Pohánět budoucnost létání: Návrh eVTOL na vodíkový pohon

Pohánět budoucnost létání: Návrh eVTOL na vodíkový pohon

Představte si živé, pulzující velkoměsto, kde ulice kypí životem a mrakodrapy se vypínají až k obloze. Spěcháte na důležitou schůzku, ale namísto přeplněných silnic a taxíků se podíváte vzhůru – tam na vás čeká vaše “taxi v oblacích”: elektrické vozidlo pro vertikální vzlet a přistání (eVTOL). Tento malý letoun, který startuje a přistává jako vrtulník, ale je poháněn udržitelnými elektrickými systémy, se stává symbolem nové éry městské letecké mobility.

Ačkoli toto ještě není každodenní realitou, americký Federální úřad pro letectví (FAA) plánuje, že se tento scénář stane dostupným do roku 2028. Právě proto FAA intenzivně pracuje na pokročilé letecké mobilitě (AAM), již definuje jako „vznikající letecký ekosystém, který využívá nová letadla a inovativní technologie k vytvoření efektivnějších, udržitelnějších a rovnoprávnějších možností dopravy.“ To zahrnuje i bezpečnou integraci do národního vzdušného prostoru (NAS), přičemž bezpečnost zůstává primární prioritou.

Hlas odborníků a globálních lídrů v AAM

Podle konzultační společnosti Roland Berger by trh s městskou leteckou mobilitou mohl v příštích desetiletích dosáhnout hodnoty desítek miliard dolarů, přičemž vodíkem poháněné eVTOL by mohly představovat jeden z klíčových pilířů tohoto růstu. „Vodíkový pohon v kombinaci s vertikální mobilitou není jen dalším módním výstřelkem – je to strategický krok k dlouhodobě udržitelnému letectví,” uvádí Lisa Peterson, senior konzultantka pro udržitelné dopravní systémy v Roland Berger.

Lídři z leteckých firem a organizací také zmiňují důležitost vývoje vodíkového pohonu. Například Dr. Kai Weber, vedoucí inovačních projektů v Airbusu, nedávno zdůraznil: „Vodík v letectví je klíčový pro dosažení klimatických cílů. V kombinaci s malými, flexibilními platformami, jako jsou eVTOL, můžeme zcela nově definovat, jak se lidé a zboží pohybují po městech.“ Stejně tak Mezinárodní asociace pro leteckou dopravu (IATA) vidí vodík jako jeden z cest, jak naplnit ambiciózní cíl odvětví: dosáhnout nulových emisí do roku 2050.

Vodík v centru pozornosti: Případ Alaka’i Technologies

Jednou ze společností, která v tomto směru dělá odvážné kroky, je Alokaci Technologies. Jejich posláním je revoluční změna dopravního průmyslu. Namísto pouhého vývoje eVTOL letadla se Alaka’i soustředí na Skai – vodíkem poháněné eVTOL, které využívá palivové články k výrobě elektřiny pro své motory.

Obrázek č. 1: Skai vznášející se nad terénem

„Jsme v tomto oboru poměrně výjimeční. Jako jedni z mála využíváme vodíkové palivové články jako primární zdroj energie,“ říká Hugh Kelly, vedoucí marketingu společnosti Alaka’i. Díky četným výhodám vodíku – od téměř nulových emisí CO2 (při výrobě ze zelených zdrojů) až po vysokou účinnost – jej tým Alaka’i považuje za ideální palivo pro novou éru vzdušné mobility.

Význam eVTOL a vodíkových palivových článků pro budoucí městskou mobilitu

Jak rostou města a houstne jejich populace, je nutné hledat nové formy dopravy. Podle studie McKinsey & Company se do roku 2030 ocitne až 500 milionů obyvatel ve velkoměstech v kritických dopravních situacích. Urban Air Mobility (UAM) – součást pokročilé letecké mobility (AAM) – slibuje řešení tohoto problému tím, že nabídne bezpečný, efektivní a udržitelný systém.

„Městská letecká mobilita vytvoří nový ekosystém, který propojí krátkodobé vzdušné taxíky, meziměstské linky, a dokonce i humanitární mise,“ vysvětluje Dr. Anita Schmitt, odbornice na AAM a poradkyně u Boston Consulting Group. „eVTOL mohou v budoucnu hrát zásadní roli při odlehčení pozemní dopravy, snížení dopravních zácp a také při rychlé podpoře záchranných složek během krizí.“

Vodíkové palivové články v eVTOL nejenže redukují uhlíkovou stopu, ale zároveň nabízejí vyšší energetickou hustotu a efektivitu. Alaka’i Technologies například využívá zelený vodík vyráběný elektrolýzou, který pomáhá výrazně snížit environmentální dopad. Palivové články mohou pracovat s účinností převyšující 60 %, což je podstatně více než u konvenčních spalovacích motorů.

Obrázek č. 2: Kontury analyzující hmotnostní zlomek H2 

Navrhování eVTOL poháněného vodíkem: Simulace jako klíčový nástroj

Cílem Alaka’i je vytvořit z eVTOL Skai nejčistší, nejpohodlnější a nejbezpečnější prostředek městského cestování. K dosažení tohoto cíle však tým potřebuje svůj návrh optimalizovat. To znamená dokonalé sladění aerodynamiky, hmotnostních parametrů a chladicích systémů vodíkových palivových článků. V tomto bodě přichází ke slovu simulace – digitální nástroj, který dramaticky urychluje vývoj.

Alaka’i Technologies spolupracuje se SimuTech Group a je součástí programu Ansys Startup. Díky tomu získává cenově dostupný přístup k simulačním nástrojům i podpůrnému školení. Jednou z klíčových výzev je chlazení palivových článků, které pracují při relativně nízkých teplotách, avšak generují značné množství tepla. „Je to komplexní problém, protože rozdíl mezi teplotou palivového článku a okolním prostředím může být velmi malý, zejména v létě,“ vysvětluje Behrouz Karami, CFD inženýr Alaka’i.

Pomocí softwaru Ansys Fluent a modelů palivových článků s polymerní elektrolytovou membránou (PEM) mohou inženýři zkoumat různé scénáře z pohodlí kanceláře. „Ansys nám umožňuje přesně modelovat chladicí okruhy s čerpadly, radiátory, filtry a dalšími komponenty,“ říká Finn Arcadi, vedoucí inženýrství v Alaka’i. Tím se výrazně zkracuje čas potřebný k vývoji a snižují náklady na počet fyzických prototypů.

Obrázek č. 3: Kontury analyzující statický tlak

Alaka’i také využívá Ansys Discovery, který je snadno použitelný pro rychlou strukturální a proudovou analýzu již v rané fázi návrhu. „Je to nástroj, který umožňuje i méně zkušeným uživatelům provádět základní simulace a tím rozšířit využití simulačních nástrojů napříč týmem,“ dodává Karami.

„Simulace ušetří tolik času a zdrojů při uvádění fungujícího produktu na trh,“ říká Arcadi. Místo desítek prototypů a mnoha hodin letových testů je možné provést klíčovou část analýz virtuálně.

Budoucnost UAM a eVTOL je na dosah

Když se lídři Alaka’i Technologies a další odborníci v oboru podívají do budoucnosti, vidí eVTOL jako revoluční nástroj pro mobilitu. Skai by měl nabídnout dolet okolo 400 kilometrů, čímž umožní efektivní, rychlou a udržitelnou přepravu. Odborníci se shodují, že právě taková řešení pomohou zmírnit znečištění, dopravní zácpy a podpořit záchranné operace i humanitární účely.

Další kroky zahrnují rozšíření využití simulací v oblastech, jako je snižování hluku (akustika) nebo ještě lepší optimalizace aerodynamiky. Podle George Millera, experta na AAM z NASA, by „propojení pokročilých modelovacích nástrojů, jako jsou akustické a aerodynamické simulace, mohlo být kritickým faktorem pro akceptaci létajících taxi ze strany veřejnosti.“

Budoucnost tedy není jen o tom, že se podíváme nad hlavu a uvidíme letoun připravený k odletu. Je to o vytvoření celého ekosystému, který kombinuje špičkovou technologii, bezpečnost, udržitelnost, snížení hluku a dostupnost. A jak ukazuje příklad Alaka’i Technologies, vodíkový pohon a simulace mohou hrát klíčovou roli v tom, aby se tento sen stal skutečností.