Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trong bộ phim hoạt hình dài tập thập niên 1960 ‘The Jetsons’, George Jetson bắt đầu làm việc trong chiếc ô tô bay cỡ gia đình của mình, nó biến thành một chiếc cặp một cách kỳ diệu vào cuối chuyến đi.
Trong bộ phim hoạt hình sitcom thập niên 1960 The Jetsons, George Jetson bắt đầu làm việc trong chiếc ô tô bay cỡ gia đình của mình, nó biến thành một chiếc cặp một cách kỳ diệu vào cuối chuyến đi.
Một nghiên cứu mới về tác động môi trường bền vững của ô tô bay, chính thức được gọi là máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng, hay VTOLs, thấy rằng chúng sẽ không phù hợp để đi lại ngắn theo kiểu Jetsons.
Tuy nhiên, VTOLs – kết hợp sự tiện lợi của việc cất cánh thẳng đứng và hạ cánh như máy bay trực thăng với chuyến bay khí động học hiệu quả của máy bay – có thể đóng một vai trò thích hợp trong việc di chuyển bền vững cho các chuyến đi dài hơn, theo nghiên cứu, dự kiến xuất bản vào ngày 9 tháng 4 tại Truyền thông tự nhiên . Một số công ty trên thế giới đang phát triển các nguyên mẫu VTOL.
Theo các tác giả nghiên cứu từ Trung tâm Hệ thống bền vững của Đại học Michigan và Ford Motor Co., từ những chiếc ô tô bay sẽ đặc biệt có giá trị ở những thành phố đông đúc hoặc những nơi có những hạn chế về địa lý.
“Đối với tôi, thật đáng ngạc nhiên khi thấy VTOLs có khả năng cạnh tranh liên quan đến sử dụng năng lượng và khí thải nhà kính trong một số trường hợp nhất định”, Gregory Keoleian, tác giả nghiên cứu và giám đốc của Trung tâm Hệ thống bền vững tại Trường Môi trường UM cho môi trường và tính bền vững.
“VTOLs với công suất đầy đủ có thể vượt trội so với ô tô trên mặt đất cho các chuyến đi từ San Francisco đến San Jose hoặc từ Detroit đến Cleveland chẳng hạn,” ông nói.
Nghiên cứu UM-Ford, đánh giá bền vững toàn diện đầu tiên của VTOLs, đã xem xét việc sử dụng năng lượng, khí thải nhà kính và tiết kiệm thời gian của VTOL so với xe chở khách trên mặt đất. Mặc dù VTOLs tạo ra lượng khí thải bằng không trong suốt chuyến bay, pin của chúng cần điện được tạo ra tại các nhà máy điện.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cho các chuyến đi 100 km (62 dặm), một VTOL nạp đầy đủ mang theo một phi công và ba hành khách có lượng phát thải khí nhà kính thấp hơn so với những chiếc xe trên mặt đất với một công suất xe trung bình 1,54. Khí thải gắn liền với VTOL thấp hơn 52% so với xe chạy bằng xăng và thấp hơn 6% so với xe chạy bằng pin.
Akshat Kasliwal, tác giả đầu tiên của nghiên cứu và là sinh viên tốt nghiệp tại Trường Môi trường và Bền vững UM, cho biết những phát hiện này có thể giúp hướng dẫn việc triển khai bền vững một hệ thống di động mới nổi trước khi thương mại hóa.
“Với các VTOL này, có một cơ hội để cùng nhau sắp xếp các trường hợp kinh doanh và bền vững,” Kasliwal nói. “Không chỉ chiếm chỗ hành khách cao tốt hơn cho khí thải, nó còn ủng hộ tính kinh tế của ô tô bay. Hơn nữa, người tiêu dùng có thể được khuyến khích chia sẻ các chuyến đi, tiết kiệm đáng kể thời gian từ bay so với lái xe.”
Trong những thập kỷ tới, ngành giao thông toàn cầu phải đối mặt với thách thức đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về khả năng di chuyển thuận tiện của hành khách đồng thời giảm tắc nghẽn, cải thiện an toàn và giảm thiểu biến đổi khí hậu.
Xe điện và lái xe tự động có thể đóng góp cho một số mục tiêu đó nhưng bị hạn chế bởi tắc nghẽn trên đường hiện có. VTOLs có khả năng khắc phục một số hạn chế đó bằng cách cho phép các dịch vụ taxi được thí điểm hoặc các dịch vụ du lịch trên không khu vực và thành thị khác.
Một số tập đoàn hàng không vũ trụ và các công ty khởi nghiệp – chẳng hạn như Airbus, Boeing, Joby Hàng không và Lilium – và các cơ quan như NASA đã phát triển các nguyên mẫu VTOL. Một yếu tố hỗ trợ hiệu quả quan trọng cho các máy bay này là động cơ điện phân tán, hoặc DEP, liên quan đến việc sử dụng một số động cơ đẩy nhỏ, chạy bằng điện.
Các nhà nghiên cứu UM và Ford đã sử dụng thông tin có sẵn công khai từ các nguồn này và các nguồn khác để tạo ra một mô hình dựa trên vật lý tính toán sử dụng năng lượng và khí thải nhà kính cho VTOL điện.
“Mô hình của chúng tôi đại diện cho các xu hướng chung trong không gian VTOL và sử dụng các tham số từ nhiều nghiên cứu và thiết kế máy bay để chỉ định trọng lượng, tỷ lệ nâng và năng lượng cụ thể của pin”, ông Noah Furbush, đồng tác giả nghiên cứu và là sinh viên thạc sĩ tại Đại học Kỹ thuật UM.
“Ngoài ra, chúng tôi đã tiến hành phân tích độ nhạy để khám phá giới hạn của các thông số này, bên cạnh các yếu tố khác như cường độ carbon lưới và tốc độ gió”, Furbush, người cũng là thành viên của đội bóng đá UM cho biết.
Nghiên cứu bắt đầu trong khi Kasliwal và Furbush là thực tập sinh mùa hè tại Ford. Công việc tiếp tục khi các sinh viên trở về Ann Arbor, với sự giúp đỡ của một khoản trợ cấp của Liên minh Ford-Đại học Michigan.
Các nhà nghiên cứu đã phân tích sử dụng năng lượng chính và phát thải khí nhà kính trong năm giai đoạn của chuyến bay VTOL: bay lượn, leo trèo, hành trình, cất cánh và hạ cánh. Những máy bay này sử dụng rất nhiều năng lượng trong quá trình cất cánh và leo núi nhưng tương đối hiệu quả trong giai đoạn hành trình, di chuyển với tốc độ 150 dặm / giờ. Kết quả là, VTOLs có nhiều năng lượng hiệu quả trên những chuyến đi dài, khi giai đoạn hành trình thống trị tổng dặm bay.
Nhưng đối với các chuyến đi ngắn hơn – bất cứ điều gì ít hơn 35 km (22 dặm) – đơn cư ngụ xe cơ đốt trong động cơ sử dụng ít năng lượng và sản xuất ít khí thải nhà kính hơn so với đơn cư ngụ VTOLs. Đó là một yếu tố quan trọng vì trên mặt đất xe đi lại trung bình chỉ khoảng 17 km (11 dặm).
“Kết quả là, các chuyến đi nơi VTOLs là bền vững hơn xe xăng chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số hàng năm xe-dặm di chuyển trên mặt đất,” Nghiên cứu đồng tác giả Jim Gawron, một nghiên cứu sinh tại Trường UM Môi trường cho biết tính bền vững và Trường kinh doanh Ross. “Do đó, VTOLs sẽ bị hạn chế trong đóng góp và vai trò của chúng trong một hệ thống di động bền vững.”
Không có gì đáng ngạc nhiên, VTOL đã hoàn thành chuyến đi trường hợp cơ sở nhanh hơn 100 km so với các phương tiện trên mặt đất. Đường bay VTOL điểm-điểm, kết hợp với tốc độ cao hơn, giúp tiết kiệm thời gian khoảng 80% so với các phương tiện trên mặt đất.
“Điện khí hóa máy bay, nói chung, dự kiến sẽ thay đổi căn bản ngành công nghiệp hàng không vũ trụ trong tương lai gần,” Furbush nói.
Các tác giả của nghiên cứu lưu ý rằng nhiều câu hỏi khác cần được giải quyết để đánh giá khả năng tồn tại của VTOLs, bao gồm chi phí, tiếng ồn và sự chấp nhận của người tiêu dùng và xã hội.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Michigan . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :