3Dプリンターによる熱管理でゼロ・エミッションの航空機のパイオニアに貢献

コンフラックス社、水素電気垂直離陸機用軽量冷却システムの製造に積層造形法を採用

 

「AS9100Dの製造・品質認証とフォーミュラ1のスピードで納入することで定評のあるコンフラックスとの協力は、ヴェルティアが世界初の長距離旅客輸送可能な水素VTOLになるために不可欠です」
サイモン・コバーン｜水素システム・リード｜AMSL Aero

 

コンフラックス・テクノロジーは、オーストラリアの航空機メーカーAMSLエアロ社と共同で、水素を燃料とする垂直離着陸（VTOL）航空機Vertiia用のカスタム冷却ソリューションを開発した。この冷却ソリューションは、コンフラックスの特許取得済み3Dプリント熱交換器技術で作られており、この画期的なゼロエミッション航空機の水素燃料電池システムの効果的で軽量な熱管理を可能にします。

最大1,000km（621マイル）の飛行が可能なように設計されたVertiiaは、電気航空機ができることの限界に挑戦している。バッテリー容量に制限された従来の電気航空機とは異なり、ヴェルティアはCO₂を排出せずに発電する水素燃料電池を使用している。しかし、水素燃料電池によって生成されるエネルギーは、特に離陸やホバリングのようなエネルギーを大量に消費する操縦中に大きな熱を発生するため、高度な冷却システムを設計・製造するための新たなアプローチが必要となる。

課題

水素電気航空機用の高性能でコンパクトな冷却システムの設計

水素燃料電池は、ゼロ・エミッション航空に多大なメリットをもたらし、急速に台頭する先進的な航空モビリティ市場における画期的なイノベーションとなる。バーティアにとって、燃料電池は離陸、飛行、着陸のような重要な局面において、常に正確な温度制限内に保つ必要がある。オーバーヒートすれば、システムの効率や安全性が損なわれる可能性がある。

従来の冷却システムはかさばり、重量も増加します。1グラム1グラムが重要な航空機では受け入れられません。その課題とは、航空機の厳しい制約のある形状にシームレスに統合され、非常に動的な熱負荷のもとで性能を発揮する、軽量でコンパクト、かつ応答性の高い冷却ソリューションを開発することでした。

これは、水素燃料電池が高い過渡熱負荷と急激な温度変化を経験する垂直飛行中に極めて重要である。

AMSLエアロ・ヴェルティアの内部完成予想図。出典AMSL エアロ

ソリューション

EOS金属3Dプリンティングとコンフラックスの特許取得済み熱交換器設計による積層造形

3Dプリンターによる熱システムの世界的なイノベーターであるコンフラックス・テクノロジー社は、モータースポーツや航空宇宙での経験を生かし、新世代の高性能熱交換器をバーティアに提供した。

計算流体力学（CFD）が初期の設計プロセスを導き、実際の飛行条件下での熱伝達をシミュレートしました。これらの熱交換器は単に性能を最適化しただけでなく、垂直離陸と持続飛行の厳しい熱サイクルと空間的制約に耐えるように作られています。

このアプローチにより、航空機に不可欠な体積と重量を最小限に抑えながら、高効率の熱伝達が可能になります。コンフラックスは、最初の開発段階で、燃料電池アーキテクチャーのニーズに合わせた3つの斬新な熱交換器コンセプトを生み出しました。

3つの設計はすべて、EOSレーザー粉末床溶融（LPBF）システムとEOSアルミニウムAlSi10Mg材料を使用し、高い表面積密度と流体に最適化された内部形状を持つ超小型薄肉熱交換器を製造しています。

AMSLエアロ・ヴェルティアのシート付き室内完成予想図。出典AMSL Aero

結果

世界初の長距離水素電気VTOL航空機用軽量高性能冷却システム

AMSLエアロとコンフラックスのコラボレーションは、すでに具体的な成果をあげている。第1段階では、3つの熱交換器設計が提供され、垂直上昇時や急速な出力遷移時に熱を管理する能力が実証された。これらのコンポーネントはコンパクトで高効率であり、ヴェルティアのアーキテクチャに組み込むために正確に調整されている。

それは、実際のパワートレインにシステムレベルのプロトタイプを組み込んでテストすることである。これにより、実環境下での性能を検証し、燃料電池が全フライトプロファイルにわたって最適な温度と効率を維持できることを確認する。

このプロジェクトにおけるコンフラックスの役割は、アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）を航空宇宙の課題に適用することで、推進力だけでなく、より広範なエネルギー管理システムへの適用という、新たな一歩を踏み出すことを意味する。

「水素燃料電池は、オーストラリアが持続可能なエネルギーソリューションを追求する上で、変革をもたらす技術です。当社の熱交換技術を取り入れ、バーティアの水素燃料電池の効率と性能を向上できることを誇りに思います」
マイケル・フラー｜CEO｜コンフラックス・テクノロジー

 

「コンフラックス・テクノロジー社とのパートナーシップは、共同開発というアプローチを通じて、オーストラリアで先進的なメーカーや開発者とエコシステムを構築している素晴らしい例です。Vertiiaでは、F1のスピードで記録的な距離を飛行する水素電気飛行機を開発しており、モータースポーツと航空における革新の歴史を持つコンフラックスは、我々にとって素晴らしいパートナーです」
アドリアーノ・ディ・ピエトロ｜CEO｜AMSL Aero

コンフラックスとAMSLエアロ、VTOL機で提携出典コンフラックス

先進的な積層造形と高性能な熱管理エンジニアリングの強みを併せ持つこのパートナーシップは、航空業界にとってよりクリーンで効率的な未来を切り開く一助となっている。