Hibrit itki sistemleri

TUSAŞ Motor Sanayii AŞ'nin (TEI) dergisi "TEI Post"un son sayısında (136), Elektrik Elektronik Kontrol Gömülü Sistemler Müdürlüğünde, Kıdemli Mühendisolarak çalışan Ali Canpolat’ın kaleme aldığı “Hibrit İtki Sistemleri” başlıklı yazısına yer veriliyor.

"TEI Post" dergisinin 136. sayısının tamamına, mobil uygulamamızın dergi bölümünden ulaşabilirsiniz.

“Hibrit İtki Sistemleri” başlıklı yazıyı takipçilerimize sunuyoruz:

Günümüzde yapılan araştırmalar, dünyada ulaşılabilen fosil yakıt rezervlerinin gelecekte yeterli enerjiyi sağlayamayacağını göstermektedir. Bunun yanında fosil yakıtların çevreye olan olumsuz etkileri, gün geçtikçe geri dönülemez seviyelere ulaşmaya başlamıştır. Bu yüzden birçok alanda kullanılan taşıtlar için alternatif itki sistemleri son yıllarda oldukça popüler bir araştırma konusu olmuştur. Alternatif itki sistemleri düşünüldüğünde ilk akla gelen elektrikli itki sistemleridir. Şimdiye kadar yapılan çalışmalarda, elektrik motorları ve güç elektroniği teknolojilerinin gelişmesi ile yüksek verimli (~%70) elektrikli itki sistemleri elde edilmiştir. Fakat elektrik enerjisi depolama teknolojisi (bataryalar), yeteri kadar gelişemediğinden elektrikli itki sistemleri henüz tercih edilememektedir. Bunun en büyük sebebi de fosil yakıtlardaki enerji yoğunluğu ~12kWh/kg iken, bataryalarda bu değerin hâlâ ~0.20kWh/kg mertebelerinde olmasıdır. Bu yüzden fosil yakıtlarının güç yoğunluğundan ve elektrikli itki sistemlerinin verimliliğinden faydalanarak, Hibrit İtki Sistemleri geliştirilmektedir.

Hibrit itki sistemleri, başlangıçta kara taşıtları için tercih edilmesine rağmen günümüzde hava araçlarında da kullanım alanı bulmaya başlamıştır. Bu bağlamda, dünyada önde gelen havacılık firmaları çeşitli topolojilerde hibrit itki sistemleri geliştirmek için çalışmaktadır. Bu sistemlerin geliştirilmesi, farklı disiplinlerin bir araya gelmesini gerektirmektedir. Bu kapsamda yapılan çalışmalara bakıldığında, genellikle farklı alanlarda uzmanlıkları bulunan firmaların birleşerek bir proje grubu oluşturup birlikte çalıştığı gözlenmiştir. Şekil 1'de HYPSTAIR proje grubunun çalıştığı seri hibrit itki sisteminin örneği ve uçuş görev profili verilmiştir.

Benzer şekilde EFESTO grubuna ait hibrit itki sistemi Şekil 2'de verilmiştir. Her iki örnekte de içten yanmalı motor olarak pistonlu motor tercih edilmiştir. Fakat diğer motor tipleri için de bazı örnek çalışmalar mevcuttur

Farklı motor tiplerinde Şekil 3'te görseli verilen Siemens, EADS ve Diamond Aircraft tarafından birlikte geliştirilen DA36 E-Star uçağı örnek verilebilir. Burada içten yanmalı motor olarak wankell motor kullanılmıştır. Bahsedilen mimaride, sistem mimarisi anlamında seri hibrit topolojisi kullanılarak yakıt tüketimi ve emisyonlar %25 oranında azaltılmıştır.

Birçok projede içten yanmalı motor olarak pistonlu motor ve wankell motor kullanılmasına rağmen, Boeing firması NASA için geliştirdiği projede gaz türbinli motorlarda da hibrit çözümler üzerine bazı çalışmalar yapmaktadır.

Son zamanlarda hibrit itki sistemleri çalışmaları, insanlı hava araçlarında olduğu kadar insansız hava araçlarında popüler olmaya başlamıştır. Genellikle uçuş süresinin artırılmasını (range extender) hedefleyen bu uygulamalar, VTOL (Vertical Take-Off and Landing) İHA’lar üzerine seri hibrit topolojileri çalışmalarında yoğunlaşmıştır. VTOL İHA’lar hibritleştirilerek, hem sabit kanatlı uçakların avantajlarından hem de fosil yakıt enerji yoğunluğundan faydalanıp, İHA'ların uçuş süresinin artırılması sağlanmaktadır. Şekil 4'te NASA’ya ait Greased Lightning 10 aracı ve bu araç için geliştirilen seri hibrit jeneratör seti gösterilmiştir.

Hibrit itki sistemlerinin yaygınlaşmaya başladığı diğer alan ise Drone'lardır. Son yıllarda hem askeri hem sivil amaçlı çok fazla kullanım alanı bulan bu hava araçlarının en büyük problemi, havada kalma süresinin kısa olmasıdır. Bu yüzden bazı firmalar seri hibrit topolojisi kullanarak, Drone'lar için uçuş süresinin artırılmasına yönelik (range extender) çözümleri üretmiştir.

Hibrit itki sistemlerinin havacılık itki teknolojileri yol haritasında uzun bir süre yer almasına artık kesin gözüyle bakılmaktadır. Dünyadaki ana motor üreticilerine bakıldığında bir çoğu ilgili sektördeki firmalarla bir araya gelerek, konsorsiyum oluşturmuştur. Amaçları; daha verimli, çevreye duyarlı ve maliyet etkin itki sistemi çözümleri ile geleceğin hava araçlarının uçmasını sağlamak ve sektördeki varlıklarını sürdürmektir. Bu yüzden ülkemizde de benzer faaliyet alanlarının oluşturularak bu teknolojilerin geliştirilmesi gerekmektedir. Hibrit itki teknolojilerinin ana sistem bileşenlerine bakıldığında; içten yanmalı motor, elektrik motoru, enerji depolama birimi olarak batarya veya yakıt hücresi ve son olarak güç elektroniği birimleridir. Ülkemizde bu bileşenlerin tamamı farklı sektör ve sistemler için geliştirilmektedir. İhtiyacımız olan, bu firmaların bir araya getirilerek tecrübelerini birleştirmek ve bu sayede hava araçlarının en kritik sistemlerinden olan itki sistemlerini hibrit olarak geliştirebilmektir. Eğer bunu başarabilirsek, ülkemiz dünyada çok az ülkenin sahip olduğu hibrit teknolojisine sahip olarak dünyada bu alandaki varlığını ispatlayabilecektir.