Электроавиация

С цифрами - это другое дело. Постараюсь сегодня "попробовать на зуб".
Вот еще с цифрами - что ты и хотел :) - "Electric Propulsion in Passenger Jet Airplanes" Requirements to realize all-electric propulsion
Магистерская диссертация стокгольмского института технологии и менеджмента.
Сравниваются характеристики обычного самолета и чисто электрического по некой модели с гулянием по параметрам типа "увеличение эффективности тяги, процент веса на батареи и т.п" - перебором и просчетом концептуальных летных характеристик в программе Piano-X

Вывод такой
Out of the different technical components, the energy density of battery is clearly the biggest bottleneck in achieving to build a compelling electric passenger airplane. The performance of the other components such as the electric motors and power electronic are as good as, or better than current propulsion systems. The results show that current battery technology would not be good enough to enable flights longer than 600 km without substantial improvements in both aerodynamic and structural design. Fortunately, there seems to be room for at least a 25% reduction in the overall energy consumption in flight. Combining this with a 50% improvement in energy density and an optimized mechanical structure yielding a 50% cell-mass-fraction, a range of 1400 km would be possible.

Не учитывая разные технические компоненты, плотность энергии батарей со всей очевидностью является самым узким местом для конструирования электрического пассажирского самолета. Удельные характеристики остальных компонентов - таких как силовая электрика или электродвигатели - либо подобны либо лучше чем у текущих двигательных установок. Результаты показывают что при текущем уровне развития аккумуляторов достигается дальность меньше чем 600 км, если не предпринять мер по улучшению аэродинамики и весового совершенства конструкции . К счастью, возможно есть место для улучшения потребления энергии в полете на порядка 25%. В совокупности с 50% улучшением весовой емкости аккумуляторов и при порядка 50% на вес батарей, может быть достигнута дальность в 1400 км.

Ну все детали там есть, учитывая что часть потенциальных проблем ( как например увеличение веса шасси, поскольку взлетная и посадочная массы будут одинаковые ) в такой модели верхнего уровня не рассматривается, хотя и озвучиваются.
Отсюда, в общем-то не удивителен факт, что в моделях электролетов очень даже появляются схемы типа "летающее крыло" - чтобы сократить вес планера.
 
Реклама
Поэтому я и пропагандирую идею электротурболёта.
Вот большая диссертация на тему распределенных множественных тяговых электротурбовентиляторов "Turboelectric Distributed Propulsion System Modelling "

И в общем не все там так оптимистично. Т.е. изначальные расчеты для модели NASA N3-X корректируются автором и из оптимистического сокращения расхода топлива на 7-8% получается где-то 4% - из-за неоднородностей на входе воздухозаборников электротурбовентиляторов и потере давления перед ними - это как раз если они на отсос пограничного слоя работают.
Среди плюсов разве что сокращение шумности.
В гибридном случае требуются электродвигатели со сверхпроводящими магнитами, чтобы они основную тягу создавали. В противном случае турбогенератор должен представлять собой турбовентиляторный двигатель и именно он должен будет создавать порядка 40-50% на взлетном режиме, чтобы потом 90% тяги на крейсерском создавалось электродвигателями, а он работал бы как генератор.

Одним словом - очевидных существенных плюсов особо и нет.
Все в диссере расписано по деталям и подробно.

Собственно вот такой самолет рассматривается
NASA-N3-X-concept-3-4.png
 
yacc11, большущее спасибо, этого я не читал.

Посмотрите, в 2013 - "не так радужно" и "особых плюсов нет". (хотя уже 4% по топливу + шумы).
Но ведь электрооборудование быстро развивается. На это и расчёт.
 
Но ведь электрооборудование быстро развивается. На это и расчёт.
Да как-то я в быту не вижу электродвигателей и линий передач на высокотемпературных сверхпроводниках, о которых речь и идет :) Дорого это
 
yacc11, самолёт массой 100 т стоит 100 млн. USD. То есть, доллар за грамм.
Стоимость микроволновки или тостера - на порядок, а то и сильнее, меньше :)
 
самолёт массой 100 т стоит 100 млн. USD. То есть, доллар за грамм.
Стоимость микроволновки или тостера - на порядок, а то и сильнее, меньше :)
Это ниочем. По подобным расчетам футурологов образца 60-хх годов у нас уже давно должна быть лунная база :)

И да, возвращаемся к теме ветки - в сегмента ТВС-2ДТС или Ан-2 электрические гибридные самолеты еще лет 20 наверное не будут. Минимум в РФ.
Тут самое место для 2х моторного самолета типа "Пчелка" с дизелями разве что.
 
yacc11, это как раз о чём. О том, что самолёт - на порядок более дорогая вещь (в пересчёте на килограмм веса), чем бытовая техника, поэтому в нем могут быть быстрее применены те решения, которые для бытовой техники ещё не рентабельны.

Современные расчёты отличаются от футурологов 1960-х годов тем, что идут от прогноза возможных изменений общества к прогнозу изменения потребностей, затем - к экономике и только затем - к техническим решениям.

А футурологи 1960-х часто шли от "можем сделать - значит, сделаем, а зачем - не важно".

Возвращаясь к теме о местных линиях: я тоже за двухмоторный моноплан, но, скорее, низкоплан (воздушная подушка при посадке, проще устроить шасси). С прочным фюзеляжем (возможно, каркас из стальных труб). И да, лучше, чтобы он работал на дизтопливе либо на автомобильном бензине.
 
А футурологи 1960-х часто шли от "можем сделать - значит, сделаем, а зачем - не важно".
Ровно также как и электросамолеты - там такой же прогноз - даже график есть - удельная емкость аккумуляторов по годам с прогнозом на 10 лет вперед.
И все эти статьи экономический фактор обходят стороной - ставится вопрос технической реализуемости.
Ну ровно как и прогнозы по Луне :)
 
Реклама
в найденной вами интересной диссертации как раз много внимания уделено экономическим вопросам - вы же сами цитировали про 4% экономии.
Да нет там особо их.
4% - это сокращение массового расхода. Но это еще не денежная экономия, поскольку если мат.час у него будет дорогая, то по другому параметру - $ пасс/км
он будет абсолютно нерентабелен, даже при меньшем расходе топлива - из-за "золотой" двигательной установки .
 
Идея с питанием электродвигателей от турбогенератора напоминает бизнес-модель: украсть ящик водки, продать, деньги пропить. Смысл не особо очевиден. Может быть и имеет смысл для какой-то очень экзотической конфигурации вроде сверхманевренного октолёта какого-нибудь, но для классической самолетной схемы - вряд ли. Тут скорее можно представить какое-нибудь чудище вроде Ту-114 с мини-АЭС на борту, но такое даже в безбашенные 1960-е показалось перебором...
 
https://findpatent.ru/patent/255/2554043.html
Обещанный сеанс чОрной магии с полным её разоблачением. :)
В силу застарелой проф. деформации, :) естественно, смотрю массы.

Для варианта на 19 мест масса пустого заявлена 5545 кг.
Взлётная масса 8175 кг (КВП), вычитаем п/н 1,9 т и топливо (530 кг), получаем 8175 – 1900 – 530 = 5745 кг. Это масса пустого снаряжённого. Конечно, 200 кг на массу снаряжения – это чуток «маловато будет», но я не придирчив.
Смотрим на Бе-32К (он в патенте взят в качестве базы), который по данным разработчика имеет массу пустого снаряжённого 4350 кг. То есть по пустому снаряжённому «патент» весит на 5745 – 4350 = 1395 кг больше.
Казалось бы, не меньше – и то слава богу, хоть совесть у человека есть. :)

Однако теперь из массы пустого вычитаем аккумуляторы – 1865 кг. Получается, что "совсем пустой" заявленный самолёт весит 5545 – 1865 = 3680 кг.
И здесь картина обратная: планер с шасси + силовая установка + ОСО + БРЭО + «пассажирское» оборудование у «патента» весит на
4150 (пустой снаряжённый минус 200 кг снаряжения) – 3680 = 470 кг
меньше, чем аналогичный набор Бе-32К.

Один из «источников» снижения массы – облегчение «турбовинтовой» части силовой установки. На Бе-32К стояли старые добрые PT6A-65B с «валовой» мощностью 1173 л.с. Их сухая масса – 2х465 lb = 422 кг. Взамен автор планирует поставить пару Allison T63-A-5A по 250 л.с. Достаточно ли этой мощности для достижения заявленной крейсерской скорости (с учётом того, что в полёте аккумуляторы надо подзаряжать – для обеспечения ухода на второй круг) – это я рассматривать не буду. Лениво. :) Суммарная масса двигателей – 124 кг.
Пропеллеры. PT6 комплектуется винтами HC‐B5MP-3 массой ~100 кг (разброс по модификациям). T63 – двигатель вертолётный, воздушный винт «под мощность» (например, Hartzell HC‐B3) может весить 50 кг. Общее снижение массы – центнер.
Агрегаты двигателей – 130 и 60 кг соответственно (-70 кг). Топливная система – 25 и 10 кг (-15 кг).
Всего по «традиционной» части силовой установки облегчение составит (422-124) + 100 + 70 + 15 = 485 кг.

Уменьшение «основного» крыла (его площадь зажата на ~7,3 кв.м) позволит снизить массу конструкции на ~380 кг (крыло из КМ). Уменьшение площади ГО даст ещё примерно 220 кг.

Итого суммарное снижение массы 485 + 380 + 220 = 1085 кг.

В эту тонну с хвостиком нужно «впихнуть»:
1. Переднее крыло, которое имеет площадь 11 кв.м и - так, на минутку - удлинение 10. Только это второе крыло даст 550-580 кг.
2. Увеличение длины фюзеляжа + три пассажирских кресла. «На круг» – ещё 40 кг.
3. Усиление шасси под увеличенный взлётный/посадочный вес – +30 кг.
4. Два двигателя-генератора мощностью по 275 кВт + четыре тяговых электродвигателя мощностью по 230 кВт. Оцениваю это в 2х700 + 4х580 = 1400 + 2320 = 3720 кг. Поправки маракующих в электрике принимаются.
5. Четыре «передних» воздушных винта – 4 х 50 = 200 кг.
6. Увеличение массы системы электроснабжения – за счёт силовых проводов в линиях «аккумулятор – мотор-генераторы – тяговые электромоторы» и силовой коммутирующей аппаратуры. Среднепотолочно могу это оценить в 300 кг. Опять же, поправки принимаются.
7. Шарниры и приводы поворота ТВД / тяговых электродвигателей. Весит всё это «поворачиваемое» немало. Да и условия работы не ахти (вибрационные нагрузки). Шарниры с установкой оцениваю в 2х15 + 4х10 = 70 кг. Приводы – 2х8 + 4х6 = 40 кг. Итого – 110 кг.

Суммарное увеличение массы составит 550 + 40 + 30 + 3720 + 200 + 300 + 110 = 4500 кг.
С учётом ранее насчитанного снижения массы получим привес в размере 4500 – 1085 = 3315 кг. Это при насчитанном автором TOGW = 8175 кг.
РЕЗЮМЕ: ни хрена не взлетит. :)

Желающие могут оценить дальность полёта (в патенте почему-то вместо дальности указана протяжённость - что какбэ намекает :) ).
Как уже говорилось, за основу автор взял Бе-32К, который при запасе топлива 1640 кг имел техническую дальность ~2000 км. Здесь же при полутонне топлива + 75% разряда аккумуляторов это чудо летит аж на 2560 км. Во что мне верится слабо – но считать я уже утомился. «Старый стал, ленивый…» (х/ф «Белое солнце пустыни»). :)

Понятное дело, что реализовать его ближайшие лет 10 точно не будут даже в опытном образце
См. выше - его в ближайшие 100/500 лет точно не будут реализовывать. Бо враньё там голимое.
[automerge]1560166936[/automerge]
Вообще-то, ваше заявление - это клевета.
Можете подать на меня иск по Ст. 128.1 УК РФ - я не возражаю. :)
[automerge]1560167156[/automerge]
...будет иметь смысл только с появлением сверхмощного источника электроэнергии.
Сразу вспомнились "сверхаккумуляторы", придуманные писателем Казанцевым в середине 30-х годов. :)
 
Последнее редактирование:
4. Два двигателя-генератора мощностью по 275 кВт + четыре тяговых электродвигателя мощностью по 230 кВт. Оцениваю это в 2х700 + 4х580 = 1400 + 2320 = 3720 кг. Поправки маракующих в электрике принимаются.
Я может бегло вывел на ложный след - относительно отдельных дизель-генераторов ( потенциально, но не этом патенте ) , но как-то так:
- считаем вес генератора как вес электромотора
- у электромоторов порядка 5 кВт на 1 кг веса итого - для 230 кВт = 46 кг 4х46 = 184 кг
- пусть генераторы весят также - еще 184 кг - итого - 368 кг
- два двигателя RR300 ( ТВД ) каждый по 201 lb = 91 кг итого еще 182

Суммарно 368 + 182 = 550 кг
Как то лихо у тебя 3720 получилось :)

Суммарное увеличение массы составит 550 + 40 + 30 + 550 + 200 + 300 + 110 = 1780 кг.

Как я понял на крейсерском режиме ТВД зафлюгированы ( разумеется привет дополнительному Cx ) и работают как турбогенераторы электроэнергии в оптимальном режиме
 
- у электромоторов порядка 5 кВт на 1 кг веса
Авиационный генератор постоянного тока ГСР-12БКМ (на МиГ-29 стоит пара таких).
10 кВт при массе 25 кг.
Но это так, мелочёвка. А вот зверюга посерьёзнее:
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".
И - что немаловажно - с неограниченной продолжительностью работы на максимальном режиме.

...и работают как турбогенераторы электроэнергии в оптимальном режиме
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.
 
Последнее редактирование:
Но с удовольствием гляну на примеры авиационных электродвигателей / генераторов с "порядка 5 кВт на 1 кг веса".
И - что немаловажно - с неограниченной продолжительностью работы на максимальном режиме.
Словенский Emrax 268 обеспечивает 11,6 кВт/кг в пиковом режиме и около 5 кВт/кг с неограниченной продолжительностью. Позиционируется и для авиации (среди прочих применений). Технологии вращающихся электрических машин сильно шагнули вперед со времен проектирования МиГ-29. А указанный вами Mecc Alte, насколько я понимаю, вообще наземный, а не бортовой.
 
Последнее редактирование:
Турбогенератор (прототип) от компании Honeywell на 1,0 МВт (300VDC to 600VDC) весит около 300 кг (сам генератор 127 кг). Уже проходил тестовые стендовые испытания. Вроде как нормально.
 
Реклама
А стоит он где-нибудь на борту?
Как минимум на один экспериментальный борт Emrax ставили, только не знаю, именно 268 или меньшую модель.

А где про эту систему почитать можно - поиск ничего не дал.
Например, здесь.
 
Назад