Blockdit Logo (Mobile)
Antfield
•
12 พ.ย. 2023 เวลา 14:25 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

Startup จากแคนาดาประสบความสำเร็จในการทดสอบเครื่องยนต์เจ็ตพลังงานไฟฟ้า

ด้วยมอเตอร์ชนิดพิเศษแบบไร้เพลาซึ่งขับเคลื่อนด้วยชุดแม่เหล็กที่ขอบของตัวใบพัดทำให้เครื่องยนต์เจ็ตที่ใช้ไฟฟ้านี้สามารถสร้างแรงขับได้ไม่แพ้เครื่องยนต์เจ็ตที่ใช้น้ำมัน
ปัจจุบันอุตสาหกรรมการบินนั้นมีความพยายามในการเปลี่ยนผ่านไปสู่การบินแบบลดการปล่อยมลพิษ แต่ก็ยังถือว่าช้ากว่าอุตสาหกรรมขนส่งแบบอื่นเช่น รถยนต์ EV ซึ่งความคืบหน้าล่าสุดของการเปลี่ยนผ่านการบินไปสู่การใช้พลังงานสะอาดเช่นไฮโดรเจนหรือไฟฟ้านั้นยังมีข้อจำกัดมากมาย
เครื่องบินไฟฟ้าล้วนปัจจุบันมีแค่เครื่องบินใบพัดขนาดเล็กเท่านั้น
โดยข้อจำกัดหนึ่งนั้นก็คือเครื่องบินไฟฟ้า 100% ปัจจุบันยังทำได้แค่กับเครื่องบินใบพัดขนาดเล็ก เพราะหลัก ๆ เรายังไม่มีเครื่องยนต์เจ็ตที่ใช้ไฟฟ้า 100% นั่นเอง
สำหรับเครื่องยนต์เจ็ตไฟฟ้านี้พัฒนาโดย Duxion Motors จากแคนาดาที่เริ่มดำเนินกิจการเมื่อปี 2017 โดย Duxion Motors ถือครองสิทธิบัตรการออกแบบมอเตอร์ชนิดพิเศษแบบไร้เพลาที่ใช้ชุดแม่เหล็กสำหรับหมุนใบพัดอยู่ที่ขอบของตัวมอเตอร์
แบบของเครื่องยนต์เจ็ตไฟฟ้าที่ Duxion จดลิขสิทธิ์ไว้
ทั้งนี้รูปแบบของมอเตอร์ชนิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ เป็นรูปแบบเดียวกับ Rim-driven fan (RDF) ใบพัดไร้เพลาซึ่งมีความพยายามพัฒนานำมาใช้อุตสาหกรรมการบินมานาน แต่ความท้าทายหลักนั้นคือการออกแบบชุดแบริ่ง(ตลับลูกปืน) และการระบายความร้อน
อีกรูปแบบที่มีการศึกษาก็คือ electric ducted fans (EDF) หรือการใช้มอร์เตอร์ขนาดใหญ่เป็นตัวหมุนใบพัดนั้นแม้ว่าจะมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงกว่าแต่มีข้อจำกัดเรื่องการให้แรงขับน้อยกว่าเมื่อเทียบต่อน้ำหนัก
เปรียบเทียบ 3 รูปแบบของใบพัด ขวาสุดคือแบบ EDF สีแดงคือ RDP สีเทาคือแบบใบเปิด(แบบที่เห็นในเครื่องบินใบพัดปัจจุบัน)
เครื่องบินไฟฟ้าปัจจุบันเป็นแบบใบพัดเปิดเหมือนกับที่ใช้ในเครื่องบินใบพัดปัจจุบัน แค่เปลี่ยนจากเครื่องยนต์ไปเป็นใช้มอเตอร์หมุนเพลาของใบพัด
แต่ด้วยน้ำหนักแบตเตอรี่หรือระบบเชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังคงเป็นข้อจำกัด รวมถึงเครื่องบินใบพัดคงไม่เหมาะที่จะใช้เดินทางระหว่างประเทศเพราะความเร็วในการบินที่ช้ากว่าเครื่องบินโดยสารไอพ่นหรือเครื่องบินเจ็ต
ด้วยเครื่องยนต์เจ็ตนั้นให้แรงขับต่อน้ำหนักสูงกว่าทำให้เครื่องบินสามารถบินได้เร็วกว่า แต่ไม่ว่าเครื่องยนต์แบบไหนก็ใช้ใบพัดในการดึงอากาศเข้ามาและปล่อยออกไปด้านหลังเพื่อสร้างแรงขับ และด้วยใบพัดที่อยู่ในท่อลมแบบเครื่องยนต์เจ็ตทำให้สามารถสร้างแรงขับได้สูงเมื่อเทียบกับเส้นผ่าศูนย์กลางใบพัดขนาดเท่ากัน
ภาพตัดขวางของเครื่องยนต์เจ็ต
สำหรับเครื่องยนต์เจ็ตนั้นใช้การฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปจุดระเบิดในห้องเผาใหม้และใช้อากาศที่ขยายตัวเคลื่อนผ่านชุดใบพัดด้านหลังห้องเผาไหม้เพื่อหมุนเพลาขับใบพัดในส่วน Compression เพื่อดึงอากาศเข้าห้องเผาไหม้
แล้วถ้าเราใช้มอเตอร์แทนห้องเผาไหม้ละจะทำได้หรือเปล่า?
นั่นก็คือเครื่องเจ็ตแบบ EDF นั่นเอง แต่ที่ทำไม่ได้เพราะติดข้อจำกัดในการเอาตัวมอเตอร์ขนาดใหญ่ไปใส่ไว้ในท่อลมทำให้ทางไหลอากาศแคบจนไม่สามารถสร้างแรงขับต่อน้ำหนักได้ดีเท่าเครื่องเจ็ตแบบใช้น้ำมัน
ทางออกอีกทางก็คือขยายขนาดใบพัดขยายขนาดเครื่องยนต์และช่องทางไหลของอากาศ แต่สุดท้ายก็ทำให้แรงขับต่อน้ำหนักแย่ลงอยู่ดี
ดังนั้นแนวคิดการใช้ใบพัดแบบ RDF จึงเป็นทางออก แต่ที่ก่อนหน้านี้ที่ยังไม่มีใช้กันเพราะติดปัญหาการออกแบบซึ่งต้องให้มีระยะห่างระหว่างชุด stator และ rotor ไม่เกิน 0.5-1 มิลลิเมตรเพื่อประสิทธิภาพของตัวมอเตอร์ แต่พอเป็นมอเตอร์ขนาดใหญ่ ช่องว่างที่เล็กขนาดนี้และรอบการหมุนที่สูงจึงทำให้การระบายความร้อนไม่พอจนทำให้วัสดุของตัวชุด stator และ rotor ร้อนจัดจนเสียรูป
1
ใส่ชุดระบายความร้อนด้วยของเหลวให้กับชุดขดลวด Stator coil
ซึ่งทาง Duxion แก้ปัญหานี้ด้วยการออกแบบชุดระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวให้กับชุดขดลวด Stator coil เพื่อให้มอเตอร์ยังสามารถทำงานได้ที่ความเร็วรอบสูง ๆ ได้อย่างไม่มีปัญหา และในส่วน Rotor นั้นก็ใช้ชุดแม่เหล็กถาวรแทนเพื่อเพิ่มอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักและทำให้เครื่องยนต์มีน้ำหนักเบา
โดยทาง Duxion ประสบความสำเร็จในการทดสอบเครื่องยนต์ต้นแบบรุ่นย่อส่วนในห้องปฏิบัติการภาคสนามไปเมื่อช่วงกลางปี โดยผลทดสอบนั้นเครื่องยนต์เจ็ตแบบใบพัดเดี่ยวนี้สามารถให้แรงขับได้เท่ากันกับเครื่องยนต์เจ็ตแบบใช้น้ำมันที่มีขนาดเท่า ๆ กัน
แต่ด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อนน้อยกว่ามาก รวมถึงการที่ไม่มีเพลากลางทำให้เครื่องยนต์เจ็ตไฟฟ้าของ Duxion นี้จะมีขนาดเล็กกว่าและเบากว่าเครื่องยนต์เจ็ตที่ให้กำลังขับเท่า ๆ กัน
รวมถึง Duxion ยังออกแบบให้สามารถทำการปรับปรุงเครื่องยนต์เจ็ตเดิมที่ใช้น้ำมันให้เปลี่ยนมาใช้ไฟฟ้าได้อีกด้วย
เปรียบเทียบขนาด และชิ้นส่วนของเครื่องยนไอพ่นปัจจุบันกับของ Duxion
ทั้งนี้ยังคงต้องใช้เวลาอีกสักพักกว่าที่เครื่องยนต์เจ็ตไฟฟ้านี้จะเริ่มมีการเอามาติดตั้งใช้ในเครื่องบินโดยสารได้ เพราะยังเพิ่งสำเร็จในรุ่นต้นแบบและเป็นการทดสอบภาคพื้นดิน
โดยหลังจากความสำเร็จในการทดสอบครั้งนี้ Duxion มีแผนในการสร้างเครื่องยนต์ทดสอบเพื่อติดตั้งและทดลองทำการบินทดสอบต่อไป
ภาพทีมงานและเครื่องต้นแบบขนาดย่อส่วน
Duxion ยังมีแผนพัฒนามอเตอร์ชนิดไร้เพลานี้กับอุตสาหกรรมขนส่งทางเรือในการใช้แทนใบพัดเรือเดิมด้วยใบพัดแบบไร้เพลานี้ รวมถึงประยุกต์ใช้กับโดรนหรืออากาศยานขึ้นลงแนวดิ่งที่ใช้ไฟฟ้าล้วน (eVTOL)
โดย Duxion นั้นมีสัญญาในการพัฒนาและจัดส่งเครื่องยนต์ eJet motors จำนวน 200 เครื่องให้กับ Dymond Aerospace บริษัทที่ทำธุรกิจด้านการบินในแคนาดาสำหรับเป็นเครื่องยนต์ให้กับฝูงโดรนขนส่งขนาดใหญ่ของ Dymond Aerospace ในอนาคต
สำหรับรูปแบบอื่น ๆ ของเครื่องยนต์เจ็ตที่ใช้ไฟฟ้าที่กำลังพัฒนากันอยู่นั้นก็ได้แก่ เครื่องยนต์ไอพลาสมา แต่ก็ยังอยู่ในขั้นตอนวิจัยและเทคนิคก็ค่อนข้างซับซ้อนในการเอามาประยุกต์ทำเป็นเครื่องยนต์เจ็ต (แต่ข้อมูลก็ 3 ปีมาแล้ว)
1
ก็นับว่าเป็นความก้าวหน้าที่ใกล้เคียงความจริงมากที่สุดในปัจจุบันของการพัฒนาเครื่องยนต์ไอพ่นไฟฟ้าล้วน เพื่อที่จะมาเปลี่ยนผ่านอุตสาหกรรมการบินไปสู่การบินสีเขียวที่ไร้การปล่อยมลพิษอย่างสมบูรณ์ในอนาคต ก็หวังว่าจะได้เห็นเครื่องบินเจ็ตไฟฟ้าในเร็ววันนี้

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา