電気航空機
Velis Electroは、2020年6月10日に型式認定を受けた最初の有人電気航空機の1つとなりました。

電気航空機とは、電気で駆動する航空機です。電気航空機は、排出量をほぼゼロに抑え、飛行音も静かなため、航空の環境への影響を軽減する手段として注目されています。電力供給は様々な方法で行われますが、最も一般的なのはバッテリーです。ほとんどの航空機は、プロペラまたはタービンを駆動する 電気モーターを搭載しています。

電気で動く飛行船の有人飛行は19世紀にまで遡り、係留ヘリコプターの場合は1917年に遡る。 電気で動く模型飛行機は、少なくとも1957年から飛行しており、現在使用されている小型無人航空機（UAV）やドローンに先立っていた。小型のUASは小包の配達に使用でき、大型のものは長時間滞在が求められる用途：航空写真、監視、通信に使用できる。電気で動く飛行機による初の有人自由飛行は1973年に製造されたMB -E1で、今日の有人電気飛行機のほとんどはまだ実験的なプロトタイプに過ぎない。2006年以来EASAの型式証明を取得し、特許を取得した翼一体型バッテリーシステムを備えた世界初の量産型自律発進有人電気飛行機[ 1 ]は[ 2 ] 、ランゲE1アンタレスであり、1999年に初飛行を完了した。 2004年以降、このタイプの航空機は100機以上納入されており、現在までに（2022年まで）合計16万5000時間以上の電気飛行時間を記録しました。[ 3 ] 2015年から2016年にかけて、ソーラーインパルス2号は太陽光発電による地球一周飛行を達成しました。都市部の航空移動手段として、電動VTOL機や個人用航空機の導入が検討されています。電動商用航空機は運航コストを削減する可能性があります。[ 4 ] : 1–7

歴史

2018年5月までに、約100機の電気航空機が開発中であることがわかっていた。[ 5 ] これは前年の70機から増加しており、新興企業が60％、航空宇宙既存企業が32％（その半数が大手OEM）、学術機関、政府機関、航空宇宙以外の企業が8％で、主に欧州（45％）と米国（40％）の企業であった。[ 6 ]大部分は都市エアタクシー（50％）と一般航空機 （47％）で、大多数はバッテリー駆動（73％）ですが、一部はハイブリッド電気（31％）で、これらのほとんどは大型の旅客機です。[ 6 ] 2019年5月までに、既知の電気航空機開発プログラムの数は170近くに上り、その大部分は都市エアタクシーの役割を目的と していた。[ 7 ] [ 4 ] : 10–11 2023年までに、開発中の持続可能な航空機のコンセプト（電気に限らない）の数は最大700になると推定されています。[ 8 ]

飛行船

航空機の推進力として電気を利用する試みは、19世紀後半の飛行船開発の過程で初めて行われました。1883年10月8日、ガストン・ティサンディエは初の電気駆動飛行船を飛行させました。[ 9 ] : 292 [ 10 ]翌年、シャルル・ルナールとアーサー・クレブスはより強力なモーターを搭載したラ・フランス号を飛行させました。 [ 9 ] : 306 飛行船は揚力能力に優れていましたが、電気を蓄えるために重い蓄電池が必要だったため、初期の飛行船の速度と航続距離は著しく制限されていました。

完全電気飛行船は2030年代までに再び利用可能になると予想されている。[ 11 ]

無人航空機

1909年に電動自由飛行模型が8分間飛行したと主張されたが、この主張は1957年に記録された最初の電動無線制御模型飛行機の飛行の製造者によって異議を唱えられた。 [ 12 ]電気飛行のための電力密度は小型模型にとっても問題があった。

NASAの電気駆動無人航空機「パスファインダープラス」

NASAのパスファインダー、パスファインダープラス、センチュリオン、ヘリオスは、 NASAの環境研究航空機およびセンサー技術プログラムの一環として、エアロバイロンメント社が1983年から2003年にかけて開発した太陽電池および燃料電池システムを動力源とする無人航空機（UAV）のシリーズである。 [ 13 ] [ 14 ] 1995年9月11日、パスファインダーはNASAドライデンから12時間の飛行で、太陽光発電航空機として非公式ながら高度50,000フィート（15,000メートル）の記録を樹立した。その後の改造後、この機体はハワイ島カウアイ島にある米海軍太平洋ミサイル試射場（PMRF）に移された。 1997年7月7日、パスファインダーは太陽光発電航空機の高度記録を71,530フィート（21,800メートル）に更新しました。これはプロペラ駆動航空機の記録でもありました。[ 13 ]

1998年8月6日、パスファインダープラスは、太陽光発電とプロペラ駆動の航空機の高度記録を80,201フィート（24,445メートル）に更新しました。[ 13 ] [ 15 ]

2001年8月14日、ヘリオスは29,524メートル（96,863フィート）の高度記録を樹立した。これはFAIクラスU（実験的/新技術）およびFAIクラスU-1.d（質量500～2,500kg（1,100～5,500ポンド）の遠隔操作UAV）の記録であり、プロペラ機の高度記録でもあった。[ 16 ] 2003年6月26日、ヘリオスの試作機は乱気流に遭遇して分解し、ハワイ沖の太平洋に落下し、プログラムは終了した。

2005年、AC Propulsion社は「SoLong」と名付けられた無人飛行機を、太陽エネルギーのみで48時間ノンストップ飛行させました。これは、機体に搭載されたバッテリーに蓄えられたエネルギーで24時間連続飛行を行った初の事例でした。[ 17 ] [ 18 ]

QinetiQ Zephyrは軽量の太陽光発電式無人航空機（UAV）である。2010年7月23日現在、無人航空機として2週間（336時間）以上の耐久記録を保持している。[ 19 ]炭素繊維強化ポリマー構造で、2010年版の重量は50 kg（110ポンド）[ 20 ]（2008年版は30 kg（66ポンド））、翼幅は22.5 m（74フィート）[ 20 ]（2008年版は18 m（59フィート））。日中は太陽光を利用してリチウム硫黄電池を充電し、夜間に機体に電力を供給する。[ 21 ] 2010年7月、ゼファーは336時間22分8秒（2週間以上）の無人機耐久飛行の世界記録を樹立し、FAIクラスU-1.c（重量50～500kg（110～1,100ポンド）の遠隔操縦無人機）で高度70,742フィート（21,562メートル）の記録も樹立しました。[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

垂直飛行

1918 年のペトロチ・カルマン・ジュロヴェツPKZ-2 連結ヘリコプターは、1917 年の PKZ-1 に続きました。

航空観測プラットフォームのような係留装置の場合、電力を係留装置に送ることが可能です。当時使用されていた扱いにくい気球よりも実用的な解決策を模索し、オーストリア＝ハンガリー帝国のペトロチ・カルマン・ジュロヴェツPKZ-1電気ヘリコプターが1917年に飛行しました。このヘリコプターは、オーストロ・ダイムラー社製の特別設計の190馬力（140kW）連続定格電気モーターを搭載し、地上の直流発電機に接続されたケーブルから電力を供給されていました。しかし、当時の電気モーターはこのような用途には十分な出力がなく、わずか数回の飛行でモーターが焼損しました。[ 25 ]

1964年、レイセオン社のウィリアム・C・ブラウンは、飛行に必要な電力のすべてをマイクロ波電力伝送によって受け取る模型ヘリコプターを飛行させた。[ 26 ]

世界初の大型全電動ティルトローターは、アグスタウェストランド社のプロジェクトゼロ無人航空機技術実証機であり、同社が正式に承認してからわずか6か月後の2011年6月に地上電源による無人テザー飛行を実施した。[ 27 ]

ソリューションF/クレティエンヘリコプター

最初のフリーフライング電動ヘリコプターは、フランスのヴェネルでパスカル・クレティエンが開発したソリューションF/クレティエン・ヘリコプターでした。2010年9月10日のコンピュータ支援設計コンセプトから、2011年8月の初飛行まで、わずか1年足らずで実現しました。[ 28 ] [ 29 ]

2016年9月、マーティン・ロスブラットとTier1エンジニアリングは、電動ヘリコプターの試験に成功しました。5分間の飛行で高度400フィート（120メートル）に到達し、最高速度は80ノット（時速150キロメートル）でした。ロビンソンR44ヘリコプターは、重量45kg（100ポンド）の三相永久磁石同期YASAモーター2基と、重量500kg（1,100ポンド）のBrammo製リチウムポリマーバッテリー11個を搭載して改造されました。 [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]その後、2016年には20分間飛行した。[ 33 ] [ 34 ] 2018年12月7日、ティア1エンジニアリングは、電気バッテリー駆動のR44で、速度80ノット（150 km / h）、高度800フィート（240 m）で30 nmi（56 km）以上飛行し、ギネス世界記録に認定された最長距離記録を樹立した。[ 35 ]

2017年6月、エアバスは電動VTOL機のデモ機「シティエアバス」を発表しました。[ 36 ]このマルチローター機は、当初はパイロット1名と乗客4名を乗せ、規制が整えば自動操縦になる予定です。[ 36 ]最初の無人飛行は2018年末に予定されており、有人飛行は2019年に予定されています。[ 37 ]型式証明と商用導入は2023年に予定されています。[ 38 ]

NASAの小型無人航空機システム（sUAS）であるインジェニュイティは、2021年に火星に着陸し、地球外航空機としては世界初となる。同軸ローターを1対搭載している。ドラゴンフライ回転翼機着陸機は、地球以外の天体で運用される2番目の航空機および回転翼機となる予定だ。2034年頃からタイタンの大気圏を飛行する予定だ。垂直離着陸（VTOL）機能は、着陸機とそのセンサーを着陸地点から離れた様々な場所に移動させるために組み込まれている。[ 39 ]

実験デモンストレーター

ミリトキーMB-E1は、改造されたブルディチュカHB-3モーターグライダー（後に写真のHB-23）で、世界初のフルサイズ電気航空機でした。
NASAはテクナムP2006TからX-57マクスウェルを開発した。

1973年10月21日、フレッド・ミリトキーが改造しハイノ・ブルディチュカが操縦するブルディチュカHB-3モーターグライダー、ミリトキーMB-E1がオーストリアのリンツから9分間飛行した。これはニッケル・カドミウム電池（NiCad）を動力源として、人が乗った状態で自力で飛行した最初の電気航空機であった。 [ 40 ] [ 41 ]ニッカド電池は鉛蓄電池よりもエネルギー密度が高く、空気より重い航空機に動力を供給するのに必要である。

人力飛行の成功に続き、再発射されたクレマープライズは、乗組員が離陸前にエネルギーを蓄えることを可能にした。[ 42 ] 1980年代には、 MITモナークやエアロバイロメントバイオニックバットなど、ペダルをこぐことで発電した電気を蓄える設計がいくつかあった。[ 43 ]

ボーイングが主導するFCD （燃料電池実証機）プロジェクトでは、ダイヤモンドHK-36スーパーディモナモーターグライダーを水素燃料電池で動く軽飛行機の研究テストベッドとして使用しています。[ 44 ] 2008年2月と3月に飛行が成功しました。[ 44 ] [ 45 ]

欧州委員会は、革新的な電気推進機またはハイブリッド推進機の開発に向けた、 TRLの低い多くのプロジェクトに資金を提供してきました。ENFICA-FCは、燃料電池を主または補助動力源とする全電気航空機の研究と実証を目的とした欧州委員会のプロジェクトです。この3年間のプロジェクトでは、燃料電池をベースとした動力システムが設計され、2010年5月20日に超軽量航空機Rapid 200FCに搭載されて初飛行が行われました。 [ 46 ]

NASAグリーンフライトチャレンジの第1回は2011年に開催され、2011年10月3日にピピストレル・トーラスG4が優勝した。 [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]

2013年、チップ・イェーツは、世界最速の電気飛行機であるロングESA（改良型ルタン・ロングEZ）が、国際航空連盟（FAI ）による一連の試験で、ガソリンエンジンのセスナなどの航空機を上回る性能を発揮できることを実証した。ロングESAは、空気密度が低くエンジン性能が損なわれないため、高度を上げてでも性能を維持できることから、コストが低く、最高速度と上昇率が高いことがわかった。[ 50 ] [ 51 ]

2017年、シーメンスは改造されたエクストラEA-300アクロバット機である330LEを使用して、2つの新しい記録を樹立しました。3月23日、ドイツのディンスラーケン・シュヴァルツェ・ハイデ飛行場で、この飛行機は3km（1.6海里）の距離で約340km/h（180ノット）の最高速度に達し、翌日には電気飛行機を牽引する最初のグライダーとなりました。[ 52 ]

NASAは燃料消費量、排出量、騒音を削減する技術を実証するためにX-57マクスウェルを開発していたが、推進システムの問題によりプログラムは中止された。 [ 53 ]テクナムP2006Tを改造したX-57には、翼の前縁に取り付けられたプロペラを駆動する14個の電動モーターが搭載される。 [ 54 ]スケールド・コンポジッツは2017年7月、ピストンエンジンを電動モーターに交換した最初のP2006Tを改造し、2018年初頭の飛行に備え、次に推進効率を高めるためにモーターを翼端に移動し、最終的に12個の小型プロペラを備えた高アスペクト比の翼を取り付ける予定である。[ 55 ]

米国と英国の新興企業ZeroAviaは、小型航空機用のゼロエミッション燃料電池推進システムを開発しており、英国政府から270万ポンドの支援を受けてオークニー諸島でHyFlyerのテストを行っている。 [ 56 ]

ソーラー航空機

最初の太陽光発電航空機であるマウロ・ソーラー・ライザーは、1979年4月29日に飛行した。
2016年、ソーラーインパルス2号は世界一周飛行を達成した最初の太陽光発電航空機となった。

建築家でありクレマー賞委員会委員でもあるフレディ・トーの指揮の下、デイビッド・ウィリアムズがソーラー・パワード・エアクラフト・デベロップメント社によってソーラー・ワンを設計・製造した。このモーターグライダー型航空機は、もともと海峡横断に挑戦するためにペダル駆動の飛行機として開発され、飛行前に翼に搭載された太陽電池アレイで充電されたバッテリーで駆動する電動モーターを使用していた。[ 57 ]ソーラー・ワンの初飛行は1978年12月19日にハンプシャー州ラシャム飛行場で行われた。 [ 58 ]

1979年4月29日、マウロ・ソーラー・ライザーは、有人機で太陽光発電機として2番目に飛行に成功した航空機となった。太陽電池は30ボルトで350ワット（0.47馬力）の電力を供給し、小型バッテリーを充電してモーターを駆動した。1.5時間の充電で、バッテリーは3～5分間機体を駆動し、滑空高度に到達できた。[ 59 ]太陽電池が開発され、ニッカド電池が開発された1974年に、この航空機の模型試験が成功した。

マックレディ ゴッサマーペンギンは1980 年にパイロットを乗せて初めて飛行しました。

マックレディ・ソーラー・チャレンジャーは1980年に初飛行し、1981年にはスティーブン・プタチェク操縦でパリ北部のポントワーズ飛行場からイギリスのマンストンにあるマンストン空軍基地まで163マイル飛行し、5時間23分にわたり高度を維持した。

ギュンター・ロヘルトが開発した有人操縦のソレア1号は、1983年に飛行し、性能が大幅に向上しました。[ 60 ] [ 61 ]翼に取り付けられた太陽電池は2499個でした。[ 60 ]

ドイツの太陽光発電航空機「イカレII」は、1996年にシュトゥットガルト大学航空機設計研究所（Institut für Flugzeugbau）によって設計・製造された。プロジェクトのリーダーであり、しばしばパイロットを務めたのは、研究所長のルドルフ・フォイト＝ニッチマンである。この設計は、1996年にベルブリンガー賞、オシュコシュでEAA特別功労賞、ドイツ航空クラブのゴールデン・ダイダロス・メダル、そして1997年にフランスのOSTIV賞を受賞した。[ 62 ]

ソーラーインパルス2号は4つの電気モーターで駆動する。翼と水平安定板に取り付けられた太陽電池からのエネルギーはリチウムポリマー電池に蓄えられ、プロペラを駆動するために使用される。[ 63 ] [ 64 ] 2012年、最初のソーラーインパルスがスペインのマドリードからモロッコのラバトまで飛行し、太陽光発電機による初の大陸間飛行を行った。[ 65 ] [ 66 ] 2014年に完成したソーラーインパルス2号は、より多くの太陽電池とより強力なモーターを搭載するなど、さまざまな改良が行われた。2015年3月、この飛行機は計画されていた世界一周旅行の第一段階として離陸し、アラブ首長国連邦のアブダビから東に向かって飛行した。[ 67 ]バッテリーの損傷のため、飛行機はハワイで停止し、そこでバッテリーが交換された。 2016年4月に世界一周航海を再開し[ 68 ]、2016年6月にスペインのセビリアに到着した[ 69 ]。翌月アブダビに戻り、世界一周航海を完了した[ 70 ] 。

一般航空

エアエナジーAE-1サイレント超軽量電動モーターグライダーは1998年に型式承認を受けた。[ 71 ]

グライダーの持続モーター、あるいは自力発進モーターとして利用されています。最も一般的なシステムは前部電動持続モーターで、240機以上のグライダーに搭載されています。モーターは発進時またはアウトランディング（滑空中の予定外の着陸）を回避するために短時間のみ使用されるため、航続距離が短いことは問題になりません。

最初の市販された非認証生産型電気飛行機であるアリスポーツ・サイレント・クラブ自走グライダーは1997年に飛行した。この飛行機はオプションで13kW（17馬力）の直流電気モーターを搭載し、40kg（88ポンド）のバッテリーで1.4kWh（5.0MJ）のエネルギーを蓄える。[ 72 ]

電気で動く航空機の耐空証明は、 2003年にランゲ・アンタレス20Eに初めて与えられた。この機体も、電動で自力で発進する20メートル（66フィート）のグライダー/セイルプレーンで、42kW（56馬力）のDC/DCブラシレスモーターとリチウムイオン電池を搭載し、セルをフル充電すると高度3,000メートル（9,800フィート）まで上昇することができる。[ 73 ]初飛行は2003年。2011年、この機体は2011年ベルブリンガーコンクールで優勝した。[ 74 ]

2000年代後半、中国の無線操縦模型メーカーであるYuneec Internationalは、連続生産を目的に設計された初の電動航空機であるE430を含む、バッテリー駆動の有人固定翼航空機をいくつか開発、テストしたが、商業化には至らず（試作品のみが製作された）、2010年代半ばに利益の見込める消費者向けドローン市場に目を向けた。

トーラス・エレクトロは、史上初の2人乗り電気飛行機であり[ 75 ]、トーラス・エレクトロG2は2011年に導入された量産型である。40kW（54馬力）の電気モーターとリチウム電池を搭載し、高度2,000m（6,600フィート）まで自力で発進し[ 76 ]、その後エンジンを格納してグライダーとして飛行する。これは、量産を達成した初の2人乗り電気飛行機である[ 77 ] 。 [ 78 ]

パイロット訓練では短距離飛行が重視されるため、複数の企業が初期飛行訓練に適した軽飛行機を製造、あるいは実証しています。エアバスE-Fanは飛行訓練を目的としていましたが、プロジェクトは中止されました。ピピストレルは、ピピストレル・アルファ・エレクトロのプロトタイプであるピピストレル・ワッツアップなどの軽スポーツ用電動飛行機を製造しています。飛行訓練における電動飛行機の利点は、航空燃料に比べて電気エネルギーのコストが低いことです。また、内燃機関に比べて騒音と排気ガスの排出量も低減されます。

バイ・エアロスペースのeFlyer 2（旧称：サン・フライヤー2）は、コロラド州デンバーに拠点を置くバイ・エアロスペース社が設計・開発中の軽電気飛行機です。2016年5月11日に初めて一般公開され、2018年4月10日に初飛行しました。

2020年6月10日、2人乗りのピピストレル・ウイルスの派生型であるヴェリス・エレクトロが、 EASA （欧州航空宇宙局）から型式証明を取得した初の電気航空機となった。エムラックスと共同開発した76馬力（57kW）の電気モーターを搭載し、170kg（370ポンド）、巡航速度90ノット（170km/h）、50分の飛行時間を誇る。ピピストレルは2020年に30機以上を納入し、練習機として運用する予定である。[ 79 ]

2021年10月12日、ダイヤモンド・エアクラフトは、飛行訓練市場向けにカスタマイズされたeDA40の開発を発表しました。2022年の初飛行と2023年のEASA/FAA Part 23認証取得を目指しています。[ 80 ]この2人乗りの航空機は、最大90分の飛行が可能で、ピストン動力機よりも40%低い運航コストで飛行できると予想されています。eDA40は、将来的に3人乗りの派生型も計画されています。[ 81 ] eDA40は2023年7月20日に初飛行を行いました。[ 82 ]

積分E

2025年6月3日の朝、北米で初となる電気飛行機による旅客飛行がジョン・F・ケネディ国際空港に着陸した。バーモント州バーリントンに本社を置くBETAテクノロジーズの創業者兼CEOであるカイル・クラーク氏がアリアCX300を操縦し、イースト・ハンプトンを離陸して45分、72海里の飛行を終えた。クラーク氏は2017年にBETAを創業し、カタール投資庁、フィデリティ・インベストメンツ、アマゾン・ドットコムから10億ドルの資金を調達し、2018年にアリアCX300の開発に着手した。この飛行機は機体上部に4つのモジュラー式プロペラを搭載しており、ヘリコプターのように垂直離陸できるほか、従来の飛行機のように水平離陸も可能となっている。この機はパイロット1名と乗客4名の計5名乗りで、ピッツバーグの小さな空港を拠点に数万マイルの飛行を経てJFK空港に着陸した。同空港への飛行には、米国で最も厳しく管制されているクラスB空域への入域が必要だった。この空域では民間ジェット機と同じ高度と進入速度で飛行する必要があり、クラークは管制に遅延や逸脱なく応答する必要があった。[ 83 ] [ 84 ]

航空機プロジェクト

NASA電気航空機テストベッド

NASA電動航空機テストベッド（NEAT）は、オハイオ州プラムブルックステーションにあるNASAの再構成可能なテストベッドで、小型の1人乗りまたは2人乗りの航空機から最大20MW（27,000馬力）の旅客機までの電動航空機電力システムの設計、開発、組み立て、テストに使用されています。[ 85 ] NASA研究契約（NRA）は、電気推進コンポーネントの開発に使用されています。[ 86 ]このプログラムは2023年にキャンセルされました。

2017年9月、英国の格安航空会社イージージェットは、ライトエレクトリックと共同で、2027年までに180人乗りの電気飛行機を開発していると発表した。[ 87 ] 2016年に設立された米国のライトエレクトリックは、272 kg（600ポンド）のバッテリーを搭載した2人乗りの概念実証機を製造しており、大幅に軽量の新しいバッテリー化学でスケールアップできると考えている。291 nmi（539 km）の航続距離は、イージージェットの乗客の20％に十分である。[ 88 ]ライトエレクトリックはその後、10人乗り、最終的には少なくとも120人の乗客を乗せた単通路の短距離航空機を開発し、騒音を50％低減し、コストを10％削減することを目標としている。[ 89 ]ライトエレクトリックのCEO、ジェフリー・エングラーは、商業的に実現可能な電気飛行機によってエネルギーコストが約30％削減されると見積もっている。[ 90 ]

2018年3月19日、イスラエル航空宇宙産業は、小型無人機の電力システムの経験を活かし、短距離電気航空機を開発する計画を発表した。 [ 91 ]同社は自社開発の可能性もあるが、イスラエルのEviation、米国のZunum Aero、ライト・エレクトリックなどの新興企業と共同開発することも可能だ。[ 91 ]

オーストラリアに拠点を置くマグニXは、540kW（720馬力）のモーターを搭載し、最大1時間の飛行が可能な電動セスナ208キャラバンを開発した。 [ 92 ] 同社のマグニ5電動モーターは、乾燥質量53kg（117ポンド）で、2,500rpmで95％の効率で連続265kW（355馬力）、ピーク300kW（400馬力）を出力し、電力密度は5kW/kgで、エクストラ330LE向けの260kW（350馬力）、50kg（110ポンド）のシーメンスSP260Dと競合する。[ 92 ] 2018年9月までに、プロペラ付きの350馬力（260kW）の電動モーターがセスナ・アイアンバードでテストされた。 750馬力（560kW）のキャラバンは2020年に初飛行を行い、マグニックス社は2022年までに電気航空機の航続距離が2024年までに500マイルと1,000マイル（800キロと1,610キロ）になると見積もっている。 [ 93 ]モーターはテストダイナモメーターで1,000時間稼働した。[ 94 ]アイアンバードはテストベッドとして使用されるキャラバンの前部胴体で、オリジナルのプラット・アンド・ホイットニー・カナダPT6ターボプロップエンジンが電気モーター、インバーター、ラジエーターを含む液体冷却システムに置き換えられ、セスナ206のプロペラを駆動している。[ 94 ]量産モーターは1,900rpmで280kW（380馬力）を出力し、テストモーターの2,500rpmから低下しているため、減速ギアボックスなしでの設置が可能となっている。[ 94 ] 2020年5月28日、マグニックス社の9人乗り電動セスナ208B eCaravanが電力で飛行し、[ 95 ]商業運航認証に向けて準備が進められた。[ 96 ]

560kW（750馬力）のマグニX電気モーターがデ・ハビランド・カナダのDHC-2ビーバー水上機に搭載された。ブリティッシュコロンビア州に拠点を置くハーバー・エアは、2021年に同機を商業運航を開始し、当初は30分未満の飛行とし、より高性能なバッテリーの導入に伴い航続距離を延ばしたい考えだった。[ 56 ] 2019年12月10日、同機はバンクーバー近郊のフレーザー川から4分間の初飛行を行った。6人乗りのビーバーに通常搭載されているプラ​​ット・アンド・ホイットニーR-985ワスプ・ジュニアピストンエンジンは、交換可能なバッテリーを備えた135kg（298ポンド）のマグニ500に換装され、30分間の飛行と30分間の予備飛行が可能となった。[ 97 ] 2022年4月までに、 STCによる認証可能なバージョンの飛行試験は2023年後半まで延期され、4人の乗客とパイロットを乗せて30分間の飛行と30分間の予備燃料を搭載することになった。[ 98 ]マグニクス社は640kW（850馬力）のマグニ650航空機エンジンのFAA認証を申請中であり、バッテリープロバイダーのH55社（ソーラーインパルスからのスピンオフ）はEASAの承認を申請中である。[ 98 ]

ドイツのScylax E10 10人乗りのデモ機は2022年に飛行する予定である。この機体は、300km（160 nmi）の航続距離と300m（980フィート）の短距離離着陸を特徴とし、 FLN Frisia Luftverkehrによって東フリースラント諸島を結ぶために使用される予定である。[ 56 ]

2020年9月23日、ヨーテボリに拠点を置くハートエアロスペースは、2026年半ばまでに飛行が予定されている19座席の全電気商用機であるES-19の設計を発表しました。[ 99 ] 従来型のアルミニウム製の機体と翼を持ち、計画されている航続距離は400 km (222 nmi)で、最短800 m (2,600 ft)の滑走路から運航することが期待されています。[ 99 ]ハートは 当初北欧諸国で運航する航空会社をターゲットにしていましたが、少なくとも8つの航空会社から、約11億ユーロまたは13億米ドル (1機あたり750万ユーロまたは880万ドル) 相当のES​​-19航空機147機に対する「関心の表明」を受けています。[ 99 ]スウェーデンのベンチャーキャピタリストEQTベンチャーズ、北欧諸国政府、欧州連合の支援を受けているハートは、当初はスウェーデンのイノベーション機関ヴィノバから資金提供を受けており、シリコンバレーのスタートアップアクセラレータであるYコンビネーターの卒業生でもある。[ 99 ]

2021年3月22日、トゥールーズに拠点を置くオーラエアロは、19人乗りの電気航空機ERA（Electric Regional Aircraft）の開発を発表し、2026年に認証取得を予定している。[ 100 ]

航空の環境影響

航空が気候変動に及ぼす環境影響は、電気航空機開発の大きな原動力となっており、ゼロエミッションの電動パワートレインを目標とする開発チームも存在します。航空は化石燃料由来のCO2排出量全体の2.4%を占めており、航空輸送全体の排出量は2013年から2018年の間に32%増加しました。[ 101 ]航空によるCO2以外の気候変動への影響を推定することは複雑ですが、NOxと飛行機雲によってこの割合は3.5%にまで増加する可能性があります。[ 102 ]その他の利点としては、深刻な騒音公害とその対策問題を抱える航空業界において、騒音の低減が期待できることが挙げられます。[ 103 ]

オフボード電源

必要な電力をすべて船内に蓄えることなく供給する仕組みには、次のようなものがあります。

太陽電池

NASAパスファインダーの翼上面に設置された太陽電池パネル

太陽電池は太陽光を直接電気に変換し、直接電力として利用したり、一時的に蓄電したりします。太陽電池の出力は低く、多数を接続する必要があるため、用途が限られています。一般的な太陽光パネルは、15～20%の変換効率（太陽光エネルギーから電力への変換効率）で稼働し、直射日光下で約150～200 W/m 2 （0.019～0.025 hp/sq ft）の電力を生成します。 [ 104 ]性能の低いパネルの出力は、回路上のすべてのパネルの出力に影響を与えるため、使用可能な面積はさらに制限されます。つまり、すべてのパネルは、太陽に対して同様の角度にあり、影に覆われていないなど、同様の条件を満たす必要があります。[ 105 ]

2010年から2020年の間に、太陽光発電モジュールのコストは90%低下し、その後も年間13～15%の低下が続いています。[ 106 ]太陽電池の効率も大幅に向上し、1955年の2%から1985年には20%に達し、現在では実験システムの一部で44%を超えています。しかし、このような高効率を実現する技術のほとんどは、実験室レベルでのみ実現可能であり、本格的な生産レベルでは実現されていません。[ 107 ]

太陽光が無料で利用できることから、高高度での長時間滞空用途には太陽光発電が魅力的であり、寒さと大気の干渉の減少により地上よりも大幅に効率がよい。[ 108 ] [ 109 ]高度が上がるにつれて乾燥空気の温度が下がることを環境減率（ELR）と呼び、平均6.49 °C/km [ 110 ]（パイロット訓練では1.98 °C/1,000フィートまたは3.56 °F/1,000フィートと記憶される）なので、一般的な旅客機の巡航高度約35,000フィート（11,000メートル）の温度は地上よりも大幅に低くなる。

耐久飛行や、あるエリアを 24 時間カバーする航空機などの夜間飛行では、通常、日中に余剰電力から充電され、夜間に電力を供給するバックアップ ストレージ システムが必要です。

電子レンジ

マイクロ波などの電磁エネルギーの電力ビーム送信は、地上電源に依存します。しかし、電力ケーブルを使用する場合と比較して、電力ビーム送信は航空機の横方向の移動を可能にし、特に高度が上昇するにつれて重量ペナルティが大幅に軽減されます。この技術は小型モデルでのみ実証されており、より大規模な実用化開発が待たれています。[ 111 ]

外部電源ケーブル

係留気球に代わる動力付き車両では、地上電源（発電機や地域の電力網など）に電力ケーブルを接続することができます。低高度ではバッテリーを持ち上げる必要がなくなるため、1917年の実験的な観測車両、ペトロツィ・カルマン・ジュロヴェツPKZ-1で使用されました。しかし、高度が上昇するほど、持ち上げるケーブルの長さが重くなります。

電力貯蔵

必要な電気を蓄える仕組みには次のようなものがあります。

  • 化学反応を利用して電気を生成し、充電すると逆の方向に流れる電池。
  • 燃料電池は燃料と酸化剤を化学反応で消費して電気を生成するため、通常は水素で燃料を補給する必要があります。

電池

Tier1エンジニアリングの電動ロビンソンR44用バッテリー

バッテリーは、比較的高い蓄電容量を有することから、電気航空機の搭載型エネルギー貯蔵部品として最も一般的に使用されています。バッテリーが飛行船に初めて搭載されたのは19世紀ですが、鉛蓄電池は非常に重く、20世紀後半にニッケルカドミウム（NiCd）などの他の化学組成のバッテリーが登場して初めて、空気より重い航空機に実用化されました。現代のバッテリーは、主にリチウム技術をベースとした充電式です。

リチウムイオン電池（ LIB）の一種であるリチウムポリマー電池（LiPo）は、その軽量性と再充電性から、長年無人飛行に利用されてきました。しかし、そのエネルギー密度の高さから、用途は主にドローン用バッテリーに限られています。[ 112 ]単に大型のバッテリーを搭載した航空機を大型化することで最大飛行時間を延ばそうとするのは、積載量と航続距離の両立が難しく、非効率的です。バッテリー重量がある程度増加すると、質量の増加によるペナルティがバッテリーの比エネルギー増加を上回らなくなるため、収穫逓減の現象が生じます。[ 113 ] [ 114 ]最大航続距離と乗客数の間にも同様のトレードオフがあります。この傾向をモデル化するために計算ツールが使用されており、平均重量（1500 kg）で平均エネルギー密度（150 Wh/kg）の小型電気航空機は、乗客1名で約80マイル、2名で約60マイル、3名で約30マイル未満を飛行できると予測されています。[ 114 ]

2017 年には、バッテリーから利用可能な電力は 170 Wh/kg と推定され、システム効率を含めて軸では 145 Wh/kg、ガスタービンは11,900 Wh/kg の燃料から 6,545 Wh/kg の軸電力を抽出しました。[ 115 ] 2018 年には、パッケージとアクセサリを含めたリチウムイオンバッテリーは 160 Wh/kg を与えると推定され、航空燃料は 12,500 Wh/kg を与えました。[ 116 ] 2018 年には、電気貯蔵の特定のエネルギーは、航空燃料のわずか 2% でした。[ 117 ]この 1:50 の比率では、長距離航空機では電気推進は非現実的です。全電気式の 12 人乗りの航空機で 500 nmi (930 km) のミッションを実行するには、バッテリー電力密度を 6 倍に増やす必要があるためです。[ 118 ]とはいえ、バッテリー電気モーターはほとんどのジェットエンジン（約50％）よりも高い効率（約90％）を誇り、この効率は新しいバッテリー化学によってさらに高められる可能性がある。[ 119 ]

電気航空機への応用を実現するには、電力貯蔵の改善が不可欠です。エネルギー密度は、ゼロエミッション電動パワートレインのボトルネックであることが広く認識されています。[ 120 ] [ 121 ]もう一つの制限は、デマンドパックエネルギー比と敏感なミッションセグメントによる放電率です。離陸時の放電C率は4Cであるのに対し、着陸時にはほぼ5Cになります。[ 122 ] [ 114 ] 電気航空機には、追加の発熱と寿命末期のニーズがあり、新しい熱管理戦略、パワーフェード機能、およびバッテリーパックの故障モードが必要です。

2019年時点で、最高のリチウムイオン電池は250～300Wh/kgを達成しており、小型航空機には十分であるが、地域型旅客機には500Wh/kgの電池パックが必要であり、エアバスA320サイズの単通路機には2kWh/kgが必要である。[ 118 ] 電力は小型航空機にのみ適しており、大型旅客機ではリチウムイオン電池に比べてエネルギー密度を20倍向上させる必要がある。[ 123 ]

このようなバッテリーは、一部の短距離飛行の全体的な運用コストを削減できます。たとえば、ハーバーエアビーバーで使用される電気は、ガソリンの1リットルあたり2.00ドルと比較して、1kWhあたり約0.10カナダドルです。 [ 103 ] 44 MJ/kgの燃料と0.75密度のAvgasで33 MJ（9.2 kWh）のエネルギーを提供し、効率は3分の1で、化学kWhあたり0.22ドルまたはシャフトkWhあたり0.65ドルです。ただし、ジェット燃料はより安価で、大型ガスタービンはより効率的です。 2021年には、固体バッテリー（リチウム硫黄、LSB）やリチウム空気バッテリー（ LAB）などのリチウムイオンを超える技術は、より競争力のあるバッテリー電気航空機の性能のための研究分野としてますます有望になっています。[ 124

SAE International AE-7D [ 126 ]委員会は、電気航空機の充電とエネルギー貯蔵の標準化を目的として、Electro.Aeroによって2018年に設立されました。最初に策定された文書の一つは、電気航空機のサブメガワット電気航空機充電に関するAS6968規格です。AE-7D委員会は、メガワットレベルの充電に関する航空宇宙情報レポートAIR7357も策定中です。一部の空港には、電気自動車用の充電ステーションがあり、航空機の充電も行えます。[ 127 ]

ウルトラキャパシタ

ウルトラキャパシタは、バッテリーとコンデンサを橋渡しするハイブリッド電気化学エネルギー貯蔵システムであり、反応が化学的であるだけでなく電気的でもあるため、充放電サイクルの回数に制限がなく、より高いピーク電流でより速く充放電できるなど、バッテリーに比べていくつかの利点があります。[ 128 ]

しかし、そのエネルギー密度は通常5Wh/kg程度で、電池よりもはるかに低く、寿命が長いことを考慮してもかなり高価です。[ 129 ]

燃料電池

カリフォルニア州ソノマ郡空港から離陸するトーラスG4

燃料電池（FC）は、水素と酸素といった2つの化学物質の反応を利用して電気を発生させます。液体燃料ロケットモーターに似ていますが、推進力ではなく、制御された化学反応によって電気を発生させます。航空機は水素（または類似の燃料）を搭載する必要があり、それに伴う複雑さとリスクを伴いますが、酸素は大気中から得ることができます。

推進

電気モーター

エアバス・シティエアバスに動力を供給するシーメンスSP200Dモーター

これまでの電気航空機のほとんどは、推力発生プロペラや揚力発生ローターを駆動する電気モーターによって駆動されてきた。[ 130 ]

バッテリーは燃料に比べて重いですが、電気モーターはピストンエンジンのモーターよりも軽量で、短距離飛行に使用される小型航空機では、電気とガソリンのエネルギー密度の差を部分的に相殺することができます。[ 103 ] [ 131 ]また、電気モーターは内燃機関とは異なり、高度によって出力が低下することはありません。 [ 127 ]そのため、ターボチャージャーの使用など、これを防ぐのに使用される複雑で高価な対策が必要ありません。

実験的なExtra 330 LE には、重量 50 kg の 260 kW (350 hp)シーメンス SP260Dモーターと 37.2 kWh のバッテリーパックが搭載されており、機体重量は 1,000 kg です。[ 132 ]これは、重量 202 kg の 235 kW (315 hp)ライカミング AEIO-580ピストンエンジンに代わるものです。[ 133 ]ピストンエンジンの Extra 330 の自重は 677 kg、[ 134 ]エンジンなしでは 474 kg です。ライカミングエンジンの燃料消費量は、315 hp (235 kW) を出力する場合、1 時間あたり 141 ポンド (64 kg)、[ 135 ]つまり 0.27 kg/kWh です。つまり、同じ 37.2 kWh を出力するのに 10 kg の燃料が必要です。

モーター自体の他に、航空機の重量は必要なエネルギー予備によって制限される。19座席の航空機には、5%のルート不測の事態、100 nmiの代替ルートへの飛行、着陸前の30分間の待機という必須のIFR予備が必要である。ターボプロップの場合は308 kgの燃料、250 Wh/kgのバッテリーの場合は4,300 kgである。[ 136 ]電気推進システムには電力インバーターも含まれており、燃料エンジンには燃料システム自体がある。

750馬力（560kW）の実験用magniX magni500電動モーターの重量は297ポンド（135kg）[ 137 ] 、 729馬力（544kW）の認定プラット・アンド・ホイットニー・カナダPT6 A-114の重量は297ポンド（135kg）[ 138 ]で、どちらもセスナ208キャラバンに動力を供給している。

出力の増加と追加型式証明（STC）の変更を組み合わせることで、着陸重量を含む航空機の総運用重量を増加させ、バッテリーの重量を相殺することができます。[ 127 ]化石燃料を使用する航空機は着陸時に軽量であるため、構造を軽量化できます。バッテリー駆動の航空機では重量は変わらないため、補強が必要になる場合があります。[ 127 ]

ハイブリッドパワー

ハイブリッド電気航空機は、ハイブリッド電気パワートレインを備えた航空機です。通常、離着陸はクリーンで静かな電力で行い、巡航は従来のピストンエンジンまたはジェットエンジンで行います。これにより、長距離飛行が可能になり、二酸化炭素排出量も削減されます。[ 116 ] 2018年5月までに30以上のプロジェクトが進行中で、 2032年からは短距離用のハイブリッド電気航空機の就航が予定されています。[ 6 ]最も先進的なのは、10人乗りのZunum Aero 、 [ 139 ]エアバスE-Fan X実証機、[ 140 ] VoltAero Cassio、[ 141 ] UTCがボンバルディアDash 8を改造中、[ 142 ] Ampaire Electric EELプロトタイプが2019年6月6日に初飛行しました。[ 143 ]

電磁流体力学

2018年11月、MITのエンジニアたちは、可動部品のない模型飛行機「EADエアフレーム バージョン2 」で初の自由飛行を達成しました。この飛行機は、磁気流体力学（MHD）を用いてイオン風を発生させることで推進します。 [ 144 ] [ 145 ] MHDは過去にも垂直方向の揚力を得るために使用されていましたが、MHDイオン発生システムを外部電源に接続することでのみ実現されていました。

出荷

次の表は、世界中の電気航空機の出荷量をメーカー別にまとめたものです。

認定電動一般航空機の世界出荷量[ 146 ]
航空機 2020 2021 2022 2023 2024 合計
ピピストレル・ヴェリス・エレクトロ13 48 16 16 16 109
合計1348161616109

バッテリー電気航空機のリスト

参照

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