Электролёты

[Бурундук]

1) Между первым полётом Wright Flyer и Ту-144 прошло всего 65 лет. А с момента первого полета Ту-144 прошло ещё 35. И что нового в гражданской авиации с тех пор?

Вот как раз сейчас появляется. Электродвигатели. И дело не в замене только мотора, дело в том - что электродвигатели маленькие, дешёвые и с большим к.п.д. Вот и возникают монстры с 36 моторами, мультикоптеры и подобные странные вещи. Да, пока на уровне лёгкой авиации. Так Wright Flyer тоже поначалу не 200 человек перевозил. Так что новое ещё как есть.

Я думаю, что можно ждать появления турбоэлектровозов. В смысле, турбоэлектролётов: турбоэлектростанция на борту + множество электродвигателей с вентиляторами расположенными так, чтобы добиться оптимального обтекания на разных режимах.

 

[Den_K]

Вот как раз сейчас появляется. Электродвигатели. И дело не в замене только мотора, дело в том - что электродвигатели маленькие, дешёвые и с большим к.п.д. Вот и возникают монстры с 36 моторами, мультикоптеры и подобные странные вещи.

Сами электродвигатели особо не изменились. Тут намного важнее другие факторы:
- появление аккумуляторов высокой удельной емкости;
- развитие миниатюрной электроники, позволяющей управлять всеми этими десятками пропеллеров, да еще и передавать оператору картинку;

 

[xoid]

Вот как раз сейчас появляется. Электродвигатели.

Тогда уж электротяга - как сочетание двигателя, аккумулятора с достаточной плотностью энергии и силовой электроники с очень высоким КПД.
Но только всё это упирается в скорость и аэродинамику.

P.S. вклад американского ВПК в гражданский рынок сложно переоценить.

 

[Бурундук]

А после подсчета сколько энергии в аккумуляторах должно быть на борту такого лайнера ... оставь надежды

Да. Поэтому я и говорю о турбоэлектролётах: турбина крутит генератор, как в турбоэлектровозе или турбоэлектроходе.

Да и простой вопрос, а зачем?

Для существенного повышения аэродинамического качества. Если поставить двигатели (ускорить поток) можно не там, где приходится из прочностных/габаритных соображений, а там где хочется, и если этих двигателей много, можно значительно его улучшить. Самое простое: двигатели над верхней поверхностью крыла по всему размаху - полноценное применение эффекта Коанда. Наверняка, не лучший выход но первое, что приходит в голову.

А это и рост экономичности, и улучшение ВПХ (до каких пределов - пока судить сложно).

 

[Бурундук]

Vik63, преимущества следующие:
1. к.п.д. турбины может быть выше, чем к.п.д. ТРД и даже ТРДД. Используются большая часть энергии газа, не надо, чтобы газ на выходе имел высокую скорость. Турбина работает всё время в оптимальном режиме - это тоже плюс.

2. Много двигателей дают возможность сформировать поток более оптимальным образом. Пример - мультикоптер. Думаю, такси-мультикоптеры появятся если не в ближайшие 10, то в ближайшие 20 лет точно. Про эффект Коанда я уже говорил, и это только первая идея. Так как двигателей много, то объём ускоряемого воздуха большой. Это, на языке ТРД, эквивалентно очень большому повышению степени двухконтурности и, как следствие, повышению экономичности.

3. Много двигателей позволят уменьшить нагрузку на конструкцию (нет точек приложения большой силы, как, скажем, крепление пилона ТРД к лонжерону), сделать её более лёгкой.

4. Главное. Много двигателей позволят использовать для формирования силы значительно большую часть набегающего воздушного потока.

Конечно, всё это надо считать, а мне лень. Поэтому напишу: ИМХО.

Грубое пояснение к п. 4. Для движения самолёта нужна сила. Сила тяги равна
F=DV * dM/dT,
где dM/dT - масса ускоряемого воздуха за единицу времени, а DV - средний прирост скорости этого воздуха.

На это нужно затратить мощность P=dM/dT/2/eta * DV^2,

где eta = к.п.д. силовой установки

В то же время F=Mg/Кa, Mg - вес самолёта, Кa - аэродинамическое качество. Считаем Ka постоянным.

Из первой формулы для силы вычислим потребный для горизонтального полёта DV (прирост скорости потока):

DV = Mg/Ka/(dM/dT)

Понятно, чем больше воздуха отбрасываем назад, тем меньше его надо разгонять.

Подставляя в выражение для мощности:

P = [(Mg/Ka)^2/2]/eta/(dM/dT)

Выражение в квадратных скобках - это константа при данной массе и скорости самолёта.

Видно, что мощность обратно пропорциональна dM/dT: чем больше воздуха захватываем, тем эффективнее мотор. Именно поэтому воздушные винты стараются делать побольше (но так, чтобы конец лопасти не слишком быстро вращался), а степень двухконтурности ТРДД - повыше.

Переход к распределённым электродвигателям - это ОЧЕНЬ большое увеличение dM/dT, которое, ИМХО, позволит в разы снизить потребную мощность. Со всеми следствиями для экономичности, веса конструкции и т.д.

 

[Доброхотт]

Думаю, такси-мультикоптеры появятся если не в ближайшие 10, то в ближайшие 20 лет точно. Про эффект Коанда я уже говорил, и это только первая идея.

Вы серьезно? Как будет регулироваться движение? Даже сейчас вертолеты сталкиваются в просторном небе над чистым полем.

 

[Бурундук]

Доброхотт, я серьёзно. Доброхотт, вероятно, при помощи автоматизированных систем управления движением. Думаю, такие такси будут беспилотными.

 

[Mechanic]

Как будет регулироваться движение?

в полностью автоматическом режиме на сервере.

 

[Доброхотт]

А не "хрупче" ли система тем больше, чем больше она автоматизирована?

 

[xoid]

полностью автоматическом режиме на сервере.

ни в коем случае не на сервере. Для этого придуманы распределенные или даже децентрализованные системы.

 

[Доброхотт]

в полностью автоматическом режиме на сервере.

Птичек будем газом травить, чтобы не мешали? Или создадим штат охотников с ловчими птицами. Но без птиц нарушится экологическая цепочка, которая в городах и так на соплях держится. Деревов не останется. В общем все это из области фантастики, где люди вместо продуктов питаются пилюльками. ИМХО

 

[vikki56]

Компания Airspace Experience Technologies (AirSpaceX) показала свое новое творение на международном автосалоне, который сейчас проходит в Детройте. Компанией был представлен прототип летательного аппарата Mobi-One, правда, пока в уменьшенном размере. Аппарат способен вертикально садиться и взлетать и предназначен для перевозки пассажиров и грузов на скорости около 400 км/ч.
По данным AirSpaceX, водители в больших городах тратят в среднем более 40 часов, находясь в пробках, при этом в атмосферу выбрасывается около 17 миллиардов кг загрязняющих веществ.
Летающий автомобиль Mobi-One ориентирован на то, чтобы обеспечить рынок экологически чистым и быстрым транспортным средством для перемещения внутри города. Аппарат использует четыре электродвигателя с крыльями, благодаря которым, как заявляет производитель, Mobi-One производит меньше шума, чем вертолет. Он рассчитан на перевозку от двух до четырех пассажиров, а также груза весом до 200 кг. При скорости в 241 км/ч полностью загруженный Mobi-One способен пролететь около 104 км.
Внутри Mobi-One предусмотрена технология, обеспечивающая высокоскоростной доступ к Интернету. Помимо пассажирских и грузовых перевозок он также может использоваться для медицинской и аварийной эвакуации.
Mobi-One был разработан в сотрудничестве с Камило Пардо, который был главным дизайнером Ford GT в 2005-м, а также в 2006 году.
«Нашей целью является развертывание 2500 самолетов в 50 крупнейших городах страны к 2026 году», – говорит главный коммерческий директор AirSpaceX.

 

[Бурундук]

ЕМНИП его эффект на Ан-72,74 признан весьма несущественным.

Правильно. Потому что струя (и на YC-14 тоже) шла только вдоль очень небольшой части размаха крыла. С электродвигателями будет по-другому.

лучше это делать как на Ан-70, где на больших углах атаки за счет этого достигнут Су больше 7.

А здесь доля обдуваемой поверхности выше. Но меньше, чем можно сделать при помощи моторчиков по всему размаху.

Гипотетически есть перспектива у чисто аккумуляторной версии.

Не думаю.

И это обнулит и сделает глубоко отрицательным те не очень большие преимущества о которых вы упомянули в п. 1, 2, 3.

Как я уже писал, "считать надо". Но забавно, что вы не упомянули большое преимущество - п. 4. Увеличение в разы массы воздуха, используемой для создания тяги.

Посмотрим. Я сделал прогноз о появлении нового вида авиатранспорта. Интересно было бы посмотреть, сбудется ли он лет через десять. К сожалению, не получится: превратят в тыкву.

 

[xoid]

Правильно. Потому что струя (и на YC-14 тоже) шла только вдоль очень небольшой части размаха крыла. С электродвигателями будет по-другому.

Есть такой проект - Lilium Jet. Пока летает без пассажиров, но денег уже собрал прилично.

 

[Бурундук]

Vik63, можно. Берём вашу оценку 14,5 МВт для 100-т лайнера. Согласно этой заметке получается, что двигатели будут весить от 1,5 до 3 т.

С генераторами сложнее, потому как их, наверное, никто так не оптимизировал, а брать индустриальные некорректно: ясно, что они тяжёлые. Но учтём, что генератор - это электромотор наоборот. Так что связка "генератор-электромотор" весит 3-6 т на мощности 15 МВт.

А вес 5 моторов АИ-20 той же суммарной мощности: 5,2 т без агрегатов. Примерно столько же.

Но в турбоэлектролёте ещё собственно турбина и проводка. Допустим, что они весят столько же, сколько обычный ТРД.

Получаем, -5т убытка на 15 МВт.

Но если получится выигрыш в Ка в 1,5 раза за счёт увеличения dM/dT, скажем, раза в 3, то взлётный вес будет при той же мощности и скорости не 100, а 150 т. И это будет выгодно.

Ещё прикидка. У нас получилось, что удельный вес силовой установки турбоэлектролёта примерно в два раза больше на 1 кВт (генераторы и двигатели весят примерно столько же, сколько обычные авиадвигатели). Если удастся сократить потребную мощность в 2 раза (за счёт роста массы отбрасываемого воздуха), то вес турбоэлектроустановки будет таким же, как и обычного ТРДД в два раза большей мощности. А потреблять он будет почти в 2 раза меньше (почти - из-за потерь). Значит, чистая выгода.

Если потребная мощность упадёт не в два, а в полтора раза - это уже сложно, зависит от дальности. Примерно так.

 

[Бурундук]

Vik63, ещё одно преимущество: уменьшение потребности в резервировании. Допустим, у нас есть двухдвигательный самолёт и безопасность требует, чтобы он мог лететь на одном двигателе. Мощность равна 2*Pmin. Пусть вероятность отказа двигателя 1/1000, события считаем независимыми. Тогда, понятно, что вероятность того, что самолёт навернётся из-за отказа обоих двигателей равна 1: миллион

Теперь пусть у нас есть электродвигатели мощностью 1/10*Pmin каждый. И пусть их надёжность намного хуже: 1/100.

Вопрос, сколько нужно электродвигателей, чтобы обеспечить вероятность крушения (по отказу СУ) ниже 1: миллион? Ответ: 16. Потому как вероятность отказа не менее, чем 7 двигателей (в этом случае остаётся 9 - самолёт не может лететь):

(1/100)^7 * (число размещений из 16 по 7) = 1e-14*57657600 = 0,6 миллионных.

Получаем дополнительный выигрыш в 20% на максимальной мощности при в 10 раз худшей надёжности электродвигателя.

 

[nowhow]

Струмин, вы интересно пишите, но слишком много допущений. Никто не согласится обслуживать по 16 двигателей в самолете. Если 15 МВт электромощности будет гулять по самолету, то очень долго и упорно придется добиваться электромагнитной совместимости. Да и масса одного 15 МВт генератора не равна массе 15 100 кВт двигателей. Хотя бы потому что у них будут разные выходные параметры напряжения.

 

[Бурундук]

nowhow, спасибо за похвалу.

Насчёт "никто" - xoid в этом топике уже привёл пример созданного аппарата. И это только начала.

Электромагнитная совместимость - да, проблема. Надо будет решать.
Масса 15 МВт генератора, ясно, будет меньше массы 150 100 кВт двигателей - эффект масштаба

Разумеется, допущений много, т.к. эта технология только в самом начале пути. Думаю, уровень расчётов Кёртисса или Сантос-Дюмона был похожим.

PS. К сожалению, исчезли сообщения Vik63, на которые я отвечал. Поэтому мой оставшийся монолог выглядит несколько бредовым...

 

[Kwispel]

Вообще-то у нас уже была ветка про это: https://aviaforum.ru/threads/ehlektrichki-nastupajut.41411/
Может их соединить?

 

[Доброхотт]

Струмин, вы интересно пишите, но слишком много допущений. Никто не согласится обслуживать по 16 двигателей в самолете. Если 15 МВт электромощности будет гулять по самолету, то очень долго и упорно придется добиваться электромагнитной совместимости. Да и масса одного 15 МВт генератора не равна массе 15 100 кВт двигателей. Хотя бы потому что у них будут разные выходные параметры напряжения.

Совместимость ладно. А как быть со здоровьем? Не знаю сколько МВт в высоковольтной ЛЭП (они разные), но по нормам жилые здания не должны приближаться к ней ближе 300 м (емнип). Из-за электромагнитного излучения. Хотя в союзе (например в Жуковском) это не всегда соблюдалось. Но у ВЛ максимум сколько - 1 МВт? А вы предлагаете 15.