או אפילו כמנוע להפעלה עצמית לדאונים. המערכת הנפוצה ביותר היא המתקן החשמלי הקדמי, המשמש למעלה מ-240 דאונים. הטווח הקצר אינו מהווה בעיה מכיוון שהמנוע משמש רק לזמן קצר, או להפעלה או כדי להימנע מהזדקרות. היתרון של מנוע חשמלי במקרה זה נובע מהאמינות שלו ומהירות ההפעלה בהשוואה למנועי בעירה פנימית.

מסוקים 

למרות שצוות פטרוצ'י-קרמאן-ז'ורובץ האוסטרו-הונגרי הטיס מסוק תצפית צבאי מחובר לקרקע בשנת 1917 הפועל על חשמל, עד מהרה הם עברו להשתמש במנוע בנזין והשימוש בכוח חשמלי לטיסה המונעת על ידי הרוטור לא נחקר עוד עד לאחרונה.

המסוק החשמלי הראשון שטס ללא חיבור לקרקע המסוק ה-Solution F/Chretien, שפותח על ידי פסקל צ'רטיין בוונלס שבצרפת. זה עבר מתפיסת עיצוב בעזרת מחשב ב-10 בספטמבר 2010 לטיסה ראשונה באוגוסט 2011, תוך פחות משנה.

בפברואר 2016 טס בהצלחה מסוק קונבנציונלי חשמלי מלא בשם Volta בשדה התעופה קסטלנאודרי, צרפת. וולטה הפגינה טיסת ריחוף של 15 דקות בדצמבר 2016. המסוק מונע על ידי שני מנועים חשמליים בחוזק 40 קילוואט (54 כ"ס) הפועלים בעזרת סוללת ליתיום בחוזק 22 קוט"ש. וולטה רשומה רשמית על ידי DGAC, רשות כושר האוויר הצרפתית, ומורשית לטוס במרחב האווירי האזרחי הצרפתי.

בספטמבר 2016, מרטין רוטבלט ו- Tier1 הנדסה בדקו בהצלחה מסוק המונע על ידי חשמל. טיסת חמש הדקות הגיעה לגובה של  במהירות שיא של . מסוק רובינסון R44 שהוסב עם שני מנועים חשמליים במשקל 45 ק"ג (100 ליברות), בתוספת 11 סוללות ליתיום פולימר תוצרת ברמו במשקל 500 ק"ג (1,100 ליברות). מאוחר יותר הוא טס במשך 20 דקות בשנת 2016. ב-7 בדצמבר 2018, Tier 1 הנדסה הטיסו R44 חשמלי המופעל באמצעות סוללה למרחק של מעל 30 מייל (56 ק"מ) ב80 קשר (150 קמ"ש) בגובה של 800 רגל (240 מטר), וקבע שיא גינס למרחק הרחוק ביותר למסוק חשמלי.

ראו גם 
 רכב חשמלי מונע מצבר
 דלק מטוסים
 אנרגיה סולארית

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

מטוסים לפי סוג
רכב חשמלי מונע מצבר