Комментарии 50
Разработчики уже подсчитали, что использование самолетов сократит ежегодное время в пути на работу и с работы для жителей США в 10 раз.
Самолет совсем не сократит время в пути, просто теперь работники будут добираться в 10 раз дальше.
Точно. Чтобы сократить время пути нужно ОТ развивать и отказываться от субурбии.
Многоуровенвые паркинги для автомобилей есть, для самолётов будет очень дорого (нужна механизация их хранения и доставки от/к взлётной площадке). Или ещё более огромная площадка для самолётов. Не взлетит (как мне кажется), тем более это только кажется что места в воздухе больше, при авариях же не всем понравится самолёт, падающий на задний двор (с автоавариями чуть проще — стукнувшиеся автомобили останутся на месте, а не упадут вниз, лёгкое касание не заставит их полететь в непредсказуемом направлении, поребрикозаборогазоны остановят лёгкие машины, а грузовики ездят по жилым районам с большой скоростью не так часто).
Аккумуляторы в 10 раз хуже бензина по массе. Поэтому самолет, способный летать от ДВС 10 часов, можно без проблем перевести на электричество, но с временем полета 1 час. Отсюда и вся математика. Экономическая и энергетическая обоснованность.
Во всем остальном электричество лучше — система лучше резервируется (надежнее), моторы с винтами можно ставить где угодно, так как электромоторы в 5-10 раз легче ДВС. И поэтому их можно закрепить в местах, куда ДВС поставить нельзя. Кратковременно электромоторы могут выдать в несколько раз больше мощности, чем их длительная номинальная мощность (ограниченная в основном теплоотводом, кстати). Что полезно для режимов вертикального взлета и посадки. Сами электромоторы на порядок дешевле и проще ДВС.
Эти преимущества электромоторов позволяют реализовать различные аэродинамические схемы, практически недостижимые на самолетах с ДВС. В первую очередь, интересны вертикальный взлет и посадка.
Обычно считается, что машины они никогда не заменят чисто по физическим причинам. Из-за того что энергозатраты в полете выше, чем при езде по земле. И оттого, что находясь в воздухе в режиме зависания, самолет движется относительно воздуха (земли-то он не касается). А значит, любые порывы ветра будут сдвигать этот зависший самолет вместе с собой. Представьте, что обычный порыв ветра 10 м/с, с такой же скоростью 10 м/с будет бросать такой самолет в любую непредсказуемую сторону. Те кто запускал маленькие комнатные квадрокоптеры в ветер, понимают о чем речь. Хотя с увеличением массы до тонн снижают этот эффект за счет инерции.
Но все не так плохо. Возможность электромоторов на несколько секунд выдавать мощность как минимум в три раза выше своей штатной (если контроллер позволяет и аккумулятор может выдать соответствующие токи), позволит в теории бороться с порывами. Да и вертикально взлетать/садиться можно на более слабых и дешевых моторах. С ДВС такой трюк не прокатил бы. Авиационные ДВС и так работают на 80% своей максимальной мощности (а вот автомобильные на 20-30%, поэтому у них такой большой ресурс по сравнению с авиационными двигателями).
С энергозатратами тоже вопрос неоднозначный. На большой скорости на автомобиле основные потери аэродинамические — от сопротивления воздуха. По сути, автомобиль на скоростях выше 100 км/час представляет собой почти самолет. Только еще с дополнительным трением колес о землю. Правда, у самолетов появляется дополнительное "трение" винта о воздух. Винт у самолета — это замена шин у автомобиля.
И проблема в том, что винты с высоким кпд (80-90%) достижимы только в очень узком диапазоне масс самолета, необходимой для полета мощности (т.е. аэродинамической формы самолета) и размера (диаметра) винта. А на практике нужны обычно совсем другие пропорции — массу груза хотелось бы побольше, массу самолета поменьше, мотор послабее, чтобы был дешевле, а винт поменьше, чтобы не цеплял полосу. Ради всего этого приходится жертвовать расходом бензина. Отсюда и кажущаяся прожорливость самолетов. Хотя хорошо спроектированный самолет должен быть (да так и есть в частных случаях) экономичнее машины.
Такой гибрид уже Airbus/Siemens тестируют.
С другой стороны, генератор мощностью равный турбине и его обвязка (инверторы и все такое), большое и тяжелое устройство, может и полегче турбины, но не сильно. Плюсуем электромоторы, винты, провода и батарейки — получаем вторую турбину, в чем тогда смысл затеи? Разве что, реализовывать всякие странные схемы, к примеру вертикальный взлет с изменяемым вектором тяги (как в статье).
Заменить можно не две на одну, а четыре на одну. Взлётная тяга раз в пять выше крейсерской.
Электромоторы уже достигли отдачи 6квт с килограмма массы, так что в размерном классе, скажем, Ми-8, суммарная масса генератора и электромотора не выше, чем масса одного только главного редуктора.
Так что проблемы — в массе батарей только на данный момент.
Импеллер вовсе не обязан давать неприемлемые потери, весь вопрос — на что его рассчитать.
При правильном размещении винты уменьшают сопротивление и фюзеляжа и крыла (можно как бы растянуть профиль).
А что вы думаете об электросамолете с подпиткой не от аккумуляторов, а от центрального генератора, движимого турбовальным двигателем?
Это первая замена аккумуляторам, которая приходит в голову любому инженеру ). Турбины крутятся на больших оборотах, что снижает вес генератора. Мощность равна оборотам, умноженным на момент. Создаваемый момент ограничен массой магнитов. Поэтому заставив электрогенератор крутиться на больших оборотах, можно увеличить его выходную мощность без увеличения массы самого генератора. А турбовальный двигатель идеально подходит, чтобы крутить такой генератор на больших оборотах.
В теории это хорошо. Были даже проекты по крохотным турбинкам на несколько сотен ватт для военных, как замена аккумуляторам. Но на практике и сами турбовальные двигатели технически сложные. И высокооборотистые электрогенераторы ограничены теплоотводом и возможностью железа сердечника по перемагничиванию. Сердечники бытовых трансформаторов на 50 Гц и сердечники авиационных электрогенераторов на 400 Гц это совсем разные классы (и стоимости) материалов. А для турбин нужны еще выше. Турбины крутятся на 2500 Гц (150 тыс. оборотов в минуту). Редукторы же съедают весь выигрыш в массе. Впрочем, электрогенераторы бывают безсердечниковые, которые по оборотам из-за этого не ограничены. Но там возникают уже проблемы с медными проводами катушек. На больших частотах (а они нужны для переключения катушек для высоких оборотов) токи начинают течь не внутри всего провода, а по тонкому поверхностному слою, что резко ухудшает параметры.
Со всем этим сталкиваются предельные экземпляры электромоторов и электрогенераторов даже для RC моделек. Что уж говорить про полноразмерные аппараты… В общем, причина кроется в нюансах технической реализации. Иначе все давно летали бы на таких. Но идея хорошая.
При векторном управлении возбуждением это не создает непреодолимых проблем.
ну, какие сердечники, вы о чём? И какие 150 тыс обминов? Выше 60 тыс (PW207K) в турбовальных не найдёте
Ну какие 572 л.с. для одноместного самолета, вы о чем? Или это просто пример для оборотов? Данные PW207K не нашел, взял мощность из ближайших 207 серии. И это на валу, а тепловая мощность, я так понимаю, там на уровне 4.5 МВт. Как ее отводить-то на режиме висения?
Для электрических самолетов нужны турбины максимум на два-три десятка кВт, не больше. У такого самолета, как в статье, потребляемая мощность в полете от силы 20 л.с… А вот турбины такой размерности вполне крутятся на 100-150 тыс. оборотов.
Для вертикального взлета и посадки логично использовать буферные аккумуляторы, а электродвигатели и так можно перегружать по току в несколько раз без всяких последствий. Пока там железо прогреется (небольшим падением кпд при перегрузке можно пренебречь), самолет уже улетит/приземлится. Чего ему висеть на месте, это же не вертолет.
Насчет сердечников — катушки намотаны на сердечники из электрохимической стали. Собранные из тонких пластин для борьбы с вихревыми токами. Но этого мало. Переменный ток, возникающих в этих катушках, перемагничивает эти пластины то в одну, то в другую сторону. Из-за этого они греются. Если собрать сердечник генератора или электромотора из тех пластин, что рассчитаны на переменный ток из розетки 50 Гц, а реальные электрические обороты (они в общем случае из-за магнитной редукции могут отличаться от механических) будут хотя бы 400 Гц, как было принято в советской военной авиации, то такой электромотор не выдаст расчетную мощность. Сердечники катушек будут сильно греться и как магнитопровод они толком работать не будут. Там есть сильная зависимость от температуры. Поэтому там нужна специальная электротехническая сталь. 400 Гц уже проблема, а требуемые 2500 Гц для 150 тыс. об/мин на валу турбины это я даже не знаю, существуют ли таки марки.
Про генераторы: Ф1 показывает, что генератор с отдачей 6квт на килограмм, работающий до 15000 оборотов в очень сложных температурных условиях, и притом весьма надежный, сделать можно. Да, очень дорого — но раз возможно, значит, будет возможно значительно дешевле.
Итого:
— гибридная схема, как писал уже дважды, имеет смысл для достаточно крупных аппаратов с общей мощностью привода от мегаватта и выше.
— ни о каких 150к обминов речь не идёт, достаточно будет на десятичный порядок меньше.
— почитайте больше о _современных_ электродвигателях.
electrek.co/2019/03/26/harbour-seaplanes-electric-airline
А как насчёт выработки электричества из водорода через топливные ячейки, думаете это имеет перспективы? У меня знакомые стартап такой пилят, вроде даже переделали пару небольших самолётов и летают.
Кроме того, топливные ячейки не форсируются, так что для взлёта всё равно нужен аккумулятор.
Осталось только выбросить дорогое, тяжелое и опасное оборудование — и взлететь на аккумуляторах.
Насколько я знаю, для первых полетов всю водородную начинку они взяли от Toyota Mirai, добавили небольшой аккумулятор и пару электродвигателей на винт.
Вот тут их сайт с подробностями и видео www.zeroavia.com
Да сейчас можно поднять в воздух что угодно, хоть лысого черта вместе с рогами.
Но в качестве регулярно летающего аппарата все это может вызывать только колики смеха. Повторюсь: громоздко, тяжело и опасно.
Даже в автомобильном варианте. В автомире есть две компании с хорошим потенциалом исчезнуть в результате электрореволюции: тойота и бмв. И ярким признаком этого являются как раз их занятия водородом.
Да что там — хотя бы метановые, да где уж…
Схема с промежуточным конвертированием — ужос, ужос. Мало того, что к остальной весьма громоздкой схеме нужно добавлять ещё громоздкости, так и КПД одного этого преобразования, 90% в пределе, вкупе с наличием выбросов абсолютно неприемлем, это лишает смысла всю затею.
Ещё одно, не-энергетическое, соображение: распространение электромобилей стало возможным не в последнюю очередь потому, что низко расположенные тяжелые батареи придают аппарату прекрасную устойчивость и управляемость с явным вау-эффектом. Никто из ездивших на электромобилях не упустил это отметить.
Теперь берём электромобиль со всеми его недостатками — и нагружаем чем- то дорогим и громоздким, причём разместить все на дне из-за громоздкости невозможно. Получаем ковыляку с опять поднявшимся центром тяжести и ценой. Оно надо?
Самое главное, наверно, соображение: все эти костыли нужны только для того, чтобы увеличить пробег и ускорить заправку. Но, глядя в перспективу, можно уверенно сказать, что это просто не требуется.
Будущее персональных электромобилей — нишевое. Будущее — за каршеринговыми электромобилями с автономным управлением. В этом варианте все параметры согласуются прекрасно — и нет особой нужды в особо больших пробегах или быстрых заправках.
Напоследок: уже в следующем или 21-м году Самсунг пообещал начать выпуск гаджетов на «графеновых» литиевых аккумах. Это даст +45% к ёмкости и одновременно ускорение зарядки в 8 раз.
Пусть это реклама, пусть будет половина от этого и только к 25му году — но это реальный прогресс, а не очередные десятилетние завтраки.
Очень показательно, что водородной транспортной энергетикой занимаются компании, сильно отставшие от общего процесса электрификации, то есть первые кандидаты на вылет.
Самсунг пообещал начать выпуск гаджетов на «графеновых» литиевых аккумах. Это даст +45% к ёмкости и одновременно ускорение зарядки в 8 раз.
Но, как там справедливо замечено, до теоретических пределов весьма далеко, так что причин особо не верить к небольшому приближению к нему нет.
Ну и я привел этот пример не к тому, что мир перевернётся, а для иллюстрации временного лага между сообщениями о лабораторных успехах и появлением на полках магазинах.
Хотя нет, слегка перевернётся. При возможности заряда в восемь (да хотя бы в пять) раз быстрее и ещё и ёмкости почти в полтора раза выше — кто останется со старым смартфоном?
Надеюсь, что идея во всех смыслах этого слова взлетит.
Вот этот получше смотрится
Разве там есть вертикальный взлет с маленькой площадки?
Поэтому как он там смотрится — неважно.
Восемь моторов в режиме вертикального взлета, где надо будет развить тягу большую чем вес летательного аппарата будут неплохо так высаживать аккумулятор, в то время обычный самолет используя подъемную силу набегающего потока будет более щадяще относиться к батареям
1) Это же только на взлете.
2) Вы притягивайте условия к решению задачки. А условия-то другие. Какой толк от обычного, если ему нужна взлетная-посадочная полоса которой там нет.
www.pipistrel-aircraft.com/aircraft/electric-flight/alpha-electro
Странно слышать про первенство.
Усовершенствование технологий в области электродвигателей (сами двигатели, аккумуляторы, электроника) дали возможность строить эти игрушки большему количеству «энтузиастов», но ничего принципиального тут не изменилось — не «взлетят» они…
Кому действительно нужно, тот и сейчас может воспользоваться вертолетом, а для повседневных перемещений нормальных людей ни проверенный вертолет, ни красивая игрушка с компьютерной картинки не подходят совершенно одинаково по целой куче давно известных причин.
P.S. Кстати, любой ЛА обязательно требует пред- и послеполетного обслуживания (если пассажиры не самоубийцы). Так и представляю, как перед каждым перемещением длительностью 15 минут (а для полетов такого плана эта штука и рекламируется) водитель/пилот сначала пол часа занимается осмотром/проверкой систем под начавшимся на улице ливнем. А потом ливень перешёл в мокрый снег, и лететь вообще нельзя, так как обеспечить возможность полетов в условиях обледенения при такой ограниченной энерговооруженности невозможно. Но это так — один из десятков примеров, так что даже обсуждения не стоит…
Хотя сама идея — классая. Я, как любитель авиации, двумя руками за подобные проекты.
Впрочем, еще виток развития технологий дронов и даже обычными рейсовыми самолетами будет опасно летать. Один маленький дрон — и гражданский аэропорт закрыт на неопределенное время. И это происходит уже сейчас (Англия, аэропорт Гатвик).
Продемонстрирован первый прототип частного электросамолета. В будущем он способен заменить автомобили