Comments 73
Круто. Не слышал что бы большие компании делали попытку электрификации полетов. А вот один умелец собирал электросамолет из подручных материалов:
HomeMade Electric Airplane

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.
UFO landed and left these words here
Хоть я и не очень большой фанат электромобилей, справедливость — превыше всего.
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…
BMW M550d может 850 км проехать на 50 литрах, и может 4,4 сек.
И стоит дешевле.
Я не зря указал разгон меньше 4 с. Когда 4.4 до сотни — таких много. А вот именно чтобы меньше 4 — это очень большая разница. Именно по этой причине Маск сначала выпустил спортивный родстер, потом заряженный седан и только после них начал делать «дешевые» автомобили. Ибо все, что есть с разгоном меньше 4 с — имеет меньший запас хода и/или стоит дороже.
ну скажем Porsche 911 Turbo S и Nissan GT-R R35 тоже проезжают 500км на 50 литрах,
а могут в менее 3 сек, и стоят сравнимо
Формально да, у Порша 9.8 литров на сотню… Но в таком режиме и у Теслы пробег 539 км номинальный, супротив 510 у Порша… Да и Ниссан всего 467.7 км на 50 литрах, при этом до сотни — на 2 десятых дольше Теслы разгоняется. А еще Тесла — «большая машина», а это Порш с Ниссаном — субкомпакты…
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)
Я зануда. Начальная цена самой дорогой Теслы модель S, P100D — 135 килобаксов. Начальная цена Порш 911 Турбо S — 188 килобаксов. Начальная цена Ниссана в версии Nismo (3.5 секунды до 100) — 175 килобаксов…
а начальная цена McLaren 650S — 250к$, но у кого есть лишних 150к$ у того и 250 найдется, это игрушки для богатых)
Вот уж самый бесполезный показатель для обычного потребительского автомобиля — это «разгон для сотни». Для города достаточно 10 с.
Как раз разгон до сотни у городского автомобиля более важен, чем разгон до 200 и выше
Скорости от 120 и выше вообще не важны никому, кроме гонщиков на трассе. Причём тут 200?
Разгон до сотни важен, если выбираешь между 15 и 20 секундами. Всё, что меньше 10 просто опасно — такие водители как минимум непредсказуемы.
Светофоры в городе обычно так настроены, что либо едешь со всеми в потоке с зеленой волной, либо все равно на следующем светофоре «тормоза/колхозники» догонят.
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.
Как бы вам сказать… «Во всем нужна сноровка, закалка, тренировка». Быстро ездить по городу типа Москвы — нужно уметь. Просто рвать с каждого светофора — недостаточно. Еще нужно правильно выбирать маршрут и знать, где стоит пробка, даже когда яндекс рисует зеленое. Тогда приехать на 15-20 минут раньше обещанного яндексом становится вполне реально. Особенно актуальным разгон до 100 (на самом деле, еще важнее разгон до 80) стал в условиях кучи камер контроля скорости.
А в маленьких городах и на небольших дистанциях можно и на велосипеде доехать или вообще пешком дойти.
Летом на велосипеде и ездил на работу. Причем даже быстрее получалось. Одна проблема. Приткнуть вел, так чтобы его не угнали/разобрали/поломали сложно.
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.

Лет через 15-20 мир «захватят» автопилоты, а ручное вождение запретят. И тогда проблема «овощей» исчезнет сама собой.
Зато мотор Теслы весит в 2-5 раз меньше ДВС (в зависимости от ДВС). Ну так, для справедливости.

Плюсом электродвигателей является то, что можно достичь КПД ~90%.

Толку то. 200ваттчас с кпд 90 или 10000ватчас с кпд 60%. Что выберете?
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.

КПД турбины хуже поршневого ДВС. 60% это КПД парогазовых электростанций, с утилизацией тепла выхлопа газовой турбины в паровой турбине. Преимущество турбин в удельной мощности на вес.
>> При этом еще и вес топлива уменьшается а это вообще чит ).

Солнечным днем в полете можно подзаряжать батареи, при наличии солнечных панелей.
выше облаков любой день солнечный, но это не поможет ) с панелей можно несколько киловатт снять, а нужны мегаватты
Ещё добавлю: самолёты и по ночам тоже летают, когда хоть выше хоть ниже облаков — солнца примерно одинаково
С нынешними панелями, выходит, вообще на гибридном самолёте делать нечего — масса большая, толку мало да ещё и не всегда его можно получить
Ну если учесть, что Аирбас А320 имеет площадь поверхности около 550 м2, можно считать, что чуть меньше половины с солнечной стороны, то в полдень можно снимать с солнечных батарей что-то типа 250 кВт пиково. Другое дело, что самые легкие солнечные панели весят около 10 кг на м2, т.е. они, не считая силовой электроники и проводов, добавят 2500 кг к массе самолета. Т.е. минус 25 человек пассажиров…
Но, конечно, больше всего массы добавит система автоматического сброса загоревшихся аккумуляторов…
это он со всех сторон имеет поверхность, а допустим крыло только 122, где имеет смысл панели ставить, много не снять
Ну вообще говоря сама панель — может быть толщиной 0.1 мм и менее, итого вес сотня-другая грамм на м2. А всё остальное идёт как фюзеляж, который всё равно надо.
может то она может, но без механической защиты, и от непогоды, и на земле самолет может быть +50С, а на высоте -50С, суровые условия для тонких панелей
Просто должна быть не отдельная панель, а интегрированная в фюзеляж. Т.е. полупроводник наносить прямо на алюминий и сверху чем-то прозрачным красить
Будет очень красиво смотреться после первого же полета…
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.

И в чём смысл авиа-гибридов? За каждый грамм удерживаемый в воздухе приходится платить. Ещё предлагается пропускать всё энергию через тяжёлый генератор и неэффективный инвертор. Насколько я знаю, в больших самолётах сейчас стоит тот же газотурбинный двигатель подключенный к большому вентилятору через простейший редуктор. Рассчитаны они кстати именно на крейсерский режим, а взлётный это, что то вроде форсажа и из него следует выйти как можно скорее. Даже если следует снизить шум ценой массы, то стоит поставить смеситель воздуха между контурами и выпрямить турбулентные потоки. Результат тот же, а масса этой конструкции будет ниже чем у батареек+редуктора+генератора+электродвителя. Это конструкция так же немного повысит КПД, но им осознано пожертвовали ради снижения массы. Если хочется большое количество маленьких пропеллеров на одном двигателе, то можно протянуть коленвал вдоль крыла. Но если диаметр пропеллера хотя бы половина метра то эффективнее всё же независимая турбина. Изменяемый вектор тяги реализовать с электродвигателем ни чуть не проще ибо проблема в размере/массе крепления и гидравлике. Истребители не просто так предпочитают шевелить лишь соплом. Боинги тоже могут отвести часть воздуха второго контура на создание подъёмной силы, но опять же за всё придётся платить массой.
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.
Аргументов за аэрогибрид несколько, но почти все они довольно шаткие, по правде сказать, революционным прорывом не назвать.

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.
1. Вместо балласта двигателя тащить балласт аккумов, да и в них основной вес это вентилятор и его кожух. Его не будут уменьшать ни при каких обстоятельствах ибо КПД. И ещё, масса пары двигателей boeing-777 14 тонн, взлётная тяга 80000кгс, что 40-80Мвт мощности. Допустим мы отдадим электрике 10% = 1400кг, 4-8Мвт = 1400кг * 160вт*ч * 3600 = 806Мвт/с. То есть аккумулятор должен отдать всю свою энергию за 100-200 секунд. Достаточно аккурат на то, чтобы оторваться от земли на 100-300 метров. И это при нулевом выигрыше по массе. При неудачном ветре есть риск разбиться из за нехватки тяги, уже за это подобные эксперименты стоит запретить.
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.
Вместо балласта двигателя тащить балласт аккумов

Балласт — это фигня, по сравнению с тем как горят литиевые аккумуляторы!

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.

Вы не до конца расписали про надежность. Электродвигатель — он не просто надежнее, он намного надежнее топливного

Надо бы сначала повысить надёжность аккумуляторов, чтобы не загорались от малейшей дырки. Потому что страшновато летать на «Гинденбурге».
насколько я знаю компоновка определяется в общем аэродинамическим качеством летательного аппарата Например можно расположить в двигателе сзади у хвоста или над крыльями и всегда будут какие-то преимущества и недостатки Так что банальный переход на электродвигатель не позволит расположить сами двигатели абы где.
Современные электродвигатели и генераторы сильно полегчали, на килограмм мощности.
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.
Они как раз на малые самолеты предлагают только аккумуляторы ставить. КПД турбины ниже чем поршневого ДВС, КПД маленькой турбины еще хуже, а большая избыточна. Плюс потери на преобразование, получается выгоднее на ДВС летать.
Выгода от гибридной схемы только для больших самолетов.
Ну если бы турбина была так невыгодна — её бы на вертолёты не ставили.
Так что несмотря на недостатки суммарно оно лучше.
Так она выгодна в смысле удельной мощности, даже небольшая турбина выдает огромную мощность, поршневой такой же мощности весил бы тонны. Для вертолета это важно. А на суда ставят судовой поршневой дизель. Потому что КПД выше, расход меньше, вес не важен.

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.

В принципе, при температуре за бортом в -50 вполне можно сделать эффективный радиатор для рабочего тела паровой турбины.
Эффективность гибридов на дороге определяется прежде всего рекуперацией, а в авиации такого нет. Самолеты редко тормозят интерцепторами, потому что каждый пилот знает что это потери горючего. Просто снижают тягу и разменивают высоту на скорость, медленно снижаясь.
Была новость об электро колесе установленном На пассажирском Airbus которая разгонялась самолет на впп
Была новость об электро колесе установленном На пассажирском Airbus которая разгонялась самолет на впп


И не в лотерею, а в преферанс, и не «Волгу», а червонец, и не выиграл, а проиграл.
Для рулёжки его там собирались использовать, емнип.
Пока видно улучшение только за счет подключения сверхвысокоборотистой турбины на малые самолеты без редуктора, но для этого надо научится делать легкие сверхоборотистые электрогенераторы. Очень уж отличаются массы топлива и агрегатов.

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.
гибрид с турбиной и генератором они как раз на большие самолеты предлагают, на малые невыгодно
На большие еще больше не выгодно. Там в штатном(без форсажа) нет резерва тяги на выроботку электричества, а необходимые по мощности батареи весят как все пассажиры.
В случае с самолетом генератор — даже турбинный — не эффективнее турбин. А взлетают они на форсаже. Тоесть не особо то им большая мощность на взлете и надо.
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.
Часто взлетают и садятся как раз магистральные и региональные самолеты, они все достаточно большие. В гражданской авиации нет никакого форсажа, есть взлетный режим и крейсерский, необходимая мощность различается раза в 3-4 раза. Одна турбина вместо 2х или 4х будет и дешевле и экономичнее. А взлетный режим за счет батареек.
В гражданской авиации взлетный режим неэкономичный. Двигатели расчитаны на эшелон. Тот же самы форсаж. Магистральный самолет взлетает 20 минут из средних 4 часов.
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.
Двигатели рассчитаны на эшелон, а сделаны на взлетный, со всеми вытекающими. Плюс резерв на случай выхода из строя другого двигателя, самолет должен мочь продолжать полет на одном двигателе. Это надо таскать с собой всю эту массу. И топлива берут с расчетом ухода на запасной аэродром, а иногда туда и обратно, если цена топлива решает. Батарейки это и резерв мощности и резерв топлива.
Региональные весят по 50 тонн. Не относятся к малой авиации.
Я люблю авиацию но мне кажется что она Скоро(10-20) начнет вымирать из-за сильной конкуренции высокоскоростных поездов наподобие хайперлуп. Дайте 600-700 км ч на маршруте для поезда и многие люди согласятся путешествовать на таких поездах.
Поезд требует трассы на земле, т.е. стоимость поездки возрастает пропорционально расстоянию. Самолёт же требует только аэропорта.
Количество же пассажиров обратно пропорционально дистанции поездки.
Поэтому для США вполне возможно будет гиперлуп вдоль побережий и самолёты через континент.
UFO landed and left these words here
Мало того, что водород постоянно утекает просачиваясь через металлы, так ещё и бак с жидким водородом требует термоизоляции. Куча геморроя, делающая водород для авиации непрактичным. При том, что даже реактивный Конкорд оказался слишком дорог в эксплуатации.
Потому что хранить его нужно либо под высоким давлением, либо при очень низкой температуре(когда большинство материалов становятся очень хрупкими). И то и другое для авиации не подходит.
Почему не летают? Первым, кстати, был экспериментальный Ту-155 в 1989 году. Потом были эксперименты у разных производителей. Боинг легкий самолет на топливных элементах водородных запускал…
Была более интересная тема с ядерным реактором на борту… Но там возникла проблема с массой противорадиационной защиты…
Помимо перечисленного, у него ещё и плотность низкая — бак полфюзеляжа займёт.
Немного любопытных фактов и информации для размышления:
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.
А с топливными элементами все глухо? Ну и бесшумность удивила — даже модель самолета с электродвигателями слышно хорошо… Там же не от мотора а от винта шум…
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.