Flygplan skördar energi

Datanätet använder temperaturskillnader i kraftförsörjningen

Prototyp av en sensor med strömförsörjning i test © EADS
läsa högt

Framtidens flygplan kunde inte bara konsumera bränsle utan också generera energi oberoende av motorerna. Forskare har nu testat en metod som använder temperaturskillnader mellan huden och kabinen för att driva sensorer i flygkroppen och överföra sina data trådlöst till cockpiten.

Idag står underhållskostnader för upp till 22 procent av den totala kostnaden per flygtimme. Men om sensorer ger operatören av ett flygplan konstant information om maskinens tillstånd skulle det spara kostnader, för då måste mekaniken vara aktiv endast om det verkligen finns en skada, inte på misstänksamhet eller med jämna mellanrum. Besparingseffekten av denna "hälsoövervakning" gäller dock endast om installationen av sensorerna och deras drift inte orsakar för höga kostnader.

Trådlös och energi autonom

Optimal skulle byggas in i trådlösa flygkroppssensorer som genererar sin energi på plats och ständigt tillhandahåller data om flygplanets tillstånd. "Ett trådlöst sensornätverk som tillhandahåller kraft på plats är en lösning för att kostnadseffektivt samla underhållsrelaterad data", säger Dominik Samson, projektforskare på EADS Innovation Works. Denna lokala energiproduktion kallas "Energy Harvesting". Således hänvisar tekniker till omvandling av oanvänd energi som finns i användbar elektrisk energi.

Forskare vid EADS-teamet har åtagit sig att utveckla de minsta energimängderna för applikationer med minst energi. "Vårt primära mål är inte att spara energi. Vad vi vill uppnå är energisk autonomi. Detta sparar kostnader genom att göra system oberoende av centrala kraftkällor, säger Samson. Det finns några möjligheter för planet. Energi-skördesteamet studerade solceller, generatorer som genererar energi från vibrationer, termoelektriska generatorer, radiovågor och laser- och akustisk energiöverföring.

Konvertera temperaturskillnader till spänning

Som en lovande metod visade sig att termoelektriska omvandlingen av ett värmeflöde till elektrisk spänning. "Denna teknik är särskilt lämplig på grund av de stora temperaturskillnaderna i flygplanet, " förklarar Samson. "Det finns till exempel skillnaden mellan den omgivande luften med cirka minus 20 till minus 50 grader Celsius och passagerarhytten med cirka plus 20 grader. Eller de starka temperatursvingningarna på den yttre huden efter start eller landning. "Display

Dessutom kan en konstgjord temperaturskillnad genereras var som helst på ett flygplans yttre hud. För detta ändamål är en termoelektrisk generator ansluten på ena sidan med en värmeakkumulator. Den andra sidan är ansluten till yttre huden och svalnar snabbare. Temperaturdifferensen genererar den elektriska spänningen.

Vatten bulbs som energilagring

Som lagringsmedium för värme har forskarna identifierat ett ämne som länge har tjänat mänskligheten väl: vatten som lagrar värme under en särskilt lång tid. Små, vattenfyllda halvkuggor limmade på flygplanets vägg från insidan utgör den mest iögonfallande delen av ett sensornub för "hälsoövervakning". Dessutom behövs en mekanism som omvandlar den erhållna spänningen till ett värde som är användbart för sensorn, "effektstyrningen". Det måste också buffra energi så att faser kan överbryggas utan att generera energi.

Systemet som har utvecklats av forskarna för experimentella ändamål har redan testats i en klimatkammare. Resultatet: Med energiförbrukning av några milliwatt vid sensornoden produceras och lagras tillräcklig elektrisk energi under flygningen för att säkerställa säker drift av sensornoden. Detta är också tillräckligt för långdistansflygningar eftersom sensorerna för "Health Monitoring" inte behöver vara ständigt aktiva och sensornoderna är optimerade för bränsleförbrukning. Som jämförelse: 20 till 50 milliwatt är en energiförbrukning för en typisk LED.

I ett nästa steg testas nu tekniken under flygning. Ett annat EADS Innovation Works-team undersöker redan hur man använder värmen från avgasstrålen från en flygmotor för att generera energi. En analog teknik undersöks intensivt, särskilt inom bilindustrin. "Energiskördning är också tänkbar i andra sektorer, " säger Samson. I exempelvis industrimaskiner eller på hushållsapparater. Med Energy Harvesting kan maskiner av alla slag få ett artificiellt nervsystem.

(EADS, 17.08.2010 - NPO)