Zou een elektrische motor dezelfde prestaties kunnen leveren als straalmotoren op de huidige vliegtuigen?

Ik heb verschillende vragen over deze SE-site met betrekking tot dit onderwerp bekeken, maar ik heb niet echt een bevredigend antwoord gevonden. Sommige opmerkingen hier met betrekking tot koppel en vermogen in elektromotoren versus benzinemotoren waren nuttig. Aanvullende informatie ook gevonden hier .

Aan mijn vraag ten grondslag ligt de veronderstelling dat de batterijtechnologie aanzienlijk zal toenemen ten opzichte van wat nu commercieel beschikbaar is. Ga er gewoon van uit dat het leveren van de elektrische motor met voldoende vermogen geen probleem is en dat het gewicht van de batterij gelijk is aan brandstof.

Is het mogelijk om een ​​elektrische vliegtuigmotor te bouwen waarmee huidige commerciële vliegtuigen dezelfde mogelijkheden hebben als straalmotoren die tegenwoordig beschikbaar zijn?

30
Wordt het gewicht van je batterij in de vlieg verbrand? Zelfs als je elke eigenschap van het motor/brandstofsysteem koppelt, wordt mijn eigenlijke vliegtuig lichter, een paar ton per uur
toegevoegd de auteur Luiz Fernando Penkal, de bron
Ervan uitgaande dat de vraag alleen over de motoren gaat (en we zijn begaafde oneindige prestaties van de batterij) - het enige dat ik kan bedenken is dat elektrische motoren niet kunnen nabrander/opwarmen. Ik geloof echter dat maar weinig commerciële vliegtuigen dit ooit hebben aangeboden.
toegevoegd de auteur Sergey Kudryavtsev, de bron
Een probleem is in de naam: turbofans/turboprops vertrouwen op de turbo -monteur, dwz brandstof wordt verbrand, uitlaat wordt gebruikt om een ​​as te drijven, die op zijn beurt meer lucht in de verbrandingskamer ramt, waardoor hogere drukken om te bouwen, waardoor het beschikbare vermogen toeneemt. Het hele concept zal niet werken voor elektrische motoren, omdat er geen uitlaat is om mee te werken en druk niet (dat) relevant is voor de efficiëntie van de motor. Waarschijnlijk kijk je voorlopig naar "normale" propellers en beperkte snelheid, tenzij ik een manier over het hoofd heb gezien om een ​​niet-turbo boven de gebruikelijke schroefsnelheden te rijden.
toegevoegd de auteur DevSolar, de bron
Je bedoelt zoiets als dit? scientificamerican.com/article/…
toegevoegd de auteur Dhayalan Pro, de bron
Het fundamentele probleem hier is de wetten van de thermodynamica. Ervan uitgaande dat u een batterij had die het equivalent van een straal zou kunnen aandrijven, zou het meer brandstof kosten om de batterij op te laden en dan direct brandstof te gebruiken. Dit is het probleem met elektrische auto's vandaag.
toegevoegd de auteur jasonh, de bron
Je moet nog steeds de elektriciteit opwekken en de elektriciteit naar de auto overbrengen. Vergelijk de kosten van het verwarmen van een huis met gas versus elektriciteit.
toegevoegd de auteur jasonh, de bron
Nee, @ user3344003, dat is niet het probleem met elektrische auto's. Je vergeet dat een elektrische auto ongeveer vijf keer zo efficiënt is om opgeslagen watturen in beweging te brengen als een ICE-auto. Dus zelfs als uw retour/retour-efficiëntie slechts 50% is (en het is eigenlijk veel beter, ongeveer 80% of meer), zal de elektrische auto nog steeds minder watturen gebruiken. Maar in een vliegtuig is de batterijmassa een veel slechter probleem, omdat je constant energie hebt uitgegeven om het in de lucht te houden. De elektrische auto (en zijn batterij) op de grond laten rollen is lang niet zo zwaar.
toegevoegd de auteur Michael Bishop, de bron
Ik stel voor dat je niet met de hand kunt weggooien van batterijtechnologie. Li-ionbatterijen leveren ongeveer 250 Wh/l en 350 Wh/Kg. De meeste petroleumdestillaten (van benzine tot vliegtuigbrandstof) zijn ongeveer 9000 Wh/l en 13.500 Wh/Kg. En er zijn goede redenen (zoals het atomaire gewicht en het hoge halfreactiepotentieel), waarom het onwaarschijnlijk is dat het beter zal doen dan lithium.
toegevoegd de auteur Michael Bishop, de bron
Bedankt voor je reactie. Ja, ik vraag alleen naar de mogelijkheden van de motor (en het vliegtuig). Ik vroeg me af of er inherente kenmerken zijn die elektrische motoren ongeschikt maken voor gebruik als vliegtuigmotoren?
toegevoegd de auteur Ashley Davies, de bron
Als je een elektromotor gebruikt, zou het geen turbofan zijn, maar een getunnelde ventilator. Moderne jets hebben een turbinemotor kern met grote bypass-ventilatoren rondom. De elektromotor zou de hele kern van de turbine vervangen, zodat je een getunnelde ventilator overhoudt.
toegevoegd de auteur Fabio Silva, de bron
@DevSolar Ik veronderstel dat een getunnelde ventilator niet dezelfde snelheidsbeperking heeft als die van turboprops. Ik denk aan iets dat lijkt op high-bypass turbofans maar met een elektrische kern. Ik ben geen expert, maar het lijkt op mij.
toegevoegd de auteur Fabio Silva, de bron

10 antwoord

Nog niet.

Laten we, om naar een vliegtuig met middellange afstand te kijken, de motor baseren op de CFM56 of de IAE V2500 . Die motoren produceren tussen 100 en 150 kN statische stuwkracht. Tijdens hun cruise is hun stoot aanzienlijk lager vanwege het lage dichtheid op kruishoogte en als gevolg van deze bewegingen bij Mach 0.8. Laten we een waarde van 25 kN gebruiken - dit is genoeg, zodat twee van hen comfortabel een A320 kunnen pushen klasse casco door de dunne lucht op hoogte.

Het vermogen om een ​​dergelijke hoeveelheid stuwkracht te produceren is kracht maal snelheid. De snelheid tijdens het vliegen met Mach 0.8 in 35.000 ft is 240 m/s, dus het vermogen van één motor is 6,0 MW. Nu laten we opzoeken hoe groot en zwaar een elektromotor moet hebben moet 6 MW continu produceren. Zoals je op de gelinkte Wikipedia-pagina kunt zien, zijn de resultaten overal. Grote, industriële motoren komen binnen bij minder dan 1 kW/kg, dus onze motor weegt meer dan 6 ton. De kleinere motoren voor elektrische vliegtuigen duwen 10 kW/kg, de verhouding vermogen/gewicht van de GE90 turbofan , maar zal daar iets van verliezen wanneer het op maat is gemaakt. Onthoud dat zelfs bij een efficiëntie van 98% de motor 120 kW warmte zal genereren - dit moet worden verwijderd en het werken in de lucht maakt dit niet gemakkelijk.

Met de huidige technologie zou de motor misschien 2 tot 3 kW/kg kunnen bereiken - dit betekent dat de motor die onze hypothetische motor aandrijft, op 2 tot 3 ton komt. Voeg daarbij de ventilator en de stroomlijnkap van de straalmotor (we hebben het hogedrukdeel en alle turbines niet nodig), maar verdubbel het ventilatorgewicht omdat we de ontbrekende hoog-energetische kernstroom moeten compenseren. Dit weegt misschien 50% van de CFM56/V2500, dus we moeten nog eens 1,2 ton toevoegen.

De elektromotor zal twee keer zo zwaar zijn als de onderdelen die hij vervangt. Er is nog wat werk aan de winkel voordat het een voordeel kan behalen ten opzichte van de huidige straalmotoren, maar het heeft potentieel omdat het de helft van de aan hem geleverde energie niet overboord stort in een hete, snel bewegende, lawaaierige gasstroom.


BEWERK:

Omdat zoveel mensen enthousiast worden over mij dat het energiedichtheidsaspect van elektrische aandrijving wordt weggelaten, hoewel de vraag er uitdrukkelijk op gericht was dit te laten staan, zijn hier twee zaken om over na te denken. Energiedichtheid is slechts de helft van het probleem van elektrische opslag.

  1. De energiedichtheid van vliegtuigbrandstof is ongeveer 43 MJ/kg, terwijl Lithium-polymeer batterijen bereiken zelfs geen MJ/kg. Maar deze vergelijking is lineair denken - realistisch gezien zal de stroom worden geproduceerd door een combinatie van een hoogrenderende turbinegenerator of door brandstofcellen, waarbij waterstof wordt verbrand met een snelheid die tweemaal zo groot is als die van een conventionele straalmotor. Aangezien waterstof 142 MJ per kilogram bevat, zou het elektrische passagiersvliegtuig met tweemaal de efficiëntie slechts 162 kg waterstof nodig hebben voor elke ton kerosine in een conventionele straal. Ja, ik weet het, zelfs dan is het volume ervan nog steeds een probleem.
  2. Als een of andere vorm van batterijen wordt gebruikt, is het feit dat lege batterijen evenveel wegen als volle batterijen de laatste spijker in de kist van een batterijgevoede vlucht. Terwijl uw gemiddelde langeafstandstraal landt met 60% van zijn startgewicht , de batterij- aangedreven jet zou die zware batterijen helemaal naar de eindbestemming moeten schuiten. Om competitief te zijn, moeten die hypothetische batterijen twee keer de energiedichtheid van kerosine hebben.
33
toegevoegd
@sanchises Probeer een vierkante meter te bedekken in high-end CPU's die op vol vermogen werken en zie hoe goed de luchtkoeling werkt. :)
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
@sanchises Ah, ik heb het gemiddelde deel gemist. Toch zou ik willen wedden dat je zelfs met dat soort luchtstroom problemen zult hebben, vooral bij de atmosferische druk waar vliegtuigen vliegen (1/3 tot 1/4 van de waarden op zeeniveau.)
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
@FreeMan Eigenlijk is het gewicht nog steeds een probleem, zelfs als je aanneemt dat het gelijk is. Zie mijn antwoord. Hoewel je natuurlijk gelijk hebt, is die analyse van wat die gewichten zouden zijn niet nodig, omdat aangenomen wordt.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
Wist tot vandaag niet dat "schlepp" ook in het Engels bestaat: *)
toegevoegd de auteur Nathan Fellman, de bron
Goede reacties op dit onderwerp, Peter. Ja, het hoofdprobleem ligt in het gewicht van de motoren en de energiedichtheid van de huidige batterijtechnologie. Een idee zou kunnen zijn het gebruik van chemische brandstoffen die brandstofcellen aandrijven en het overtollige warmte van de cellen en de motor gebruiken om de enthalpie van lucht uit de getunnelde ventilator in het mondstuk te vergroten, waardoor extra reactieve stuwkracht wordt gecreëerd. Dit is slechts een concept en ik heb de envelopberekening niet uitgevoerd om te zien of het gecombineerde gewicht van de motor, brandstofcel, warmtewisselaar, enz. Lichter zou zijn dan bestaande straalmotoren.
toegevoegd de auteur Tsahi Levent-Levi, de bron
Deze analyse houdt geen rekening met het gewicht van de voeding voor het elektrische vlak versus het gewicht van de brandstof voor de jet.
toegevoegd de auteur Richard Morgan, de bron
"een elektromotor moet 6 MW continu produceren." Suggereert u dat straalmotoren tijdens de gehele vlucht 100% gas geven? Elektromotoren kunnen met tussenpozen (dwz tijdens het opstijgen) een hoger vermogen verwerken dan hun nominale vermogen als ze daarvoor zijn ontworpen. Er zijn misschien geen leuke voorbeelden beschikbaar in de handel, maar net als bij straalmotoren, zou een elektrische motor voor een vliegtuig noodzakelijkerwijs moeten worden aangepast aan de toepassing, en je zou waarschijnlijk een motor moeten zoeken ergens dichter bij het cruisevermogen dan het maximale vermogen.
toegevoegd de auteur Craig, de bron
Elke op brandstof gebaseerde elektrische generatie zou het punt van een elektromotor verslaan. Je kunt net zo gemakkelijk waterstof in een ICE- of straalmotor (of de hemel verhoede, raketmotor) pompen.
toegevoegd de auteur ruds, de bron
"Vergeet niet dat zelfs bij een efficiëntie van 98%, de motor 120 kW warmte zal produceren - dit moet worden verwijderd en in de lucht werken maakt dit niet gemakkelijk." Toch kan een straalmotor veel meer warmte in dezelfde atmosfeer verwijderen. Misschien kunt u een soort elektrische ventilator op de elektrische ventilator bevestigen voor koeling .... grappig genoeg ligt 98% binnen het bereik van de limiet van de Carnot-efficiëntie (ervan uitgaande dat de lucht geen vloeibare stikstof is en de motor onder de smelttemperatuur van wolfraam).
toegevoegd de auteur ruds, de bron
@kert: Omdat je niet echt hebt gelezen waaraan je hebt gelinkt: dit is een projectie met behulp van enkele heroïsche aannames. Houd er rekening mee dat ik sprak over de stand van de techniek. De fijne gedraaide MgB $ _2 $ is gewoon nog niet hier, desondanks wensend aan NASA. De vraag gaat over de huidige vliegtuigen, niet over NASA-propaganda die is bedacht om de financiering te vergroten.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@kert: Bedankt voor de informatie! Ik heb de vraag een jaar geleden met huidige kennis beantwoord en gezien het feit dat het motorvermogen "vijf keer meer is dan vergelijkbare aandrijfsystemen" ( source ) het antwoord is bijna vooruitziend. De meer spectaculaire vermogens/gewichtsverhoudingen zijn alleen mogelijk met kleinere motoren; als je eenmaal opschaalt naar lijnvliegtuigschalen, zijn 8 of 10 nog steeds onmogelijk.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@GabrielVince: de Prius-motor is 1,37 kW/kg. Het is gebouwd voor een laag gewicht - het is een automotor, geen stationaire industriële motor. Ik ging uit van 2 - 3 kW/kg, wetende dat gewicht een premium is in vliegtuigen, maar met de huidige technologie zul je niet veel beter worden. Deze motor moet immers net als elk ander onderdeel van het vliegtuig worden gecertificeerd. Het zou anders zijn voor de Formule 1, maar we kijken hier nog steeds naar de burgerluchtvaart.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@RussellBorogove: lees de vraag. En begrijp het.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@Aron: Niet noodzakelijk. Als u de efficiëntie van brandstofcellen plus elektromotoren vergelijkt met die van een gasturbine, wint de brandstofcel zonder meer.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@CarloFelicione: Ik ben het ermee eens, brandstofcellen kunnen een optie zijn. Hun gewicht is de laatste 20 jaar behoorlijk gedaald, maar ze moeten met een andere orde van grootte krimpen om alle andere opties voor te zijn.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@AdamDavis Merk op dat mijn 6 MW-nummer al voor cruise is. Bij het opstijgen zijn de brandstofstroom en stuwkracht veel hoger. Ja, en ik stel voor dat straalmotoren 100% gas geven, of er dichtbij staan. Ze doen dit om zo hoog mogelijk te kunnen vliegen om de efficiëntie te verhogen.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@BrockAdams Voor zover ik weet, had waterstof in Zeppelins niet veel meer nodig dan een lichtgewicht tas van de huid van goldbeater . En het bevat nog steeds tussen 120 en 142 MJ per kg potentiële energie. Leg alsjeblieft uit wat zo magisch is aan Zeppelins. Ze bestonden!
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@BrockAdams: this zou je kunnen verrassen. Gelieve de paragraaf over Blaugas niet over het hoofd te zien. Dit type brandstof bevatte waterstof en was drijfvermogen-neutraal.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@lexeter Ik denk niet dat dit zo'n groot probleem zal zijn. Ik controleerde de aantallen en de warmtedissipatie (gemeten in W/m²) zou al minder zijn dan de gemiddelde CPU-warmteafvoer als je motor slechts 1m² extern oppervlak beschikbaar had. Hoewel het een probleem is voor toepassingen in de automobielsector, waar een grote toevoer van koude lucht grote, lelijke scheppen noodzakelijk maakt, is dit aantoonbaar minder een probleem voor iets dat in feite een gigantische desktopventilator zal zijn.
toegevoegd de auteur Guido Kanschat, de bron
@lexeter Voel je vrij om aan mijn rekenkracht te twijfelen ;-) En ik heb niet de werkelijke motortemperatuur berekend, alleen een orde van grootte. Als je echt geïnteresseerd bent, is het boek van meer dan 950 pagina's dat ik erop heb (Foundations of Heat Transfer, F.Incropera et al) een goed begin.
toegevoegd de auteur Guido Kanschat, de bron
@reirab Ik zei specifiek 'gemiddelde' CPU's (45W/269mm²). Ten tweede, probeer die vierkante meter te koelen met een luchtstroom van 900km/h -50 ° C - nogal een verschil met een CPU-koeler (zelfs een high-end).
toegevoegd de auteur Guido Kanschat, de bron
@RussellBoorgaan van de vraag Stel eenvoudig dat het leveren van de elektromotor met voldoende vermogen geen probleem is en dat het gewicht van de batterij gelijk is aan brandstof. Er is geen analyse van het gewicht van de voeding nodig voor deze specifieke vraag.
toegevoegd de auteur FreeMan, de bron
Waterstof verpakt niet 142 MJ per kilogram. Dat vereist een magische container die nooit zal bestaan. Waterstof vereist extreem zware druktanks en/of extreem zware cryo-systemen met omvangrijke/zware isolatie en/of lagedrukcomposietanks die het volume van vliegtuigen monopoliseren en retentie- en ijsafzettingproblemen hebben. ... Er is een reden dat, ondanks vele pogingen, waterstofvliegtuigen overblijven: zeldzaam, te duur en te slecht presteren.
toegevoegd de auteur Daan, de bron
@ PeterKämpf, die zeppelin had ontzettend veel benzinetanks voor een 'waterstof aangedreven' vaartuig. Toch zegt Wikipedia dat het 100 uur alleen op waterstof zou kunnen gaan (maar het citeert een bron die niet zoiets zegt). ... Zelfs als dit waar was, zult u merken dat de systeemprestaties slechts een skosh lager zijn dan die van vliegtuigen met straalmotor per vraag.
toegevoegd de auteur Daan, de bron
@ PeterKämpf, zepplins werden niet aangedreven door waterstof (ze gebruikten benzine of diesel). Als ze dat wel waren, zou hun bereik maar een paar kilometer zijn geweest. (Eigenlijk veel minder omdat ze vrijwel onmiddellijk het drijfvermogen en de crash zouden verliezen.) Op aarde kun je geen waterstof gebruiken voor voortstuwing ergens in de buurt van 120 MJ/kg vanwege de apparatuur die nodig is om het op te slaan.
toegevoegd de auteur Daan, de bron
Turbofan-motoren weten heel wat warmte van de kern te verdrijven. Niet alles gaat uit de uitlaat. Ik weet niet of het hetzelfde is
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron
De energiedichtheid van de waterstofbrandstofcellen is nietig. Honderd keer is dat beschikbaar, maar om andere redenen niet gebruikt.
toegevoegd de auteur mkennedy, de bron
@sanchises Bedankt voor het uitvoeren van de cijfers! Ik twijfel niet aan je berekening superkrachten, maar heb je de verminderde luchtdichtheid op hoogte bekeken? Hoewel ik aanneem dat, hoewel de dunne lucht het moeilijk maakt om warmte af te voeren, het ook erg koud is, wat op zijn beurt zou moeten helpen. Geen idee echter welke van de twee een grotere impact heeft. Waarschijnlijk niet gemakkelijk te beantwoorden, omdat het van veel factoren afhangt.
toegevoegd de auteur Ashley Davies, de bron
Bedankt voor je antwoord - precies wat ik zocht. Eén aspect dat ik niet had verwacht, was het probleem van het afvoeren van de warmte die door de elektromotor wordt geproduceerd, erg interessant.
toegevoegd de auteur Ashley Davies, de bron
@ PeterKämpf Momenteel is de elektrolyse ongeveer ~ 60% efficiënt. Dus je zult ongeveer dezelfde energie nodig hebben die in ieder geval op de batterijen in het vliegtuig zou worden gezet. Het verschil in kosten per rit is bijna nul. En dat is niet het overwegen om te hebben te maken met het extreem schadelijke waterstofmolecuul, dat je ofwel gaat gebruiken als een cryogene en kostbare vloeistof of een gas met een groter volume dan dat van de batterijen. Omdat de toename van de energiedichtheid van batterijen onvermijdelijk lijkt, heeft dit vooral te maken met de kostenbesparing aan de batterijzijde.
toegevoegd de auteur Jason Mercurio, de bron
@ PeterKämpf Laten we aannemen dat batterijen 75% van het gewicht van een vliegtuig uitmaken @ een toekomstige waarde van 500 Wh/kg = 1,8 MJ/kg. Dan bereken ik voor dezelfde energieopslag, waterstof + opslag + brandstofcellen voor hetzelfde casco, enz. Zou ~ 10% van het gewicht van het vliegtuig in beslag nemen als ze 80% efficiënt zijn. Als de ingedrukte weerstand ongeveer de helft is van de luchtweerstand in het vliegtuig in de batterijbehuizing, wordt de veroorzaakte weerstand teruggebracht tot ~ 10% van de batterijkast, maar laten we hem nul noemen. Dus voor brandstofcellen heb je de helft van de batterijkast en de helft van de benodigde stroom nodig.
toegevoegd de auteur Jason Mercurio, de bron
De motoren die je hebt genoemd, zijn gebouwd voor duurzaamheid en zijn bestand tegen een nogal heftige verkeerde behandeling. Niemand vroeg hen om licht te zijn :) Dus inderdaad is er nog een weg vooruit om het weght/power rantsoen te verbeteren :)
toegevoegd de auteur Matthew Whited, de bron
Nee, ik heb dit ook gelezen, en ook andere materialen. Hetzelfde onderzoeksteam heeft, in samenwerking met AFRL, werkende motoren met HTS geproduceerd met een snelheid van 8kW/Kg, waarnaar in veel ander onderzoek wordt verwezen. Verdubbeling van die prestatie ligt op korte termijn horizon, en> 40kW/Kg is gemodelleerd, zonder fundamentele beperkingen.
toegevoegd de auteur user21948, de bron
Met de huidige technologie zou de motor misschien 2 tot 3 kW/kg bereiken Bestaande motoren op propellervliegtuigen behalen 5kW/Kg, op Siemens Extra 330LE. Hoge-temperatuur supergeleidende motoren worden gedemonstreerd bij ~ 8kW/kg, met goede vooruitzichten om zeer snel ongeveer twee keer zo hoog te worden.
toegevoegd de auteur user21948, de bron
NASA heeft feitelijk een ontwerp voor 41kW/Kg op een schaal van 12 megawatt. Hoge temperatuur supergeleiders. Zie ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi .ntrs.nasa.gov/20150023038.pd & zwnj f
toegevoegd de auteur user21948, de bron

Motoren zijn geweldig zoals ze zijn. Elektrische motoren kunnen snel, krachtig en effectief zijn. Ik zie twee problemen:

Ten eerste - de enorme hoeveelheid energie die het commerciële vliegtuig verbruikt. Met een enkele motor van 200 kN heeft u een kleine elektriciteitscentrale nodig die aan het vliegtuig is bevestigd. Zelfs batterijen zouden 100% effectief zijn en genoeg energie opslaan, je moet een hogere hoeveelheid brandstof verbranden om ze op te laden (je zou heel veel alternatieve energiebronnen nodig hebben om de energie die wordt uitgezonden te combineren).

Ten tweede - het gaat allemaal om de energiedichtheid. Straalbrandstof met 34 MJ/l, batterijen met maximaal 120 Wh/kg = 0,36 MJ/kg (volgens deze site ). U hebt dus meer dan 100x meer ruimte nodig om dezelfde hoeveelheid energie op te slaan.

Zoek gewoon naar het 'elektrische vliegtuig' en je krijgt een lijst met voornamelijk kleine, ultralichte of zelfrijdende zweefvliegtuigen waar ze geen VEEL energie mee hoeven te vervoeren.

13
toegevoegd
@abligh Huidige nucleair aangedreven schepen zijn eigendom van en worden geëxploiteerd door militairen. Ze hebben de kennis om splijtbaar materiaal op de juiste manier te behandelen en, misschien nog belangrijker, de wapens om het te verdedigen. Wat fusie betreft, zijn er geen huidige fusiereactoren die netto-energieproductie produceren, op kleine schaal of anderszins. Fusion power is "een decennium of twee weg" sinds ten minste de jaren 1940.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
@abligh Zegt u dat uw techniekkoteletten beter zijn dan die van de twee meest geavanceerde militairen ter wereld? Omdat geen van beiden erin slaagde om het te laten werken.
toegevoegd de auteur ruds, de bron
@abligh Nee. Dat is het echt niet. De probleemruimte is eenvoudig. Kernreactoren zijn radioactief. Mensen en radioactiviteit vermengen zich niet. Afscherming is zwaar (wetenschappelijk feit, ze moeten een grote doorsnede hebben). Zware vliegtuigen vliegen niet [nodig citaat]. Begrijp me niet op gang met neutronenstraling en fusie.
toegevoegd de auteur ruds, de bron
@abligh ook mensen worden vaak nerveus als je kernreactoren bouwt waar een enorme vuurbal kan verschijnen (zie Chernobyl, Fukushima en Windscale).
toegevoegd de auteur ruds, de bron
Je hebt de spijker op de kop geslagen @GabrielVince, het draait allemaal om energiedichtheid. de beste batterijtechnologie in de huidige ontwikkeling heeft ongeveer 5-7 keer een lithium-ionbatterij, maar dat is nog steeds nietig in vergelijking met koolwaterstofbrandstoffen. Zelfs explosieven komen niet overeen voor dichtheid - C4 heeft slechts 6,3 MJ/kg!
toegevoegd de auteur GdD, de bron
"Je zou een kleine kerncentrale aan boord kunnen hebben" - als je een kerncentrale hebt, kun je direct de warmte gebruiken: en.wikipedia.org/wiki/Nuclear-powered_aircraft
toegevoegd de auteur Adrian Godong, de bron
Elektromotoren hoeven niet al hun energie te halen uit batterijen. Je zou een kleine kerncentrale aan boord kunnen hebben (misschien geen goed idee als het kernsplijting is, maar als je op een gegeven moment aanneemt dat kleinschalige fusie-installaties mogelijk zijn ...). Voordat je dit te veel bespot, onthoud dat mensen hetzelfde zeiden over schepen/onderzeeërs met nucleaire kracht.
toegevoegd de auteur Bigood, de bron
@reirab Ik ben het ermee eens. Maar OP beperkt zijn vraag niet tot civiele straaljagers. Ook gaat OP ervan uit dat de batterijtechnologie enorm vooruitgaat, dus het is niet onredelijk om te veronderstellen dat de fusietechnologie enorm vooruitgaat in dezelfde tijd. Ik denk dat de argumenten over het motorgewicht relevanter zijn dan die over krachtbronnen. Misschien is een vliegtuig met nucleaire energie efficiënter met een op turbines gebaseerd systeem dan naar elektriciteit en terug gaan.
toegevoegd de auteur Bigood, de bron
@Aron nee, ik zei niet ik kon het aan de praat krijgen. Maar de suggestie van wetenschappers om iets te doen in de komende 20 jaar dat ze 60 jaar geleden niet hebben gedaan, lijkt redelijk.
toegevoegd de auteur Bigood, de bron
@GDD eigenlijk zijn explosieven in het algemeen geen erg goede voorraad energie. Ze maken hun naam niet door veel energie op te slaan, maar door hun vermogen om al die energie te laten verliezen in een opmerkelijk korte tijd.
toegevoegd de auteur Cort Ammon, de bron
Bedankt voor je antwoord. Zoals vermeld in mijn vraag ben ik me bewust van de problemen met accutechnologie. Ik vroeg me af of er inherente kenmerken zijn die elektrische motoren ongeschikt maken voor gebruik als vliegtuigmotoren. De eerste alinea van uw antwoord geeft aan dat dit niet het geval is en we zouden elektrische motoren kunnen bouwen met dezelfde capaciteiten als turbofans - het enige (weliswaar enorme) probleem is om die elektrische motoren van voldoende energie te voorzien.
toegevoegd de auteur Ashley Davies, de bron
En - vergeet niet dat de vliegtuigen crashen - een paar per jaar :) Je wilt geen gecrashte en slecht werkende kerncentrale in je tuin hebben
toegevoegd de auteur Matthew Whited, de bron

Er is één belangrijk nadeel dat batterijen altijd zullen hebben in vergelijking met brandstofverbranding voor luchtvaartaandrijving: het gewicht blijft constant. Airliners (vooral die gebruikt voor langeafstandsvluchten) verbranden een groot percentage van hun startmassa tijdens de vlucht. Batterijen behouden echter hun beginmassa constant. Dit is een probleem om een ​​aantal redenen:

  1. De meest voor de hand liggende reden dat dit een probleem is, is dat er meer energie nodig is voor de vlucht. Zelfs als je een batterij krijgt met dezelfde energiedichtheid als vliegtuigbrandstof en ook stabiel is (wat we op dit moment vrij ver weg zijn), zal het vliegtuig de hele batterij moeten dragen voor de volledige duur van de vlucht. Dus naarmate de vlucht vordert, wordt er veel meer energie verbruikt per mijl op een batterijvlucht dan op een door brandstof gevoede vlucht, zelfs als de batterijen dezelfde energiedichtheid hebben als de brandstof. Dit betekent ook dat er nog meer batterijmassa nodig is voor hetzelfde bereik, omdat die extra energiebehoefte van de batterijen moet komen.

  2. Het andere grote probleem is het maximale landingsgewicht. Veel vliegtuigen zijn niet ontworpen om met hun maximale startgewicht te landen, simpelweg omdat het niet nodig is. Dit is een van de redenen waarom brandstof soms moet worden gestort of afgebrand voordat een vliegtuig dat een probleem tegenkomt na het opstijgen weer kan landen. Maar met batterijen heb je nog steeds het startgewicht bij het landen, wat betekent dat je sterkere landingsgestellen en banden nodig hebt, wat nog meer gewicht en ontwerp-/productiekosten betekent. Het betekent ook dat je sneller landt (vanwege het extra gewicht), dus je hebt meer baanlengte nodig om te landen en je hebt ook remmen nodig die meer energie kunnen absorberen. De kinetische energie van het vliegtuig is gelijk aan de helft van zijn massa maal de snelheid in het kwadraat, dus de energie die moet worden opgenomen door de remmen tijdens de landing neemt dramatisch toe naarmate het landingsgewicht en de snelheid toenemen.

  3. Een wat minder belangrijk, maar nog steeds significant probleem is meer straf voor de landingsbaanoppervlakken. Nu vliegtuigen landen in de buurt van hun MTOW, zullen landingsbanen sneller worden beschadigd en moeten ze vaker worden opgedoken en/of ontworpen voor grotere ladingen dan ze nu zijn. Dit zou waarschijnlijk ook betekenen dat het vliegtuig niet zoveel banen zou kunnen bereiken als een anderszins gelijkwaardig brandstofaangedreven vliegtuig zou kunnen gebruiken totdat die banen werden versterkt.

Natuurlijk kun je beginnen met het overboord gooien van batterijcellen als ze leeg zijn, maar dit heeft (uiteraard) ook veel problemen:

  1. Om sommige beslagcellen sneller uit te putten dan andere cellen, kunt u niet op alle cellen tegelijk tekenen, wat betekent dat er meer kracht wordt getrokken per cel (en dus meer warmte per eenheid wordt geproduceerd) tijd per actieve cel, enz.)

  2. Je moet het vliegtuig ontwerpen om de cellen veilig te kunnen overboord gooien. Dit is goed te doen, maar vereist veel extra kosten qua ontwerpinspanning en extra gewicht.

  3. Milieuactivisten zullen niet al te blij zijn als je overal enorme batterijen laat vallen. Evenmin zullen eigenaren van onroerend goed. Bestaande batterijchemie is al behoorlijk corrosief en een batterijchemie met de energiedichtheid van Jet-A zal waarschijnlijk nog corrosiever, onstabieler en anderszins slecht zijn voor alles waarop het is gevallen.

11
toegevoegd
@lexeter We kunnen nu sterkere banen bouwen, het is gewoon duurder en gebeurt niet van de ene dag op de andere. Luchthavens zouden er veel vraag naar moeten hebben voordat ze de investering zouden doen, vooral in het geval van luchthavens waar het afsluiten van een startbaan om weer uit de lucht te komen grote verkeersproblemen veroorzaakt tijdens de bouw.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
@Mark Hmm ... Terwijl Wiki altijd met een korrel zout moet worden genomen, beweert het 40-60 % is typisch voordat de verliezen worden overwogen bij het omzetten van de elektriciteit in aandrijving. Ook, zoals ik eerder al zei, is dit niet echt relevant, omdat de vraag gaat over batterijen, niet over brandstofcellen.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
@sanchises De vraag was specifiek over batterijen vragen. En waarom zou je een elektrische ventilator met brandstofcellen gebruiken in plaats van alleen maar de brandstof direct in de motor te verbranden? Dit laatste is vrijwel zeker efficiënter, om nog maar niet te zeggen minder complex om te ontwerpen en te onderhouden.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
@reirab, een brandstofcel benadert 100% efficiëntie bij het omzetten van chemische energie in elektriciteit. Verbranding is op zijn best ongeveer 40% efficiënt.
toegevoegd de auteur Peter Shor, de bron
Hoe zit het met brandstofcellen? :)
toegevoegd de auteur Guido Kanschat, de bron
Dank je. Ik was op de hoogte van 1 en 2, maar niet van 3. Voegt een interessant perspectief toe; Ik heb geen idee wat de kosten voor een vernieuwd ontwerp van een baanbaan kunnen zijn. Ik denk echter dat als onze beschaving elektrische straaljagers zou gaan gebruiken, de stimulans om sterkere banen te ontwikkelen groot genoeg zou zijn, zodat iemand een oplossing zou bedenken voor dat specifieke probleem (bijv. Goedkope nieuwe supersterke asfaltformule).
toegevoegd de auteur Ashley Davies, de bron

Alle opmerkingen zijn zeer waar en geldig. Ik zou alleen willen toevoegen dat Siemens een 260kW vliegtuigmotor met een 5kW/kg vermogen/gewichtsverhouding speciaal voor het ICE-vliegtuig met één motor heeft getest en getest en meent dat het ontwerp schaalbaar is, zodat er 100 seater regionale seriehybriden kunnen zijn een realiteit snel. Belangrijk om op te merken is dat hybriden problemen met de energiedichtheid van accu's aanpakken, evenals opstijgen versus landingsgewicht en de elektrische motoren de veiligheid ten opzichte van conventionele ICE's (interne verbrandingsmotoren) dramatisch verbeteren

3
toegevoegd
Hallo, en welkom bij Aviation.SE. Bedankt voor een goed eerste antwoord. Het toevoegen van verwijzingen naar dit antwoord zou het nog beter maken.
toegevoegd de auteur Simon, de bron
Hier is de link naar de website van Siemens met betrekking tot de genoemde vliegtuigmotor en het gebruik ervan in een Extra 330LE-aerobatic-vliegtuig. siemens.com/ druk op/nl/feature/2015/Corporate/& hellip;
toegevoegd de auteur Ashley Davies, de bron

Ja. Waar je vraag op neer komt, is in wezen:

Als u de stroominvoer negeert, kan een elektrische motor dan een gelijkwaardig vermogen produceren als een straalmotor binnen het formaat en het gewicht van die straalmotor?

Zo:

Is de verhouding tussen vermogen en gewicht van een straalmotor groter dan bij elektrische motoren?

en

Is de vermogens/volumeverhouding van een straalmotor groter dan bij elektrische motoren?

https://en.wikipedia.org/wiki/Power-to-weight_ratio # Electric_motors.2FElectromotive_generators

De GE90-115B Brayton turbofan-straalmotor gebruikt op de Boeing 777 heeft een vermogen/gewichtsverhouding van 10,0 kW/kg.

Een elektromotor gemaakt voor de luchtvaart, de EMRAX268, heeft een aanzienlijk lager vermogen, maar bereikt 10.0 5 kW/kg.

Some will be concerned about whether the motors can scale up but as can be seen in the electric vehicle industry fast electric cars are readily available, enthe size envolume of of just the motor enits required components (cooling, control) is smaller enlighter than the gas engines for those vehicles that can compete in terms of acceleration entop speed.

Even more telling is that the electric motor enits components are not only lighter ensmaller, but they are cheaper as well.

The only limiting factor to electric aviation is the power source, enas a step forward every major manufacturer is already designing hybrid electric planes. As powerful as jet engines are, they are still not as fuel efficient (enthus emissions efficient) as they could be. A jet fuel powered generators powering electric engines may be available in the market within a decade.

These hybrid planes wouldn't be possible if the electric engines couldn't hold their own in size, weight, enpower relative to a jet engine.

1
toegevoegd

Het grootste voordeel van elektrisch rijden is dat elektrische ventilatoren veel efficiënter zijn dan een straalturbbofan. Een straalturbofan creëert 75-85% van zijn stuwkracht van de ventilator en 25-15% van de 'kern' uitlaatstroom. Het principe is dat hoe langzamer de versnelde lucht is, hoe efficiënter u stuwkracht genereert, omdat het zeer snel verplaatsen van een klein volume lucht betekent dat u energie verliest in de kinetische energie van de versnelde luchtmassa. Dus, grotere (of meer) fans, het versnellen van een groter volume lucht met een lagere snelheid is veel efficiënter. Straalmotoren doen dit al door een grote ventilator aan de voorzijde aan te sluiten op de compressoras erachter, en dit is een hoge bypass-straalmotor.

Desondanks bereiken moderne turbofans minder dan 2 Newton stuwkracht per kW energie. Dit komt omdat de motor zelf een lage thermodynamische efficiëntie heeft, in combinatie met een ventilator die sub-geoptimaliseerd is door verschillende beperkingen die niet van toepassing zijn op het ontwerp van een elektrische ventilator. De diameter van de ventilatoren wordt bijvoorbeeld beperkt door de bodemvrijheid en door het toerental van de aandrijfas van de compressor. Het draait nog steeds veel te snel en de tipsnelheid kan supersonisch worden. Dit zorgt voor drastische problemen met slepen en geluid. Bijgevolg is de bypass-verhouding veel te laag voor echt hoge efficiëntie, die alleen echt kan worden opgelost door meerdere fans te hebben. Met extra contra-roterende open bladen kunnen elektrische ventilatoren, bijvoorbeeld aan de achterkant van de fusilage, langzamere lucht uit het lichaam van het vliegtuig opnemen, wat efficiënter is, en ze kunnen op meerdere punten langs de vleugel- en staartsecties worden geplaatst.

Elektrische ventilatoren kunnen, vanwege de ongeveer 4 keer minder thermodynamische energie verliest en de tragere tipsnelheid, optimaal toerental en een lagere luchtafvoersnelheid mogelijk hoger zijn dan 20 N per kW, en waarschijnlijk oplopen tot 35 N per kW. Bij hoge snelheden hoewel ik niet weet wat prestaties die ze zouden bereiken, maar het is veilig om te zeggen dat het VEEL beter zal zijn dan een turbofan. Bijgevolg kan een batterij mogelijk concurrerend zijn rond 500 Wh/kg, inclusief vermogenselektronica en bedrading.

Motorgewichten zijn afhankelijk van het benodigde vermogen, omdat het, zoals is aangegeven, moeilijker is om een ​​grote kern af te koelen. U zou echter niet willen proberen om de ventilator op een huidige straalmotor te vervangen, maar hebt meerdere ventilatoren met een lager vermogen, wat betekent dat de vermogensdichtheid in kW/kg hoger zal zijn dan in de hierboven genoemde gevallen, niet-bestendige supergeleiders. Kleinere ventilatoren kunnen ook sneller draaien, geschikt voor dit soort motoren.

Zoals hierboven aangegeven, is de REAL-kwestie niet de energiedichtheid van de batterij, maar de POWER-dichtheid van de batterij - om niet alleen voldoende kracht te hebben bij het opstijgen, maar ook om op te laden binnen een draai van 20-50 minuten. Aangezien elektrische vliegtuigen eerst alleen concurreren tegen korte tot middellange afstandsvluchten, waarvan een groot deel intern is en snel ronddraaien, is een vermogensdichtheid van ongeveer 1 kW per kg nodig, en dat overtreft de huidige capaciteit van batterijen met een hoge energiedichtheid door een grote marge.

Theoretisch, als we een grotere stuwkrachtefficiëntie kunnen bereiken (zeg 60 Newton per kW) dan zouden we een stuk minder energie kunnen gebruiken, daarom zouden we slechts een deel van de batterijcapaciteit moeten fietsen en zouden weg kunnen komen met, zeg 500W per kg lading/ontlaadstroom). In de praktijk is de aangegeven vermogensdichtheid een maximale waarde, maar treedt op bij lagere energie-efficiëntie en heeft de neiging om de levensduur van de batterij te verkorten, dus de batterij zou waarschijnlijk een aangegeven vermogensdichtheid moeten hebben van 50% meer om op deze manier efficiënt te werken.

110 Newton stuwkracht per kW vermogen is aangetoond met elektrostatische ionstuwraketten (het type dat wordt gebruikt in 'lifters' dat u op youtube kunt zien) maar dit heeft een lage stuwdichtheid, dus u moet rekening houden met het gewicht. Het verhogen van de spanning zal daarmee helpen.

De kwestie van het vliegtuig dat niet lichter wordt terwijl u vliegt is tot op zekere hoogte belangrijk, maar de kostenbesparing in brandstof en de mogelijkheid om veel ventilatoren te gebruiken, bijvoorbeeld om te helpen bij de luchtstroom rond de vleugel, kunnen de lift op lage snelheid verhogen en daarmee compenseren voor toegenomen massa door de vluchtenvelop. De waarschijnlijke belichaming van contraroterende propellers met elk elektrisch bediende bladen met variabele spoed die zowel de topsnelheid als de hoek ten opzichte van de omstandigheden kunnen optimaliseren, samen met het langzamer versnellen van een veel groter volume lucht zal het algehele rendement aanzienlijk verhogen. Elektrische voortstuwing in tegengesteld draaiende ventilatoren is veel eenvoudiger mechanisch dan één die is vastgehaakt aan een diesel- of straalturbine en kan geschikt zijn voor de hoge snelheid van commerciële vliegtuigen (zie https://en.wikipedia.org/wiki/Propfan ), wat aantoont dat tegendraaiende kanaalloze ventilatoren efficiëntievoordelen kunnen bieden. Geluidsproblemen zijn een functie van het moeten koppelen van deze schroeven aan afzonderlijke straalmotoren, wat opnieuw een hoge tipsnelheid betekent als een product van de beperkingen van de diameter en het hoge toerental van de motor. Wanneer ze elektrisch worden aangedreven, kunnen meer ventilatoren worden gebruikt met een veel langzamere tipsnelheid, waardoor het geproduceerde geluid kleiner wordt.

Het gewicht van de extra ventilatoren wordt gedeeltelijk gecompenseerd door de voordelen van het wegnemen van het motorkapje, zowel in gewicht als in slepen.

Vanwege het oplaadprobleem zal de waarschijnlijke uitvoeringsvorm geavanceerde, efficiëntere motoren zijn die de accu's eenmaal tijdens cruise en afdaling opladen en de energie die nodig is tijdens het klimmen aanvullen. Deze zouden gebruik kunnen maken van supergeleidende generatoren en met een adequaat reserve accu-risico moet catastrofale generatoruitval worden gemitigeerd.

1
toegevoegd
Je kunt de toegenomen efficiëntie van "elektrische ventilatoren" vooral plukken door langzamer te vliegen. Dan doe je de lijkwade weg en kom je uit bij normale schroeven. Dan is het allemaal logisch.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
De meeste batterijen kunnen volledig opladen in minder dan 1 uur. Veel in 30 minuten. 10 minuten tot 80% is niet nodig bij adequaat thermisch beheer. Ik zie dit niet veranderen met een verhoogde energiedichtheid, dus ik zie niet in waarom vermogensdichtheid een probleem zou zijn. Maar ja, zoals Peter zei, zou ik geïnteresseerd zijn in je stuwkracht per kW bij mach 0.85 snelheden.
toegevoegd de auteur Sebas, de bron

Grofweg mogelijk, maar er zijn enkele belangrijke verschillen in de vergelijking van een straalmotor en de theoretische 'elektrische straalmotor', die heel verschillend zijn van de vergelijking van een automotor met een door een motor aangedreven EV.

Het meest opvallend is dat, zoals eerder vermeld, de turbo-ventilator mechanisch wordt aangedreven door de verbranding door warmte aangedreven expansie van de lucht gecomprimeerd door zijn compressor. Bij kruissnelheden (waarbij de straalmotor is geoptimaliseerd), is dit een veel brandstofefficiëntere opstelling dan de kruissnelheid van een verbrandingsmotor voor auto's.

In principe zijn er twee plaatsen waar de vrijgekomen warmte wordt omgezet in mechanische energie - eerst wordt veel van de warmteafgifte van de verbranding opgevangen door de turbine die de compressor aandrijft. Ten tweede zet het uitlaatmondstuk ook de warmte die niet door de turbine is gevangen, om in kinetische energie door de massastroom door de motor te versnellen, waarbij een druk delta wordt geconverteerd die wordt gegenereerd door warmte-uitzetting tot een snelheids delta door spuitmondgeometrie. Ter vergelijking, de verbrandingsmotor zet de warmte-uitzetting van het uitlaatgas om in mechanische energie door een lineaire zuiger aan te drijven, en krijgt geen mechanische energie door uitlaat. In het algemeen zijn turbines efficiënter dan zuigers bij mechanische energieomzetting. Er is ook een tertiair rendement - namelijk dat verbranding bij hoge drukken efficiënter warmte omzet in druk als de gasdichtheid hoger is, dus meer van de chemische energie van de brandstof wordt omgezet in kinetische energie in een straalmotor dan een verbrandingsmotor, eenvoudigweg vanwege de hogere druk van de verbrandingsreactie in de straalmotor. Het 'nadeel' voor de straalmotor is dat, om de hele opstelling brandstofefficiënt te laten werken, je een aanzienlijk deel van Mach moet gebruiken, veel sneller dan het grondtransport veilig kan beheren. Vandaar dat verbrandingsmotoren de aarde beheersen en straalmotoren de hemel domineren in het huidige paradigma.

Dus, zelfs uitgaande van een onbeperkte stroomvoorziening, zou u nog steeds een zeer efficiënte motor moeten hebben op basis van energie-efficiëntie. Om op te starten, zou je een motor moeten hebben die op dezelfde cruisessnelheden werkte. Zelfs als we de oneindige stroomopwekking buiten beschouwing laten, kunnen we nog steeds bedenken dat meer tijd in de lucht een langere periode is waarin het vliegtuig zelfvoorzienend moet zijn, in het algemeen gelijk aan meer massa in batterij- en/of stroomopwekking. Meer massa verlaagt de mechanische efficiëntie op basis van een vliegtuigoperatie, omdat het meer energie is die u moet spenderen om de extra massa te versnellen en vertragen.

Dus in een elektrisch aangedreven motor equivalent, heb je waarschijnlijk nog steeds iets dat lijkt op een turbo-fan. Behalve dat uw motor voornamelijk uw compressorventilator aandrijft, en de turbine is er meestal om een ​​deel van de compressie-energie (die ook warmte genereert) terug te winnen in energie om bepaalde motorfuncties zoals koelmiddel en smeercirculatie aan te drijven, mogelijk enige vermogensregeneratie. Dus waarschijnlijk een kleinere turbine, maar dit brengt u in de buurt van het onaangename feit dat perslucht niet erg energie-efficiënt is als middel om stuwkracht te genereren. Als dat zo was, zouden we vliegtuigen met perslucht uit de lucht halen.

Waar dit generiek over gaat is dat de elektrificatie van vliegreizen waarschijnlijk niet lijkt op de huidige jet-tijdperk technologie. Het is binnen de grenzen van de bekende technologie om efficiëntie van elektromotoren toe te passen op het probleem van luchttransport, maar de resulterende architectuur zal waarschijnlijk heel verschillend zijn, net zoals de fundamentele architectuur van een volledig EV anders is dan een gasauto. Dit betekent waarschijnlijk ook een fundamenteel andere infrastructuur.

Bijv. veel van de energie van een vlucht wordt opgenomen in de aanvankelijke versnelling, dus het is mogelijk dat een Aerial EV opstijgt vanaf een landingsbaan die meer lijkt op die van een vliegdekschip dan een vlakke weg, met een geassisteerde lancering. Op dezelfde manier zou het herwinnen van de energie bij de landing weer gebruik kunnen maken van een systeem dat meer lijkt op het systeem dat wordt waargenomen op vliegdekschepen, dat zich alleen richt op regeneratieve vangst in plaats van snelle vertraging.

Directer echter, is het fundamentele probleem het genereren van stuwkracht bij bijna-Mach snelheden. Het rendement van elektrische motoren bij het verdraaien van elektrische energie in rotatie-mechanisch vermogen wordt enigszins verzacht door subsonische en supersonische vloeistofmechanica, omdat een vliegtuig stuwkracht moet genereren door een luchtstroom te versnellen of op een of andere manier tegen lucht aan te duwen. Bij deze snelheden beginnen propellers in principe hun efficiëntie te verliezen, en voortstuwingsmethoden boven deze snelheden vertrouwen daarom op de uitzetting van gassen met de overdracht van warmte naar het gas. Dus om in deze snelheidsgebieden te concurreren, moet een energie-efficiënt middel voor het overbrengen van warmte naar (gecomprimeerde) luchtstroom worden ontworpen, wat heel anders is dan het eenvoudig toepassen van bekende elektromotortechnologie.

1
toegevoegd
Behalve dat uw motor voornamelijk uw compressorventilator aandrijft maar dat is al wat er gebeurt, de turbine is er alleen om de energie te onttrekken die nodig is voor de compressor en de ventilator.
toegevoegd de auteur conmulligan, de bron
een groot deel van de energie van een vlucht wordt opgenomen in de eerste versnelling - alleen voor vluchten met een zeer kort bereik en op een laag niveau. Voor elke realistische conditie is je aanname duidelijk verkeerd en hoort deze in een veld dat ballistiek wordt genoemd.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@JasonHubbard: een vliegtuig met een brandstoffractie van 20% en een efficiëntie van 25% (omzetting van chemische energie in werk) gebruikt 0,0346% van de energie die nodig is voor de reis om te accelereren naar een startsnelheid van 150 kts. Op een vergelijkbaar elektrisch vliegtuig kun je 0,0346% van de hypothetische batterijcapaciteit besparen door een katapult-lancering te gebruiken, of je kunt het bereik uitbreiden met een vergelijkbare fractie. Je zult veel meer efficiëntie behalen door b. het kiezen van gunstige winden onderweg, of het uitgeven van de katapultkosten op een lichtere structuur.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
@Peterkampf, de Airbus E-Fan brengt al een elektromotor aan op het hoofdwiel om tijdens het opstijgen te versnellen en het vliegtuig op ongeveer 60 KPH te brengen. Een grondlanceringshulp zou een vergelijkbaar effect bereiken, maar de massa van het vliegvoertuig verminderen - die starthulpmotor op de E-ventilator is leeggewicht voor de rest van de vlucht. Met hulp bij grondlancering kunt u mogelijk meer energie besparen en het bereik van een antenne-EV uitbreiden. Vooral als de geassisteerde lancering 100% energie levert voor de opstijgsnelheid. De marine maakt gebruik van ondersteunde lancering voor een korte start, zonder reden kan het niet worden gebruikt voor energie-efficiëntie.
toegevoegd de auteur Matthijs Wessels, de bron
@ Fedrico Waar ik aan begin is dat terwijl een petro-fuel straalmotor wordt aangedreven door zijn turbine, de warmteafgifte omzet van brandstofverbranding in rotatie-energie om de compressor aan te drijven, een door een elektromotor aangedreven subsonische/hypersonische 'motor' de elektrische motor naar de compressorventilator, omdat de compressor de meest mechanisch efficiënte plaats zou zijn om rotatie-energie aan te brengen die wordt aangedreven door een elektromotor. In deze opstelling kan het nog steeds energie-efficiënt zijn om een ​​deel van de energie te heroveren met een turbine, maar de turbine drijft de motor niet aan, de elektromotor wel.
toegevoegd de auteur Matthijs Wessels, de bron

Het enige waar we rekening mee moeten houden, is dat straalmotoren een zeer grote hoeveelheid stuwkracht kunnen leveren, terwijl ze toch werken volgens een eenvoudig principe van een gasturbine. Op de een of andere manier is het mogelijk om een ​​elektrische motor voor voortstuwing te maken, maar deze zal complex en erg zwaar zijn en minder vermogen hebben. De enige manier waarop een elektrische motor zou werken is om de kern van de straalmotor te vervangen door een of andere elektromotor, die de ventilatorschijf kan draaien en stuwkracht kan creëren; echter, in aanmerking nemend hoeveel koppel nodig is om het te laten draaien om redelijke stuwkracht te genereren, is een nachtmerrie, ook heeft de motor zware batterijen nodig.

0
toegevoegd

Afgezien van batterij- en motortechnologieën is er een groot probleem bij de toepassing van elektrische motoren op commerciële vliegtuigen en dat is de oplaadtijd. Commerciële vliegtuigen verdienen alleen geld als ze worden geladen met inkomensbetalende passagiers en in de lucht; wanneer ze op de grond zijn, is het extreem duur. Conventionele chemische brandstoffen pakken niet alleen een grote hoeveelheid energiedichtheid in, maar zijn ook uiterst gemakkelijk om de aanvoer van aan te vullen. Het tanken van een passagiersvliegtuig duurt een paar minuten - in sommige gevallen zelfs een half uur voor bijvoorbeeld een A-380 of een 747. Batterijen kost momenteel uren om op te laden, dus dit zou een enorme implicatie hebben voor de vertraging van een passagiers- of vrachtvlucht .

Persoonlijk zie ik een elektrisch aangedreven commercieel vliegtuig niet als een levensvatbaar alternatief voor de huidige straalmotoren. Waarschijnlijk de schoonste vorm van vliegreizen zou zijn Karen high-efficiency straalmotoren aangedreven door een koolstofneutrale biodiesel.

0
toegevoegd
De vraag gaat over motoren, geen batterijen of brandstof. Hoe dan ook, de meeste lithiumbatterijen accepteren meer dan 1C oplaadstroom zonder aanzienlijke schade, gegeven een goed thermisch beheer. Dat vertaalt zich in 80% lading in ongeveer 30 minuten. Kijk maar naar elektrische auto's (tesla, blad, enz.) Of smartphones met snel opladen.
toegevoegd de auteur Sebas, de bron

Ja, dat kunnen ze. Zoals je zei, ervan uitgaande dat het probleem van de stroomtoevoer is opgelost. In zijn hart verwarmt een straalmotor lucht, gebruikt hij de uitzetting om een ​​compressor aan te drijven en in de meeste turbofans de "propeller" aan te drijven. Terwijl momenteel alle straalmotoren brandende brandstof gebruiken om die warmte te produceren, zou het onderliggende principe van het systeem er niet om moeten doen waar de warmte vandaan komt. Als je in de verbrandingssectie van een standaardmotor genoeg energie zou kunnen weggooien via elektrische kachels, denk ik dat je in theorie exact dezelfde motor van elektriciteit zou kunnen bedienen.

For a modern turbofan, that'd be about 35MW of power you'd have to dump into air heaters in the "combustion" section. This would be a pretty big engineering challenge, but I don't think it's out of the realm of possibility in theory. One option might be using plasma sparks, like an arc welder. Again, electrode lifespan would be an issue, but not necessarily impossible. Credit for this idea comes from this page: http://contest.techbriefs.com/2013/entries/aerospace-and-defense/3129

0
toegevoegd