Электроавиация

[yacc11]

Авиационный трёхфазный генератор Mecc Alte HCO38-3L/24.
400 гц, 185 кВа (резервный режим). Масса - 932 кг.
Так что я, полагаю, был ещё оптимистичен.
Но с удовольствием гляну на примеры авиационных электродвигателей / генераторов с "порядка 5 кВт на 1 кг веса".

Я не знаю, что такое "оптимальный режим".
Для авиационных ГТД есть режим "крейсерский" - и двигатель проектируется так, чтобы иметь наименьший удельный расход именно на этом режиме.
И "электропередача" - причём на винты меньшего диаметра - может только ухудшить дело.

Ты смотришь на 400 гц 115\200 Вольт.
А вот уже на 787 используется 230 Вольт 360-800 Гц.
Смотрим сюда

http://eprints.nottingham.ac.uk/51652/1/Electrical%20Power%20Generation%20in%20Aircraft.pdf

Currently, three-stage wound-rotor generators are used as VFGs. However, PM generators can and are being considered as alternative, thanks to their higher power density (from 3.3kVA/kg to 8kVA/kg)
PM - с постоянными магнитами

Ясен пень что с текущими генераторами на 400 Гц он не взлетит, равно как и свинцово-щелочными аккумуляторами

По части винтов меньшего диаметра - тут вот какое еще дело есть ... редуктор называется... - может сдаться что так будет выгоднее.

 

[A_Z]

thanks to their higher power density (from 3.3kVA/kg to 8kVA/kg)

Я довольно долго искал информацию об этом генераторе. Даже упоминание разработчика встречается не часто. Обозначение генератора не встречается вообще. Про характеристики, включая массу, и речи нет.
А практика показывает, что когда данные не публикуются, это означает, что не всё там так ладно, как визжат с высоких трибун топ-манагеры "Боинга".

По части винтов меньшего диаметра - тут вот какое еще дело есть ... редуктор называется...

Понятно, ты вклинился в разговор с середины.
Re: к.п.д. винта пропорционален его диаметру.
Никогда не задумывался, почему подавляющее большинство вертолётов - однороторной схемы?

 

[yacc11]

А практика показывает, что когда данные не публикуются, это означает, что не всё там так ладно, как визжат с высоких трибун топ-манагеры "Боинга".

Re: к.п.д. винта пропорционален его диаметру.
Никогда не задумывался, почему подавляющее большинство вертолётов - однороторной схемы?

Так со всеми электрическими и гибридными самолетами не все так гладко Вон я статью привел - NASA посчитала топливную экономию в 7-8%, мужик в диссере учел неоднородность потока на входе электровентилятора и падение давления и сказал - "а фига! будет у вас порядка 4%"

У вертолетов несколько другой режим, чем у турбовинтовых самолетов - там скорости относительно небольшие.
Не, оно понятно, что наверное если сделать Ан-24 или Ан-12 с одним-пребольшим винтом - наверное будет выше КПД, только шасси делать задолбаемся

 

[Бурундук]

Идея с питанием электродвигателей от турбогенератора напоминает бизнес-модель: украсть ящик водки, продать, деньги пропить. Смысл не особо очевиден.

Den_K, начнём с того, что мощность турбогенератора может быть намного меньше мощности электродвигателей. Потому как в пиковых режимах (при взлёте, наборе, уходе на второй круг) они питаются одновременно от генератора и аккумуляторов.
Так устроен, например, экспериментальный самолёт на базе DA-40. Один дизель-мотор на 150 л.с. с генератором и два электромотора по 100 л.с. каждый. Вот уже преимущество.

 

[A_Z]

Не, оно понятно, что наверное если сделать Ан-24 или Ан-12 с одним-пребольшим винтом - наверное будет выше КПД, только шасси делать задолбаемся

Не надо заговаривать мне зубы.
Речь идёт о том, что в обсуждаемом патенте крейсерская мощность распределяется по четырём винтам уменьшенного диаметра вместо двух "больших". И никакие редукторы не спасут от неизбежного при этом снижения к.п.д.

 

[A_Z]

Один дизель-мотор на 150 л.с. с генератором и два электромотора по 100 л.с. каждый. Вот уже преимущество.

В одной из серийных модификаций DA-40 оснащается дизелем АЕ300 мощностью 123,5 кВт.
Упомянутый "гибрид" имеет дизель мощностью 110 кВт. При этом машина дополнительно несёт генератор, два э/двигателя по 75 кВт, две акк. батареи по 12 кВт*час, два винта вместо одного, силовую электропроводку и коммутирующую аппаратуру, а также "маленькое крыло" под двигатели, которое не только что-то весит, но и создаёт дополнительное сопротивление.
Даст ли 20-процентный прирост взлётной мощности какое либо "преимущество" при увеличении массы и ухудшении аэродинамики, непонятно. Поскольку ТТХ "гибрида" традиционно не публикуются.

 

[A_Z]

Как минимум на один экспериментальный борт Emrax ставили

На какой именно "экспериментальный борт"?

Например, здесь.

Ожидаемо.
Оно, конечно, 126.5Kg (279lbs) (Generator Only) - вот только там ещё присутствует система охлаждения в виде Oil conduction and spray. И сколько всё в совокупности весит, естественно, не сообщается.
Опять же, привод не от ТВлД. В общем, лабораторная установка.
Куча времени и денег уйдёт, пока это появится на борту. Если появится.

 

[yacc11]

Не надо заговаривать мне зубы.
Речь идёт о том, что в обсуждаемом патенте крейсерская мощность распределяется по четырём винтам уменьшенного диаметра вместо двух "больших". И никакие редукторы не спасут от неизбежного при этом снижения к.п.д.

В данном случае просто надо другие винты
Будет падать "абсолютный" КПД, который зависит от нагрузки на ометаемую площадь - B. Вот тебе графики из "Теории воздушных винтов"

Идеальный КПД, в случае вертолета на висении равен нулю - в силу определения, но реальный не равен. Опять же при уменьшении B и реальный КПД с некоторых значений начнет сильно падать - по причине влияния сжимаемости на концах лопастей из-за окружных скоростей.

И к слову, у электродвигателя на малых оборотах крутящий момент высокий - можно обойтись и без редуктора.

 

[yacc11]

Re: к.п.д. винта пропорционален его диаметру.

Неправильно

Вот формулы для "абсолютного" кпд где F - ометаемая площадь
Зависимость гораздо более сложная - грубо - 1 деленная на корень из 1 плюс 1 деленная на площадь - что в случае бесконечной площади ( и B = 0 ) как бы дает 100 %

именно поэтому для вертолета где скорости малые - диаметр важен ибо сурово влияет, а вот у самолета на крейсерской скорости в те же 500 км/ч разница в КПД будет не очень большая.
И да - пропорциональна она площади только когда B большой - скажем больше 100 - тогда можно на всякие плюсики под корнем и в знаменателе забить ( всяко 1 меньше 100 и всяко 1 меньше корня из 100 т.е. 10 ) оставить внизу только корень из B и поскольку он обратно пропорционален квадрату диаметра - вытащить в числитель сам диаметр.
Вот тогда КПД становится пропорционален диаметру. Но реально такие нагрузки на ометаемую площадь не используются

 

[Den_K]

Так устроен, например, экспериментальный самолёт на базе DA-40. Один дизель-мотор на 150 л.с. с генератором и два электромотора по 100 л.с. каждый. Вот уже преимущество.

Это примерно такое же преммущество, какое даёт пудовая гиря при бегстве от волков - если ее бросить, то убегать становится значительно легче

Двигатель генератора, сам электрогенератор, батарея (которая должна быть довольно мощной и иметь низкое внутреннее сопротивление). килоамперные шины, блок силовой электроники (а как иначе этим всем управлять? не реостат же вместо РУД ставить) - всё это не только имеет солидную массу, но еще и отъедает объем фюзеляжа. При этом ДВС на 200 л.с. весит практически столько же как на 100 л.с., не говоря уже о там явлении как "взлётный режим".

Электропередача имеет смысл там, где вес не особенно критичен, а сама по себе она проще, дешевле и эффективнее, чем сложная механическая трансмиссия - карьерные самосвалы, тепловозы, суда и подводные лодки (там еще и шумность снижает). В авиации, по крайней мере, для классической самолетной схемы, это просто не имеет смысла - утяжеление и усложнение конструкции без всякого выигрыша в характеристиках. В каких-то экзотических случаях, вроде высотных беспилотников длительного барражирования на солнечных батареях, ну или всяких N-коптеров, оно, вероятно, имеет смысл, на обычном же самолете - это впихивание невпихуемого...

Эта "электрическая" активность напоминает активность ядерную в 1960-е - пытались впихнуть вообще всюду, вплоть до танка и паровоза, но довольно быстро стало ясно, что для лодки или ледокола оно отлично подходит, а вот для самолета или танка - как-то не очень...

 

[Антон К.]

Тем не менее мне кажется очевидным, что достаточную удельную мощность может обеспечить только ядерный источник. При этом использование реакций деления не проходит по соображениям безопасности, как бы это ни было заманчиво- в отличии от 60-х сейчас есть очень даже компактные реакторы с чудовищной мощностью. Относительно безопасны даже при разрушении были бы реакторы на реакциях синтеза, но их даже экспериментальных пока нет, по крайней мере достоверно выдающих положительный энергобаланс, а уж компактных точно будем ждать еще очень долго. С масштабируемостью там все очень паршиво, гораздо хуже чем у реакторов на делении. Чтобы было понятно, в естественных термоядерных генераторах, звездах, температура и давление не очень высоки, и сечение реакций синтеза совершенно мизерные- тем не менее светят и греют из-за огромного отношения массы к поверхности. В земных масштабах потребуется повышать температуру и давление на многие порядки, что реализуемо в ядерном оружии, но не в управляемой лабораторной среде. И чем меньше масштабы, тем сложнее задача.

 

[yacc11]

Двигатель генератора, сам электрогенератор, батарея (которая должна быть довольно мощной и иметь низкое внутреннее сопротивление). килоамперные шины, блок силовой электроники (а как иначе этим всем управлять? не реостат же вместо РУД ставить) - всё это не только имеет солидную массу, но еще и отъедает объем фюзеляжа. При этом ДВС на 200 л.с. весит практически столько же как на 100 л.с., не говоря уже о там явлении как "взлётный режим".

По весу действительно выигрыша не будет, а вот по топливу, как не странно, будет
Вот статья https://core.ac.uk/download/pdf/42338262.pdf
И вот ссылка на цену батарей A Behind the Scenes Take on Lithium-ion Battery Prices | BloombergNEF
Пусть цена 100LL где-то $1.5 за литр
В статье брали два варианта моторизированного Diamod HK36 - чисто с бензиновым двигателем и гибридный ( разного процента гибридизации ). Двигатель в 15 кВт
Считался профиль полета на 1 час. Расход топлива - ну пусть 10 литров ( в статье фигурирует бОльшая цифра ). 10 литров бензина - $15
Батарея имеет скажем 500 циклов перезарядки. Путь требуемый запас 10 кВт-ч.
Стоимость 1 кВт-ч для литий ионной сейчас порядка $200 Итого - $2000
Трата на батарею на 500 часов - $2000
Трата на бензин на 500 часов ( $15 час ) - $7500
Если батарея позволяет экономию в 50% ( как и было испытано ) - то трата на бензин - $3750
Итого бензин + батарея в гибридном случае - $5750 против $7500 в чисто бензиновом случае

Вообще говоря экономия есть
Совокупно, с учетом стоимости электрических компонентов, разумеется экономия будет меньше, в стоимости полетного часа.

 

[A_Z]

A_Z Re: к.п.д. винта пропорционален его диаметру.

Неправильно
Зависимость гораздо более сложная

Это ты читаешь неправильно: я никогда не утверждал, что к.п.д. винта прямо пропорционален его диаметру.

...в случае бесконечной площади как бы дает 100 %

А бесконечная площадь возможна только при бесконечном диаметре винта.
Т.е. с ростом диаметра к.п.д. растёт.

...на крейсерской скорости в те же 500 км/ч разница в КПД будет не очень большая.

"Не очень большая" - такого я не понимаю.
Хотелось бы видеть цифры, подтверждающие этот тезис.
[automerge]1560242721[/automerge]

В статье брали два варианта моторизированного Diamod HK36 - чисто с бензиновым двигателем и гибридный ( разного процента гибридизации ). Двигатель в 15 кВт.

Типичный поиск под фонарём, где светлее.
В существующем виде HK36 имеет двигатель мощностью 80 л.с. и выше.
Однако же гибридный вариант под эту мощность "исследователи" обсчитывать не стали. Почему-то.

 

[yacc11]

A_Z Re: к.п.д. винта пропорционален его диаметру.
Это ты читаешь неправильно: я никогда не утверждал, что к.п.д. винта прямо пропорционален его диаметру.

А бесконечная площадь возможна только при бесконечном диаметре винта.
Т.е. с ростом диаметра к.п.д. растёт.

"Не очень большая" - такого я не понимаю.
Хотелось бы видеть цифры, подтверждающие этот тезис.

Ну для начала "пропорционален" в математике и означает "прямо пропорционален с точностью до постоянного множителя "
Более того - при больших B - это действительно так.
С ростом площади растет КПД идеального винта - т.е. без учета сжимаемости. У реального винта начиная с некого диаметра он начинает падать.
И формула там есть - если считать что оптимальная B = 0.3 то для нее КПД идеального винта = 0.93
Пусть теперь мы уменьшили ометаемую площадь в два раза - в два раза возрастет коэффицент нагрузки на ометаемую площадь, т.е. B = 0.6
КПД ( B = 0.6 ) = 0.88 для идеального винта - итого падение на 5% при уменьшении диаметра на 30% ( стал меньше в 1.4 раза - корень из 2 )

 

[yacc11]

Типичный поиск под фонарём, где светлее.
В существующем виде HK36 имеет двигатель мощностью 80 л.с. и выше.
Однако же гибридный вариант под эту мощность "исследователи" обсчитывать не стали. Почему-то.

Ну потому что экономия получается меньше
Вот реальный Diamond Aircraft proudly presents the world’s first serial hybrid electric aircraft “DA36 E-Star”
Электромотор в 70 кВт - 93 л.с. и генераторный мотор на 30 кВт.
Экономия по топливу - 25%

 

[A_Z]

Ну для начала "пропорционален" в математике и означает "прямо пропорционален...

Ссылочку на словарь математических терминов приведи, плиз.
Потому как ежели оно это означает, то тогда зачем нужно слово "прямо"?

С ростом площади растет КПД идеального винта - т.е. без учета сжимаемости. У реального винта начиная с некого диаметра он начинает падать.

Среди приведённых тобой сканов есть Фиг. 36 с величинами КПД идеального и реального винтов в зависимости от величины параметра В.
Ткни пальчиком в значение В, с которого КПД реального винта начинает расти (это эквивалентно падению с увеличением диаметра).

Пусть теперь мы уменьшили ометаемую площадь в два раза ... итого падение на 5%

Сказать-то что хотел?
Ведь падение же - а не рост.
[automerge]1560249960[/automerge]

Экономия по топливу - 25%

We want to cut fuel consumption ... by 25 percent,..
Ключевые слова я выделил.

 

[yacc11]

Ссылочку на словарь математических терминов приведи, плиз.
Потому как ежели оно это означает, то тогда зачем нужно слово "прямо"?

Среди приведённых тобой сканов есть Фиг. 36 с величинами КПД идеального и реального винтов в зависимости от величины параметра В.
Ткни пальчиком в значение В, с которого КПД реального винта начинает расти (это эквивалентно падению с увеличением диаметра).

Открой "Натурфилософию" Ньютона - там везде "пропорционально" "Прямо" - это означает Y = kX , а "обратно" - Y = k/X
Если не указано явно - считаем "прямо". "Обратно" никогда не опускается.
Ты сказал "больше площадь - больше КПД" - это и есть прямо пропорционально в твоем "пропорционально".

На фиг 36 этот диапазон - от нуля до 0.3 - это рост реального КПД при уменьшении диаметра
В = 0 - винт бесконечной площади - ибо B обратно пропорционален площади.

 

[yacc11]

Сказать-то что хотел?
Ведь падение же - а не рост.

Ты просил цифру на слово "незначительно" - вот тебе она
Именно поэтому и не будут пытаться делать Ан-24 одновинтовым, хотя как бы по идеальному винту у него КПД в одновинтовом случае больше при бОльшей площади - увеличить мощность на 5% в весовом отношении гораздо проще, чем городить геморой с шасси в случае одного винта - овчинка выделки не стоит
Реально, конечно, будет поболее 5% - учитывая интерференцию с мотогондолой, выражающуюся в доп.сопротивлении и уменьшении КПД и т.п., но некритично

 

[A_Z]

Открой "Натурфилософию" Ньютона - там везде "пропорционально"

...every point mass in the universe attracts every other point mass with a force that is directly proportional to the product of their masses...

На фиг 36 этот диапазон - от нуля до 0.3 - это рост реального КПД при уменьшении диаметра

Осталось только выяснить, существуют ли реальные винты, которые доходят до этого ограничения.
Потому как по той же ссылке написано: ...в действительности значительному увеличению диаметра препятствуют как размеры самолёта, так и увеличение окружных скоростей винтов...
При этом первый фактор явно превалирующий - потому как "Оспри" с его 11+метровыми винтами имеет крейсерскую скорость 500+ км/ч.
[automerge]1560252320[/automerge]

Ты просил цифру на слово "незначительно" - вот тебе она
Именно поэтому и не будут пытаться делать Ан-24 одновинтовым,..

Re: ...в действительности значительному увеличению диаметра препятствуют как размеры самолёта,..
А вовсе не "именно поэтому".

 

[yacc11]

...every point mass in the universe attracts every other point mass with a force that is directly proportional to the product of their masses...

"Пропорциональных" - всего два варианта: ты же не будешь утверждать, что опустив слово "прямо" имел ввиду "обратно" ?

Осталось только выяснить, существуют ли реальные винты, которые доходят до этого ограничения.

У реальных винтов, как было сказано выше, стараются взять B=0.3

Потому как по той же ссылке написано: ...в действительности значительному увеличению диаметра препятствуют как размеры самолёта, так и увеличение окружных скоростей винтов...
При этом первый фактор явно превалирующий - потому как "Оспри" с его 11+метровыми винтами имеет крейсерскую скорость 500+ км/ч.

У Оспри - два винта Очевидно что идеальный КПД у них хуже, чем у Ми-8 - но американцы как-то с этим живут

В сухом остатке - я незнаю нафига в том патенте мужик взял аж четыре винта, но не так уж сильно у них КПД будет отличаться - ну может 5-8% потери, ну 5-8 % от веса оригинальной установки можно добавить ( по удельному весу ) - сколько там будет 5% от 900 кг ? 45 кг ?