Comments 73
Пока что гибриды нужны потому, что, хотя авиационное горючее даёт 12 500 Вт*ч энергии на килограмм, литий-ионные батареи дают всего лишь 160 Вт*ч/кг,
Какая-то колоссальная разница. При этом еще и вес топлива уменьшается а это вообще чит ).
А как сжигать топливо выгоднее всего? Турбина или как-то хитро окислять с переводом сразу в электричество?
Или перейти на сжиженный газ? Для него вроде сделали топливные элементы.
Тесла проезжает на одном заряде — под 500 км, что довольно заметно больше расстояния, которое может проехать примерно любой чисто бензиновый или дизельный автомобиль с разгоном меньше 4 с до сотни на 50 литрах бензина. Но да, дизельный мерс на 50 литрах соляры проезжает больше 1000 км. Но там разгон до сотни — под 10 секунд…
И стоит дешевле.
а могут в менее 3 сек, и стоят сравнимо
Ну это я так…
(и да, про запас хода я чуть-чуть погорячился. Если смотреть номинальные цифры, то бак и у Порша, и у Ниссана — больше 70, кажется, литров. Если на них тошнить по трассе, то да, можно уехать больше 700 км на одной заправке… Но разгон до 100, все одно, у Теслы быстрее)
Разгон до сотни важен, если выбираешь между 15 и 20 секундами. Всё, что меньше 10 просто опасно — такие водители как минимум непредсказуемы.
Все эти «шашечки», троганье на желный с визгом покрышек, заметного выигрыша практически не дают(более 5 мин.). А часто его и вовсе нет.
Часто наблюдаю как «выстреливают» всяческие гонщики со светофора, чтобы их догнать на следующем. И так далее полгорода.
Разгон до сотни важен, если выбираешь между 15 и 20 секундами. Всё, что меньше 10 просто опасно — такие водители как минимум непредсказуемы.
Я бы не был так категоричен. В Европе, да и у нас, часто практикуется примыкание второстепенной дороги в виде полосы разгона — т.е машина выезжает с второстепенной дороги и, разогнавшись до скорости потока, перестраивается в него. Логично, что чем меньше разница скоростей, тем безопасней это происходит. Но длина полосы разгона ограничена и, соответственно, чем быстрее автомобиль достигает скорости потока, тем больше у него есть времени на перестроение.
В результате автомобили (или водители), которые боятся быстро разогнаться, при плотном потоке часто тупо останавливаются в конце полосы разгона, делая дорожную ситуацию гораздо опаснее. Также, если длина полосы разгона ограничена, приходится искусственно снижать скорость потока, чтобы все овощи могли беспрепятственно в него вливаться.
Если бы все автомобили могли разгоняться быстрее 10с до сотни, то вопрос с полосами разгона решался бы проще.
Плюсом электродвигателей является то, что можно достичь КПД ~90%.
А как сжигать топливо выгоднее всего? Турбина или как-то хитро окислять с переводом сразу в электричество?
Если сконцентрироваться на электричестве, то можно значительно повысить КПД той же турбины. По идее можно выжать до 60%.
Или перейти на сжиженный газ? Для него вроде сделали топливные элементы.
Да — топливные ячейки на метаноле уже испытываются — вот прямо на прошлой неделе в ВУЗе недалеко запустили метаноловую топливную ячейку на 5кВт на транспортном средстве. Правда она на режим выходит за 40 минут, но то поправимо — сначала едем на батареях, по пути топливный элемент потихоньку разогревается и начинает их заряжать.
Солнечным днем в полете можно подзаряжать батареи, при наличии солнечных панелей.
Но, конечно, больше всего массы добавит система автоматического сброса загоревшихся аккумуляторов…
У алюминия коэффициент теплового расширения в наших условиях — ~22*10^-6 на градус. У кремния — ~5*10^-6 на градус…
Даже при попытке соединить тонкую алюминиевую болванку 60х20 см с медными ребрами… получались интересные загогулины. А у меди коэффициент расширения отличается от алюминия всего ничего — 18 против 22…
Где-то на Википедии есть таблица сравнения плотности энергии для разных энергоносителей. У обычного бензина эта плотность примерно в 10 раз выше литий-ионной батареи.
Увеличение вместимости аккумуляторов и создание стабильных сверхпроводников не более чем фантастика не поддающаяся точному предсказанию. С тем же успехом можно делать ставку на изобретение к 2050 году двигателей питающихся теплотой прокачиваемого воздуха. Для этого всего лишь нужен более эффективный тепловой насос, который можно прикрутить к стирлингу. Очевидно же, что к 2050 году и те и другие улучшаться в разы.
1. Можно сильно уменьшить размер двигателей, сделав их с расчётом на крейсерский полёт, а набор высоты обеспечивать бустом на аккумуляторах. (было в статье)
2. Электрическая трансмиссия надёжнее механической и даёт значительно больше свободы для компоновки. (было в статье). Свобода в компоновке позволяет создавать более эффективные профиля, это влияет на лётные качества и на экономичность.
3. Они тише. (было в статье). Для Европы это очень важно, там плотность заселения высокая.
4. Можно использовать ДВС механически значительно более простой и рассчитанный только на маршевые нагрузки, но не на взлётные. Электрический движитель сам по себе тоже имеет большую надёжность и ресурс. Следовательно — упрощается и удешевляется обслуживание. Ну, и есть некоторый шанс на экономию топлива. Хотя, рекуперации как у наземных видов транспорта ожидать не приходится. Вся экономия только за счёт оптимальных режимов работы.
5. Электричество из ВИЭ мы получать уже научились, вопрос только масштабирования, а вот биотопливо хорошо подходящее для самолётов промышленно синтезировать ещё не научились. Следовательно, на повестке — использовать электричество в воздушном транспорте без промежуточных операций. Когда научимся делать керосин из водорослей относительно недорого, моё мнение, про электродвигатели на самолётах моментально забудут — принципиально разная энергоёмкость.
6. Это модно. Электросамолёты и гибриды это модно. Производители получают хороший пиар.
7. Учёные и инженеры в отделах НИОКР развлекаются. Это важно для поддержания их в тонусе до того момента когда поступят серьёзные задачи. Ну и вообще, на этих прикладных задачках придумываются и обкатываются новые технологии.
Как по мне, синтезировать топливо для самолётов проще чем переводить их на электротягу. Но как пойдёт посмотрим.
А, ну ещё про выхлоп забыл. У самолётов выхлоп гигантский. Просто потому что объёмы топлива большие, а стопроцентного сгорания достичь невозможно, особенно на форсаже, и систем очистки выхлопа на самолёты не ставят, потому что масса.
2. Если бы всё было так прекрасно с электрической трансмиссией, то в автомобили никто не ставил бы шестерёнки или ремни вариатора.
3. Основной шум это именно пропеллер, он даже громче свиста турбины, как снизить шум турбовентиляторов до уровня импеллеров я уже писал, это всё турбулентности первого контура.
4. В двухконтурных турбинах упрощать нечего, чем меньше турбина, тем меньше у неё КПД, второй контур не наращивают лишь потому, что за полосу цепляться будет.
5. Уже сейчас со всеми ухищрениями самолёты поднимают только в два раза больше своего веса. Если брать пример с теслы, то не взлетит вообще. Спирт кстати прекрасно подходит турбинам и имеет половину энергоёмкости керосина. Но это всё таки не сравнить с отставанием аккумуляторов.
Вы не до конца расписали про надежность. Электродвигатель — он не просто надежнее, он намного надежнее топливного. А еще он требует гораздо меньше обслуживания.
Вы не представляете, сколько в самолетостроении тратится времени и средств, чтобы получить те заветные девятки после запятой по надежности. Те испытания, которые вы не видите, все то межполетное обслуживание, огромное количество диагностических и дублирующих систем — все это сделано для того, чтобы тот двигатель не взорвался, не загорелся, не выключился в нужный момент, не запустился в нужный момент, в нем не образовались трещины, не оторвались лопатки и прочее и прочее. В авиаиндустрии тратятся миллиарды на это.
Упрощение конструкции вследствие гибридизации и соответственное уменьшение расходов на достижение той же надежности — это тоже то, за чем гонятся все авиапроизводители.
Плюс такая схема позволяет подключить к генератору лёгкую высокооборотную турбину а не поршневой ДВС, для лёгких самолётов это большой выигрыш.
Ну и отсутствие механического редуктора повышает безопасность, провода от прохода электронов не изнашиваются.
Выгода от гибридной схемы только для больших самолетов.
Так что несмотря на недостатки суммарно оно лучше.
КПД турбореактивного двигателя — порядка 30%. Чтобы его немного поднять, можно ввести промежуточное охлаждение между компрессорами низкого и высокого давления и промежуточный подогрев между турбинами. Это помогает приблизиться к циклу Карно и поднять КПД на несколько процентов. На земле сложный цикл делают часто, а вот в авиации не очень, т.к. рост КПД не перекрывает увеличение массы двигателя.
А вот использование комбинированной, например, парогазовой, установки позволяет поднять КПД до 60-65% (после двух турбин срабатывается не весь теплоперепад и температура газа достаточна для того, чтобы нагреть теплоноситель для другой, низкотемпературной, установки). Только на крыло такое не поставить — занимает слишком много места, да и масса большая. А во фюзеляже такое разместить можно. И такая распределённые установка уже может дать существенный выигрыш даже с учетом увеличения массы.
Смысл пихать аккумуляторы есть только развечто в планеры с их сверхбольшим крылом(для подьема на горизонт без разгонщика). Ито сомнительный ибо вес. Проще электробуксирный модуль.
www.airbus.com/newsroom/press-releases/en/2017/11/airbus--rolls-royce--and-siemens-team-up-for-electric-future-par.html
Гибрид имеет смысл на малых, которые взлетают и садятся постоянно.
Да, я в курсе про исследования. Но в ближайшее время это не станет на серийный самолет.
Меньше двух турбин не дадут ибо надежность.
Фигня в том, что вы не можете батарейки скинуть после взлета, а масса батареек нужных магистральному самолету на 200 мест уж сильно высока. И ее надо нести весь маршрут. Они даже топлива то берут впритык для экономии.
Региональные имеют смысл, да. Ну так это и есть малые самолеты.
Региональные весят по 50 тонн. Не относятся к малой авиации.
Была более интересная тема с ядерным реактором на борту… Но там возникла проблема с массой противорадиационной защиты…
1) Для всех ВС, применяемых в ГА есть два ограничения: MTOW (Maximum Take-Off Weight) и MLW (Maximum Landing Weight). Например, для семейства Airbus 319/320/321 эти значения выглядят так: 319: MTOW/MLW — 70/61 тонн; 320 — 75,5/64,5; 321: 89/75,5. Емкость топливных баков всего семейства A32x примерно одинакова — 18,6 тонн топлива. Типичный остаток топлива при посадке — около 3 тонн (это без танкирования, наличия далеко расположенных запасных, запаса «на погоду» и т.д.).
2) Посадка с превышением MLW возможна в случае аварийных ситуаций (для этого есть специальная процедура), но это не является нормальной ситуацией. Плюс при использовании данной процедуры появляются дополнительные ограничения (по максимальной вертикальной скорости в момент касания, по располагаемой посадочной дистанции, ведь чем выше вес — тем больше скорость на заходе и тем более длинная полоса необходима для выполнения безопасной посадки, тем больше энергии необходимо поглотить тормозным дискам и тем дольше они будут остывать и т.д. и т.п.)
3) Современные двигатели (такие как например PW1000) дают экономию в крейсерском режиме порядка 250 килограмм в час на 1 двигатель по сравнению с двигателями предыдущего поколения (такие, как CFM 56 4 серии). В реале — это около 900кг в час на 1 двигатель.
4) По мере выработки топлива и снижения веса ВС может занимать более высокие эшелоны полета. Обычно чем более высокий эшелон — тем экономичнее полет. Опять же, не берем в расчет ветровую обстановку (на разных эшелонах — разный ветер), обход гроз (чем выше — тем обычно проще) и т.д.
А выводы? Выводов не будет, каждый сделает их для себя сам.
Гибридные электрические самолёты позволят уменьшить вредные выбросы и шум