電動航空機の民生利用はどこまで実現しているのだろうか。展望は？

 電気推進方式の航空機はガスタービンエンジン機に比べ何が利点になるのか。

Aviation Week技術担当編集者のグラハム・ウォーウィックが以下回答してくれた。

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ガスタービンとの比較では電動モーターに利点が多い。ただしモーターは電気推進システムの一部に過ぎない。タービンエンジンに燃料タンク、ポンプ、配管その他が必要なように電気推進ではエナジー貯蔵、電気制御電子装置、配電系統や冷却システムが必要となる。システム単位でみると電動推進方式には課題が残る。

 

利点の一つはノイズだ。電動モーターは静粛度で燃料燃焼型エンジンに勝る。ただし、推進動力を作るためローター、プロペラやファンの駆動が必要となり、離陸時や上昇時にノイズが発生する。とはいえ、電気推進はタクシー中や巡航飛行中は静かだ。電動モーターで分散型推進が可能になり、小型かつ静粛なローターやファンを多数配置できる。

 

もう一つの利点が効率だ。電動型の効率は90パーセントに及ぶが、大型ターボファンで55％、小型ターボプロップは35％程度となっている。タービンエンジンの大きさで効率にも差が出るため、電動推進の導入はターボプロップエンジン搭載のリージョナル機から始まっている。

 

さらに利点となるのが規模を自由に変更できることだ。大型モーターを一二個使う、あるいは分散型推進方式にしても性能に大きな変化がない。タービンではこうはいかない。航空機用電動モーターの開発はまだ初期段階で各種技術で模索が続いている。時が経てば結果が出るだろう。

 

電動推進で最大の課題はエナジー貯蔵だ。現行バッテリーのエナジー密度は航空燃料の数分の一程度しかない。このため全電動機は小型短距離のエアタクシーからで、一時間程度の飛行を想定する。ハイブリッド方式の電動機も出だしは短距離リージョナル機だろう。

 

現行リチウムイオンを上回る高性能バッテリーもあるにはあるが、民生利用は先の話だ。水素燃料電池によるエナジー貯蔵方式が自動車業界で始まっている。さらに新しい方式としてフロー電池があり、NASAがこれをAquiferプロジェクトで航空機に応用しようとしている。

 

バッテリーに制約があるため電気推進方式も当面は従来の航空業界になじみのなかった分野を狙うことになる。その例が都市内航空移動やリージョナル貨物輸送で、現在は道路交通や鉄道輸送が中心だ。民間航空の中核部分ともいえる短距離路線、中距離路線用の機体で電動化はさらに時間がかかり、長距離路線用機材は液体燃料が中心のままとなるとみられる。

 

短距離、中距離用機材では全電動化は無理としても電動化が進むことは確実だろう。メガワット級モーターと発電機をターボファンに組み込めば出力増が望める。これは離陸時に活用でき、タービンエンジンの小型化、効率化が可能となる。貯蔵エナジーを利用したエンジンサイクル管理が可能となれば効率が上がる。

 

電動推進の実現への道はまだ長いが、欧州連合航空安全局がPipistrelの練習機Velis Electroの型式証明を6月に発行しており、普及に向け規制上の最初の関門を突破したと言えよう。■

What Are The Advantages And Challenges Of Electric-Powered Airliners?

Graham Warwick July 31, 2020