Domanda:
Un motore elettrico potrebbe fornire le stesse prestazioni dei motori a reazione degli attuali aerei?
lexeter
2016-04-14 15:26:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ho esaminato varie domande su questo sito SE riguardo a questo argomento ma non ho trovato una risposta soddisfacente. Alcuni commenti qui riguardanti coppia e potenza nei motori elettrici rispetto ai motori a benzina sono stati utili. Ulteriori informazioni sono disponibili anche qui.

Alla base della mia domanda c'è l'ipotesi che la tecnologia delle batterie avanzerà notevolmente rispetto a quanto è disponibile in commercio ora. Supponiamo semplicemente che fornire al motore elettrico una potenza sufficiente non sia un problema e che il peso della batteria sia uguale al carburante.

È possibile costruire un motore per aereo elettrico che consenta l'attuale gli aeroplani hanno le stesse capacità dei motori a reazione oggi disponibili?

Supponendo che la domanda riguardi solo i motori (e siamo dotati di prestazioni infinite della batteria), l'unica cosa a cui riesco a pensare è che i motori elettrici non possono eseguire il postbruciatore / riscaldamento. Tuttavia credo che pochissimi aerei ** commerciali ** abbiano mai offerto questo.
Grazie per il tuo commento. Sì, sto chiedendo solo le capacità del motore (e dell'aereo). Mi chiedevo se ci sono caratteristiche intrinseche che rendono i motori elettrici inadatti all'uso come motori di aerei?
Un problema è nel nome: i turbofan / turboelica si affidano al meccanico * turbo *, ovvero il carburante viene bruciato, lo scarico viene utilizzato per azionare un albero, che a sua volta spinge più aria nella camera di combustione, consentendo la creazione di pressioni più elevate, aumentando la potenza disponibile. L'intero concetto non funzionerà per i motori elettrici, perché non c'è scarico con cui lavorare e la pressione non è (quella) rilevante per l'efficienza del motore. Probabilmente starai guardando le eliche "normali" e la velocità limitata per il momento, a meno che non abbia trascurato un modo per guidare un non turbo al di sopra delle normali velocità dell'elica.
Se stai usando un motore elettrico, non sarebbe un turbofan ma piuttosto un ventilatore intubato. I jet moderni hanno un nucleo motore a turbina con grandi ventole di bypass circostanti. Il motore elettrico sostituirebbe l'intero nucleo della turbina, quindi ti rimane una ventola intubata.
@DevSolar Suppongo che una ventola intubata non avrebbe la stessa limitazione di velocità che sperimenta il turboelica. Sto pensando a qualcosa di simile ai turbofan ad alto bypass ma con un nucleo elettrico. Non sono un esperto ma mi sembra simile.
Il peso della tua batteria si brucia in volo? Anche se accoppi ogni proprietà del motore / sistema di alimentazione, il mio vero aereo di linea diventa più leggero di poche tonnellate / ora
Affermo che non puoi semplicemente allontanare la tecnologia della batteria con le onde. Le batterie agli ioni di litio forniscono circa 250 Wh / le 350 Wh / Kg. La maggior parte dei distillati del petrolio (dalla benzina al jet fuel) sono circa 9000 Wh / le 13.500 Wh / Kg. E ci sono buone ragioni (come il suo peso atomico e l'elevato potenziale di mezza reazione) per cui è improbabile che faremo meglio del litio.
Il problema fondamentale qui sono le leggi della termodinamica. Supponendo che tu abbia una batteria che potrebbe alimentare l'equivalente di un jet, costerebbe più carburante per caricare la batteria che per usare direttamente il carburante per aerei. Questo è il problema delle auto elettriche oggi.
No, @user3344003, non è questo il problema con le auto elettriche. Stai dimenticando che un'auto elettrica è circa cinque volte più efficiente nel trasformare i wattora immagazzinati in movimento come un'auto ICE. Quindi, anche se la tua efficienza di andata e ritorno di carica / scarica è solo del 50% (ed è in realtà molto migliore, circa l'80% o più) l'auto elettrica utilizzerà comunque meno wattora. Ma in un aereo la massa della batteria è un problema molto peggiore, perché devi costantemente spendere energia per mantenerla in volo. Mantenere l'auto elettrica (e la sua batteria) in movimento per terra non è altrettanto un carico.
Devi ancora generare l'elettricità e trasmettere l'elettricità all'auto. Confronta il costo del riscaldamento di una casa con il gas v. Elettricità.
intendi qualcosa del genere? http://www.scientificamerican.com/article/impossible-electric-airplane-takes-flight/
"presumere che fornire al motore elettrico abbastanza potenza non sia un problema" smettere di concentrarsi sulle batterie e sul loro peso associato. supponiamo che l'elettricità provenga da un reattore nucleare leggero super efficiente che sarà presto inventato.
Undici risposte:
#1
+40
Peter Kämpf
2016-04-14 17:26:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Non ancora.

Per guardare un aereo di medio raggio, basiamo il motore su CFM56 o IAE V2500. Questi motori producono tra 100 e 150 kN di spinta statica. In crociera, la loro spinta è notevolmente inferiore a causa della bassa densità dell'altitudine di crociera e perché si muovono a Mach 0,8. Usiamo un valore di 25 kN: questo è sufficiente per consentire a due di loro di spingere comodamente una cellula di classe A320 attraverso l'aria sottile in altitudine.

La potenza per produrre un tale la quantità di spinta è la forza moltiplicata per la velocità. La velocità quando si vola con Mach 0,8 in 35.000 piedi è 240 m / s, quindi la potenza prodotta da un motore è 6,0 MW. Ora vediamo quanto deve essere grande e pesante un motore elettrico per produrre 6 MW in modo continuo. Come puoi vedere dalla pagina Wikipedia collegata, i risultati sono ovunque. I grandi motori industriali arrivano a meno di 1 kW / kg, quindi il nostro motore peserebbe più di 6 tonnellate. I motori più piccoli per gli aeroplani elettrici spingono 10 kW / kg, il rapporto peso / potenza del turbofan GE90, ma perderanno parte di questo quando vengono ridimensionati. Ricorda, anche con un'efficienza del 98% il motore genererà 120 kW di calore: questo deve essere rimosso e il funzionamento in aria non lo rende facile.

Con la tecnologia attuale il motore potrebbe raggiungere forse 2 a 3 kW / kg - questo significa che il motore che guida il nostro ipotetico motore arriva da 2 a 3 tonnellate. Aggiungete a questo la ventola e la carenatura del motore a reazione (non avremo bisogno della parte ad alta pressione e di tutte le turbine), ma raddoppierete il peso della ventola perché dobbiamo compensare il flusso del nucleo ad alta energia mancante. Questo forse peserà il 50% del CFM56 / V2500, quindi dobbiamo aggiungere altre 1,2 tonnellate.

Il motore elettrico sarà due volte più pesante delle parti che sostituisce. C'è ancora del lavoro da fare prima che possa ottenere un vantaggio sugli attuali motori a reazione, ma ha un certo potenziale perché non scarica in mare metà dell'energia fornita in un flusso di gas caldo, veloce e rumoroso.


MODIFICA:

Dal momento che così tante persone si entusiasmano per il fatto che ometto l'aspetto della densità di energia della propulsione elettrica, anche se la domanda desiderava espressamente tralasciarla, ecco due cose da considerare. La densità di energia è solo la metà del problema dell'accumulo elettrico.

  1. La densità di energia del carburante per aerei è di circa 43 MJ / kg, mentre le batterie ai polimeri di litio non ne raggiungono nemmeno uno MJ / kg. Ma questo confronto è un pensiero lineare: realisticamente, la corrente sarà prodotta da una combinazione turbina-generatore ad alta efficienza o da celle a combustibile, che bruciano idrogeno al doppio dell'efficienza di un motore a reazione convenzionale. Poiché l'idrogeno racchiude 142 MJ per chilogrammo, con il doppio dell'efficienza dell'aereo di linea elettrico occorrerebbero solo 162 kg di idrogeno per ogni tonnellata di cherosene in un jet convenzionale. Sì, lo so, anche in questo caso il suo volume sarà ancora un problema.
  2. Se viene utilizzata una qualsiasi forma di batterie, il fatto che le batterie scariche pesino tanto quanto quelle piene è l'ultimo chiodo nella bara della batteria -powered volo. Mentre il tuo jet medio a lungo raggio atterra al 60% del suo peso al decollo, l'aereo a batteria dovrebbe caricare quelle pesanti batterie fino alla destinazione finale. Per essere competitive, quelle ipotetiche batterie dovrebbero avere una densità di energia doppia rispetto al cherosene.
I motori che hai citato sono costruiti per durare e resistere a maltrattamenti piuttosto violenti. Nessuno ha chiesto loro di essere leggeri :) Quindi in effetti c'è ancora una strada da percorrere per migliorare il rapporto peso / potenza :)
Questa analisi non considera il peso dell'alimentazione per l'aereo elettrico rispetto al peso del carburante per il jet.
@RussellBorogove: Si prega di leggere la domanda. E capiscilo.
@GabrielVince: Il motore Prius è di 1,37 kW / kg. È costruito per un peso ridotto: è un motore per auto, non un motore industriale fisso. Ho ipotizzato 2-3 kW / kg, ben sapendo che il peso è un premio in aereo, ma con la tecnologia attuale non otterrai niente di meglio. Dopotutto, questo motore deve essere certificato proprio come qualsiasi altro componente dell'aereo. Le cose sarebbero diverse per la Formula 1, ma qui stiamo ancora guardando all'aviazione civile.
Grazie per la tua risposta, esattamente quello che stavo cercando. Un aspetto che non avevo anticipato è stato il problema della dissipazione del calore prodotto dal motore elettrico, molto interessante.
@RussellBorogove dalla domanda "Supponi semplicemente che fornire al motore elettrico una potenza sufficiente non sia un problema e che il peso della batteria sia uguale al carburante". Per questa domanda particolare non è necessaria alcuna analisi del peso dell'alimentatore.
@FreeMan In realtà, il peso è ancora un problema anche se si presume che sia uguale. Vedi la mia risposta. Anche se, ovviamente, hai ragione sul fatto che l'analisi di quali sarebbero quei pesi non è necessaria, poiché si presume.
@lexeter Non credo che sarà un grosso problema. Ho controllato i numeri e la dissipazione del calore (misurata in W / m²) sarebbe già inferiore alla dissipazione media del calore della CPU se il tuo motore avesse solo 1 m² di superficie esterna disponibile. Sebbene sia un problema per le applicazioni automobilistiche, dove una grande fornitura di aria fredda richiederà grandi e brutti scoop, questo è probabilmente un problema minore per qualcosa che sarà fondamentalmente un gigantesco fan del desktop.
@sanchises Prova a coprire un metro quadrato di CPU di fascia alta in esecuzione a pieno carico e guarda come funziona il raffreddamento ad aria. :)
@reirab Ho detto specificamente CPU "media" (45W / 269mm²). In secondo luogo, prova a raffreddare quel metro quadrato con un flusso d'aria di 900 km / h -50 ° C, una bella differenza da un dispositivo di raffreddamento della CPU (anche di fascia alta).
@sanchises Ah, ho perso la parte media. Tuttavia, scommetto che avrai problemi anche con quel tipo di flusso d'aria, specialmente alla pressione atmosferica alla quale volano gli aerei di linea (da 1/3 a 1/4 dei valori a livello del mare).
@sanchises Grazie per aver eseguito i numeri! Non metto in dubbio i tuoi superpoteri di calcolo ma hai considerato la ridotta densità dell'aria in quota? Anche se presumo che mentre l'aria rarefatta rende difficile dissipare il calore, è anche molto freddo, il che a sua volta dovrebbe aiutare. Nessuna idea, tuttavia, quale delle due abbia un impatto maggiore. Probabilmente non è facile rispondere poiché dipende da molti fattori.
@lexeter Sentitevi liberi di dubitare dei miei poteri di calcolo ;-) E non ho calcolato la temperatura effettiva del motore, solo un ordine di grandezza. Se sei davvero interessato, il libro di oltre 950 pagine che ho sopra (Foundations of Heat Transfer, F.Incropera et al) è un buon inizio.
I motori turbofan riescono a dissipare molto calore dal nucleo. Non tutto esce dallo scarico. Non so se sia equivalente
La densità energetica delle celle a combustibile a idrogeno è esigua. Cento volte che è disponibile, ma non utilizzato per altri motivi.
"Ricorda, anche con un'efficienza del 98% il motore genererà 120 kW di calore - questo deve essere rimosso e il funzionamento in aria non lo rende facile." Eppure un motore a reazione riesce a rimuovere molto più calore nella stessa atmosfera. Forse potresti collegare un qualche tipo di ventola elettrica alla ventola elettrica per il raffreddamento ... abbastanza stranamente il 98% si trova nella gamma del limite dell'efficienza di Carnot (supponendo che l'aria non sia azoto liquido e il motore funzioni sotto temperatura di fusione del tungsteno).
* "un motore elettrico deve produrre 6 MW continui." * Stai suggerendo che i motori a reazione funzionino al 100% durante l'intero volo? I motori elettrici possono gestire una potenza superiore a intermittenza (cioè durante il decollo) rispetto alla loro potenza nominale se sono progettati per farlo. Potrebbero non esserci buoni esempi disponibili in commercio, ma come i motori a reazione un motore elettrico per aeroplani sarebbe necessariamente personalizzato per l'applicazione, e probabilmente dovresti cercare un motore da qualche parte più vicino alla potenza di crociera rispetto alla potenza massima.
Fino ad oggi non sapevo che "schlepp" esiste anche in lingua inglese: *)
Buoni commenti su questo argomento, Peter. Sì, il problema principale risiede nel peso dei motori e nelle densità energetiche dell'attuale tecnologia delle batterie. Un'idea potrebbe essere l'uso di combustibili chimici che alimentano le celle a combustibile e utilizzano il calore in eccesso dalle celle e dal motore per aumentare l'entalpia dell'aria dalla ventola canalizzata all'ugello, creando ulteriore spinta reattiva. Questo è solo un concetto e non ho fatto un calcolo inverso per vedere se il peso combinato del motore, della cella a combustibile, dello scambiatore di calore, ecc. Sarebbe più leggero dei motori a reazione esistenti.
@CarloFelicione: Sono d'accordo, le celle a combustibile potrebbero essere un'opzione. Il loro peso è diminuito parecchio negli ultimi 20 anni, ma devono ridursi di un altro ordine di grandezza per essere davanti a tutte le altre opzioni.
@AdamDavis Nota che il mio numero 6MW è già per la crociera. Al decollo, il flusso di carburante e la spinta sono molto più alti. Sì, e sto suggerendo che i motori a reazione funzionino al 100% del gas, o vicino ad esso. Lo fanno per poter volare il più in alto possibile al fine di aumentare l'efficienza.
L'idrogeno non contiene 142 MJ per chilogrammo. Ciò richiede un contenitore magico che non esisterà mai. L'idrogeno richiede serbatoi a pressione estremamente pesanti e / o sistemi criogenici estremamente pesanti con isolamento ingombrante / pesante e / o serbatoi compositi a bassa pressione che monopolizzano il volume dell'aereo e hanno problemi di ritenzione e formazione di ghiaccio. ... C'è una ragione per cui, nonostante molti tentativi, gli aerei a idrogeno rimangono: rari, costosi e con prestazioni insufficienti.
@BrockAdams Per quanto ne so, l'idrogeno negli Zeppelin non aveva bisogno di molto di più di un [sacchetto leggero di pelle di battitore d'oro] (http://aviation.stackexchange.com/questions/31503/what-materials-are-used-for-the -gas-bag-in-hydrogen-dirigibili / 31511 # 31511). E conteneva ancora [tra 120 e 142 MJ per kg] (http://hypertextbook.com/facts/2005/MichelleFung.shtml) di energia potenziale. Per favore, spiega cosa c'è di così magico negli Zeppelin. Sono esistiti!
@PeterKämpf, gli zepplin non erano * alimentati * da idrogeno (usavano benzina o diesel). Se lo fossero stati, la loro portata sarebbe stata solo di poche miglia. (In realtà molto meno perché perderebbero quasi immediatamente galleggiabilità e si schiantano.) Sulla terra, non è possibile utilizzare l'idrogeno per la propulsione a una velocità vicina a 120 MJ / kg a causa dell'attrezzatura necessaria per immagazzinarlo.
@BrockAdams: Allora [questo] (http://aviation.stackexchange.com/questions/18809/are-there-any-programs-to-build-a-hydrogen-powered-airplane/18816#18816) potrebbe sorprendervi. Per favore, non trascurare il paragrafo su Blaugas. Questo tipo di carburante conteneva idrogeno ed era neutro alla galleggiabilità.
@PeterKämpf, quello zeppelin aveva un sacco di serbatoi di benzina per un'imbarcazione "alimentata a idrogeno". Tuttavia Wikipedia dice che potrebbe durare 100 ore solo con l'idrogeno (ma cita una fonte che non dice nulla del genere). ... Anche se questo fosse vero, noterai che le prestazioni del sistema sono solo un * skosh * inferiori a quelle degli aerei a reazione, secondo la domanda.
Qualsiasi generazione elettrica basata sul carburante sconfiggerebbe il punto di un motore elettrico. Puoi altrettanto facilmente alimentare l'idrogeno in un motore ICE o a reazione (o il cielo non voglia, motore a razzo).
@Aron: Non necessariamente. Se si confronta l'efficienza delle celle a combustibile più motori elettrici con quella di una turbina a gas, la cella a combustibile vince a mani basse.
@PeterKämpf Supponiamo che le batterie costituiscano il 75% del peso di un aereo con un valore futuro di 500 Wh / kg = 1,8 MJ / kg. Quindi calcolo per lo stesso accumulo di energia, idrogeno + accumulo + celle a combustibile per la stessa cellula, ecc. Occuperebbe circa il 10% del peso dell'aereo se sono efficienti all'80%. Se la resistenza indotta è circa la metà della resistenza dell'aereo nella custodia della batteria, la resistenza indotta viene ridotta a circa il 10% della custodia della batteria, ma chiamiamola zero. Quindi, per le celle a combustibile, hai metà della resistenza della custodia della batteria e metà del fabbisogno energetico.
@PeterKämpf Attualmente, l'elettrolisi è efficiente circa il 60%, però. Quindi avrai bisogno più o meno della stessa energia che verrebbe messa sulle batterie dell'aereo, comunque. La differenza di costo per viaggio è prossima allo zero. E questo senza considerare di dover affrontare la molecola di idrogeno estremamente perniciosa, che avrai come un liquido criogenico e costoso da gestire / immagazzinare o un gas con un volume maggiore di quello delle batterie. Poiché l'aumento della densità energetica delle batterie sembra inevitabile, ha principalmente a che fare con la riduzione dei costi dal lato della batteria.
_Con la tecnologia attuale il motore potrebbe raggiungere da 2 a 3 kW / kg_ I motori esistenti sugli aerei elettrici ad elica raggiungono 5kW / Kg, su Siemens Extra 330LE. I motori superconduttori ad alta temperatura sono dimostrati a ~ 8kW / kg, con buone prospettive di raggiungere ben il doppio di altezze molto presto.
@kert: Grazie per le informazioni! Ho risposto alla domanda con le conoscenze attuali un anno fa, e considerando che la potenza del motore è "cinque volte superiore a sistemi di trasmissione comparabili" ([fonte] (http://www.siemens.com/press/en/feature/2015/ corporate / 2015-03-electromotor.php? content [] = Corp)) la risposta è quasi preveggente. I rapporti potenza / peso più spettacolari sono possibili solo con motori più piccoli; una volta che si sale alle scale degli aerei di linea, 8 o 10 sono ancora impossibili.
In realtà, la NASA ha un progetto per 41kW / Kg su una scala di 12 megawatt. Superconduttori ad alta temperatura. Vedi https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20150023038.pdf
@kert: Dal momento che non hai davvero letto ciò a cui ti sei collegato: questa è una proiezione che utilizza alcuni presupposti eroici. Tieni presente che ho parlato dello stato dell'arte. Il bel contorto MgB $ _2 $ semplicemente non è ancora arrivato, nonostante un pio desiderio della NASA. La domanda riguarda gli attuali aerei, non la propaganda della NASA pensata per aumentare i finanziamenti.
No, ho letto questo e anche altri materiali. Lo stesso gruppo di ricerca in collaborazione con AFRL ha già prodotto motori funzionanti con HTS a 8kW / Kg, a cui fa riferimento molte altre ricerche. Raddoppiare questo risultato è su un orizzonte a breve termine e> 40kW / Kg viene modellato, senza vincoli fondamentali.
#2
+13
gusto2
2016-04-14 16:19:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

I motori sono fantastici così come sono. I motori elettrici possono essere veloci, potenti ed efficaci. Vedo due problemi:

Primo: l'enorme quantità di energia consumata dall'aereo commerciale. Con un singolo motore che eroga 200 kN, è necessaria una piccola centrale elettrica collegata all'aereo. Anche le batterie sarebbero efficaci al 100% e potrebbero immagazzinare abbastanza energia, è necessario bruciare una quantità maggiore di carburante per caricarle (avresti bisogno di MOLTE fonti di energia alternative per abbinare l'energia fornita).

Secondo: è tutta una questione di densità di energia. Carburante avio con 34 MJ / l, batterie fino a 120 Wh / kg = 0,36 MJ / kg (secondo questo sito). Quindi hai bisogno di più di 100 volte più spazio per immagazzinare la stessa quantità di energia.

Cerca semplicemente l '"aeroplano elettrico" e otterrai un elenco di alianti principalmente piccoli, ultraleggeri o semoventi dove indossano Non c'è bisogno di portare con sé MOLTA energia.

Hai colpito nel segno @GabrielVince, è tutta una questione di densità di energia. la migliore tecnologia per batterie in fase di sviluppo ha circa 5-7 volte una batteria agli ioni di litio, ma è ancora insignificante rispetto agli idrocarburi. Persino gli esplosivi non li eguagliano per densità: il C4 ha solo 6,3 MJ / kg!
La ringrazio per la risposta. Come accennato nella mia domanda, sono a conoscenza dei problemi di tecnologia della batteria. Mi chiedevo se ci siano caratteristiche intrinseche che rendono i motori elettrici inadatti all'uso come motori di aerei. Il primo paragrafo della tua risposta indica che non è così e potremmo costruire motori elettrici con le stesse capacità dei turbofan: l'unico problema (certamente enorme) è fornire energia sufficiente a quei motori elettrici.
I motori elettrici non devono ottenere tutta la loro energia dalle batterie. Si potrebbe mettere a bordo una piccola centrale nucleare (forse non è una grande idea se si tratta di fissione, ma se si presume che ad un certo punto siano possibili impianti di fusione su piccola scala ...). Prima di deriderlo troppo, ricorda che la gente diceva lo stesso delle navi / sottomarini a propulsione nucleare.
@abligh Le attuali navi a propulsione nucleare sono di proprietà e gestite da militari. Hanno le conoscenze per maneggiare il materiale fissile in modo appropriato e, forse ancora più importante, le armi per difenderlo. Per quanto riguarda la fusione, non ci sono attuali reattori a fusione che producono energia netta, su piccola scala o meno. Il potere di fusione è stato "un decennio o due di distanza" almeno dagli anni Quaranta.
@reirab Sono d'accordo. Ma OP non limita la sua domanda ai jet civili. Anche OP presume che la tecnologia delle batterie progredisca enormemente, quindi non è irragionevole presumere che la tecnologia di fusione progredisca enormemente nello stesso tempo. Penso che gli argomenti sul peso del motore siano più pertinenti di quelli sulle fonti di alimentazione. Probabilmente un aereo a propulsione nucleare sarebbe più efficiente con un sistema basato su una turbina che andare all'elettricità e ritorno.
"Si potrebbe mettere a bordo una piccola centrale nucleare" - se hai una centrale nucleare, puoi utilizzare il calore direttamente da quella: https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear-powered_aircraft
@GdD in realtà, come regola generale, gli esplosivi non sono per niente una buona riserva di energia. Si fanno un nome non immagazzinando molta energia, ma grazie alla loro capacità di far perdere tutta quell'energia in un periodo di tempo notevolmente breve.
@abligh Stai dicendo che le tue capacità ingegneristiche sono migliori di entrambi i due militari più avanzati del mondo? Perché nessuno dei due è riuscito a farlo funzionare.
@Aron no, non ho detto * I * che potevo farlo funzionare. Ma il suggerimento che gli scienziati potrebbero fare nei prossimi 20 anni che non sono riusciti a fare 60 anni fa sembra ragionevole.
@abligh No. In realtà non lo è. Lo spazio del problema è semplice. I reattori nucleari sono radioattivi. Gli esseri umani e la radioattività non si mescolano. La schermatura è pesante (fatto scientifico, devono essere per avere una grande sezione trasversale). Gli aerei pesanti non volano [citazione necessaria]. Non farmi iniziare con la radiazione e la fusione di neutroni.
E - non dimenticare gli aerei che si schiantano - alcuni ogni anno :) Non vuoi avere una centrale nucleare schiantata e malfunzionante nel tuo giardino
@abligh anche le persone tendono a innervosirsi quando si costruiscono reattori nucleari dove potrebbe apparire una massiccia palla di fuoco (vedi Chernobyl, Fukushima e Windscale).
#3
+12
reirab
2016-04-14 20:05:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

C'è un importante svantaggio che le batterie avranno sempre rispetto alla combustione del carburante per la propulsione aerea: il peso rimane costante. Gli aerei di linea (in particolare quelli utilizzati per i voli a lungo raggio) bruciano una grande percentuale della loro massa al decollo nel corso del volo. Le batterie, tuttavia, mantengono costantemente la loro massa iniziale. Questo è un problema per una serie di ragioni:

  1. La ragione più ovvia per questo problema è che è necessaria più energia per il volo. Anche se si ottiene una batteria che ha la stessa densità di energia del carburante degli aerei ed è anche stabile (da cui siamo attualmente piuttosto lontani), l'aereo dovrà trasportare l'intera massa delle batterie per l'intera durata del volo. Pertanto, con il procedere del volo, verrà utilizzata molta più energia per miglio su un volo alimentato a batteria rispetto a uno alimentato a carburante, anche se le batterie hanno la stessa densità di energia del carburante. Ciò significa anche che sarà necessaria ancora più massa della batteria per la stessa autonomia, poiché il fabbisogno energetico aggiuntivo deve provenire dalle batterie.

  2. L'altro grosso problema è il peso massimo all'atterraggio . Molti aerei di linea non sono progettati per essere in grado di atterrare al loro peso massimo al decollo semplicemente perché non è necessario. Questo è uno dei motivi per cui a volte il carburante deve essere scaricato o bruciato prima che un aereo che incontra un problema dopo il decollo possa atterrare di nuovo. Tuttavia, con le batterie, sarai ancora al peso al decollo quando atterri, il che significa che avrai bisogno di carrelli e pneumatici più resistenti, il che significa ancora più peso e costi di progettazione / produzione. Significa anche che atterrerai più velocemente (a causa del peso extra), quindi avrai bisogno di una maggiore lunghezza della pista per atterrare e di freni che possano assorbire più energia. L'energia cinetica dell'aereo è pari alla metà della sua massa per la sua velocità al quadrato, quindi l'energia che deve essere assorbita dai freni durante l'atterraggio aumenta notevolmente all'aumentare del peso e della velocità dell'atterraggio.

  3. Un problema un po 'meno importante, ma comunque significativo, è una maggiore punizione per le superfici delle piste. Con gli aerei che ora atterrano vicino al loro MTOW, le superfici delle piste saranno danneggiate più rapidamente e dovranno essere riemerse più spesso e / o progettate per carichi maggiori di quanto non siano ora. Ciò probabilmente significherebbe anche che l'aereo non sarebbe in grado di accedere a tante piste quante un aereo alimentato a carburante altrimenti equivalente sarebbe in grado di utilizzare fino a quando quelle piste non fossero state rafforzate.

Certo, potresti iniziare a scaricare le celle della batteria quando sono esaurite, ma anche questo (ovviamente) ha molti problemi:

  1. Per esaurire alcune celle della batteria prima di altri, non sarai in grado di attingere a tutte le celle in parallelo, il che significherà livelli di assorbimento di energia più elevati per cella (e, quindi, più calore prodotto per unità di tempo per cella attiva, ecc.)

  2. Dovrai progettare l'aereo per poter gettare a mare le celle in sicurezza. Questo è fattibile, ma richiederà molti costi aggiuntivi in ​​termini di progettazione e peso extra.

  3. Gli ambientalisti non saranno troppo contenti quando inizierai a far cadere enormi batterie dappertutto. Nemmeno i proprietari di immobili. Le sostanze chimiche esistenti delle batterie sono già abbastanza corrosive e una chimica della batteria con la densità di energia del Jet-A sarà probabilmente ancora più corrosiva, instabile e comunque dannosa per qualunque cosa su cui viene fatta cadere.

  4. ol >
Grazie. Ero a conoscenza di 1 e 2 ma non 3. Aggiunge una prospettiva interessante; Non ho idea di quali potrebbero essere i costi per un rifacimento della pavimentazione o un progetto di pista rinforzata. Tuttavia, penso che se la nostra civiltà iniziasse a utilizzare jet passeggeri elettrici, l'incentivo a sviluppare piste più forti sarebbe abbastanza grande da consentire a qualcuno di trovare una soluzione per quel particolare problema (ad esempio, nuova formula di asfalto super resistente a buon mercato).
@lexeter Ora possiamo costruire passerelle più forti, è solo più costoso e non accade dall'oggi al domani. Gli aeroporti dovrebbero avere una domanda significativa prima di effettuare l'investimento, specialmente nel caso di aeroporti in cui la chiusura di una pista per riemergere causa gravi problemi di traffico durante la costruzione.
E le celle a combustibile? :)
@sanchises La domanda stava chiedendo specificamente sulle batterie. Inoltre, perché per iniziare dovresti utilizzare un ventilatore elettrico con celle a combustibile invece di bruciare semplicemente il carburante direttamente nel motore? Quest'ultimo è quasi certamente più efficiente, per non parlare di meno complesso da progettare e mantenere.
@reirab, una cella a combustibile si avvicina al 100% di efficienza nel trasformare l'energia chimica in elettricità. La combustione è nella migliore delle ipotesi circa il 40% efficiente.
@Mark Hmm ... Mentre Wiki deve sempre essere preso con le pinze, [afferma che il 40-60% è tipico] (https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell) prima di considerare le perdite nella conversione dell'elettricità in propulsione. Inoltre, come ho detto prima, questo non è realmente rilevante, poiché la domanda riguarda le batterie, non le celle a combustibile.
#4
+5
alan bradbury
2016-08-29 01:51:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Il più grande vantaggio di "andare" elettrico è che i ventilatori elettrici sono molto più efficienti di un turbofan a reazione. Un turbofan a getto crea il 75-85% della sua spinta dalla ventola e il 25-15% dal flusso di scarico "centrale". Il principio è che più lenta è l'aria accelerata, più efficientemente si genera la spinta, poiché spostare un piccolo volume d'aria molto velocemente significa perdere energia nell'energia cinetica della massa d'aria accelerata. Quindi, ventilatori più grandi (o più), accelerare un volume d'aria maggiore a una velocità inferiore è molto più efficiente. I motori a reazione lo fanno già collegando un grande ventilatore nella parte anteriore all'albero del compressore dietro di esso, e questo è un motore a reazione ad alto bypass.

Anche così, i moderni turbofan raggiungono meno di 2 Newton di spinta per kW di energia. Questo perché il motore stesso ha una bassa efficienza termodinamica unita al fatto che la ventola è subottimizzata da vari vincoli che non si applicano al design di un ventilatore elettrico. Ad esempio, il diametro delle ventole è limitato dall'altezza da terra e dal numero di giri dell'albero motore del compressore. Ruota ancora troppo velocemente e la velocità della punta è in grado di diventare supersonica. Ciò comporta drastiche perdite di resistenza e problemi di rumore. Di conseguenza, il rapporto di bypass è troppo basso per un'efficienza davvero elevata, che può essere risolta solo con più ventole. avere ulteriori ventilatori elettrici a pale aperte controrotanti, ad esempio intorno alla parte posteriore della fusilagine, può ingerire aria lenta dal corpo dell'aeromobile che è più efficiente e possono essere posizionati in più punti lungo le sezioni di ala e coda.

I ventilatori elettrici possono, a causa della perdita di energia termodinamica circa 4 volte inferiore e della velocità della punta più lenta, i giri / min ottimali e la velocità di uscita dell'aria più lenta possono potenzialmente superare i 20 N per kW e probabilmente arrivare a 35 N per kW. Non so quali prestazioni otterrebbero, ma è sicuro che sarà MOLTO meglio di un turbofan. Di conseguenza, una batteria può potenzialmente essere competitiva a circa 500 Wh / kg, compresi l'elettronica di potenza e il cablaggio.

Il peso del motore dipende dalla potenza richiesta, poiché, come sottolineato, è più difficile raffreddare un nucleo grande. Tuttavia, non si vorrebbe provare a sostituire la ventola su un attuale motore a reazione ma avere più ventole di potenza inferiore, il che significa che la densità di potenza in kW / kg sarà maggiore rispetto ai casi sopra elencati, nonostante i superconduttori. Le ventole più piccole possono anche ruotare più velocemente, adattandosi a questo tipo di motori.

Come sottolineato sopra, il VERO problema non è la densità di energia della batteria ma la densità di POTENZA della batteria - non solo avere una potenza sufficiente al decollo ma anche ricaricare in un giro di 20-50 minuti . Poiché gli aerei elettrici sarebbero inizialmente competitivi solo contro i voli a corto e medio raggio, molti dei quali sono interni e hanno tempi di rotazione rapidi, è necessaria una densità di potenza di circa 1kW per kg, che supera l'attuale capacità delle batterie ad alta densità di energia con un ampio margine.

Teoricamente, se possiamo ottenere una maggiore efficienza di spinta (diciamo 60 Newton per kW), allora potremmo usare molta meno energia, quindi avremmo bisogno di ciclare solo una parte della capacità della batteria e potrebbe farla franca, diciamo 500 W per kg di potenza di carica / scarica). In pratica, la densità di potenza dichiarata è un valore massimo, ma si verifica con un'efficienza energetica inferiore e tende a ridurre la durata della batteria, quindi la batteria dovrebbe probabilmente avere una densità di potenza dichiarata del 50% in più per funzionare in modo efficiente in questo modo.

110 Newton di spinta per kW di potenza sono stati dimostrati con propulsori ionici elettrostatici (il tipo utilizzato nei "sollevatori" che puoi vedere su youtube) ma hanno una bassa densità di spinta, quindi devi tenere conto del peso. Aumentare il voltaggio aiuterà in questo.

Il problema dell'aereo che non diventa più leggero durante il volo è in una certa misura importante, ma il risparmio sui costi di carburante e la possibilità di utilizzare molti ventilatori, ad esempio per assistere il flusso d'aria attorno all'ala, può aumentare la portanza a bassa velocità e quindi compensare l'aumento della massa attraverso l'inviluppo di volo. La probabile forma di realizzazione di eliche controrotanti ciascuna con pale a passo variabile azionate elettricamente che possono ottimizzare sia la velocità della punta che l'angolo rispetto alle condizioni insieme all'accelerazione di un volume d'aria molto più grande più lentamente aumenterà notevolmente l'efficienza complessiva. La propulsione elettrica nei ventilatori controrotanti è meccanicamente molto più semplice di quella collegata a una turbina diesel o a reazione e può adattarsi all'alta velocità degli aerei commerciali (vedere https://en.wikipedia.org/wiki/Propfan) che dimostra che i ventilatori senza condotto controrotanti possono offrire vantaggi in termini di efficienza. I problemi di rumore sono una funzione del dover collegare queste eliche ai singoli motori a reazione, il che significa ancora una volta un'elevata velocità di punta come prodotto delle limitazioni sul diametro e degli alti regimi del motore. Quando è alimentato elettricamente, è possibile utilizzare più ventole a una velocità di punta molto più lenta, questo riduce il rumore prodotto.

Il peso delle ventole extra è parzialmente compensato dai guadagni derivanti dalla rimozione della carenatura sia in termini di peso che di resistenza .

A causa del problema della ricarica, la probabile forma di realizzazione saranno motori avanzati a maggiore efficienza che ricaricano le batterie una volta in crociera e in discesa e ricaricano l'energia richiesta durante la salita. Questi potrebbero utilizzare generatori superconduttori e con un'adeguata riserva di batteria il rischio di guasti catastrofici del generatore dovrebbe essere mitigato.

È possibile sfruttare la maggiore efficienza dei "ventilatori elettrici" principalmente volando più lentamente. Quindi elimina il sudario e ti ritroverai con eliche normali. Allora tutto ha un senso.
La maggior parte delle batterie è in grado di ricaricarsi completamente in meno di 1 ora. Molti in 30 minuti. 10 minuti all'80% di carica non sono fuori discussione con un'adeguata gestione termica. Non vedo questo cambiamento con l'aumento della densità di energia, quindi non vedo perché la densità di potenza sarebbe un problema. Ma sì, come ha detto Peter, sarei interessato alla tua spinta per kW a velocità mach 0,85.
#5
+4
Max
2016-10-01 17:00:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tutti i commenti sono molto veri e validi. Vorrei solo aggiungere che Siemens ha realizzato e testato in volo un motore per aeroplani da 260 kW con un rapporto peso / potenza di 5 kW / kg specifico per il tipo di aeromobile ICE monomotore e ritiene che il design sia scalabile in modo tale che gli ibridi della serie regionale da 100 posti potrebbero essere presto una realtà. Importante da notare qui è che gli ibridi affrontano i problemi di densità di energia della batteria, nonché il peso al decollo rispetto all'atterraggio e i motori elettrici migliorano notevolmente la sicurezza rispetto ai convenzionali ICE (motori a combustione interna)

Ciao e benvenuto in Aviation.SE. Grazie per la buona prima risposta. Aggiungere riferimenti a questa risposta lo renderebbe ancora migliore.
Ecco il collegamento al sito Web di Siemens relativo al motore dell'aereo citato e al suo utilizzo in un aereo acrobatico Extra 330LE. Http://www.siemens.com/press/en/feature/2015/corporate/2015-03-electromotor.php? contenuto [] = Corp
#6
+4
Therac
2019-05-25 12:51:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

(Anche se a questa domanda è stata data da tempo una risposta, credo che ci sia qualcosa che può essere aggiunto poiché continua a essere chiesto e la tecnologia non è del tutto statica.)

Diamo prima un'occhiata alla potenza / peso rapporti. Il numero più alto per i motori delle auto di Tesla è 8,5 kW / kg. L'Emrax 268 specifico per velivolo elettrico eroga circa 11,6 kW / kg.

In confronto, il Trent XWB eroga 430 kN di spinta a una portata di 300 m / s, che equivalgono a 64,5 MW di potenza, in un pacchetto di 7.550 kg - un rapporto potenza / peso di 8,5 kW / kg. Tuttavia non si tratta di mele rispetto alle arance: questo rapporto è per l'intero pacchetto, motore e ventola, e misura la potenza utile, come la potenza delle ruote di un'auto.

In breve, i motori a turbina sono ancora più leggeri dei motori elettrici, ma la differenza non è drammatica: dove i motori completamente elettrici non riescono ad accumularsi è la gamma. L'ho elaborato in risposta a un'altra domanda: Esistono aerei elettrici ibridi?. La versione corta è che la massima autonomia possibile di un aereo elettrico è di 10 nmi per ogni% del suo peso dedicata alla batteria. Questo limita la portata degli aerei elettrici a 300-450 nmi, se si attacca alle frazioni di carburante degli aerei di linea conosciuti.

Ma ci sono applicazioni per l'aviazione in cui questo è sufficiente. La più importante risorsa non rinnovabile consumata dall'aviazione moderna - la fornitura di Cessnas e Pipers degli anni '60, senza la quale nessuno potrebbe permettersi di diventare un pilota - non durerà per sempre. Se le autorità lo permettessero, i propulsori Tesla prodotti in serie potrebbero alimentare trainer e aerei GA a una frazione del costo di proprietà di un motore avgas certificato.

#7
+1
Adam Davis
2016-04-15 21:10:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sì. In sostanza, la tua domanda si riduce a:

Ignorando la potenza assorbita, un motore elettrico può produrre un'uscita equivalente a un motore a reazione con le dimensioni e il peso di quel motore a reazione?

Quindi:

Il rapporto peso / potenza di un motore a reazione è maggiore dei motori elettrici?

e

Il rapporto potenza / volume di un motore a reazione è maggiore dei motori elettrici?

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

Il motore turbofan GE90-115B Brayton utilizzato sul Boeing 777 ha un rapporto peso / potenza di 10,0 kW / kg.

Un elettrico motore realizzato per l'aviazione, l'EMRAX268, ha una potenza significativamente inferiore, ma raggiunge 10,0 5kW / kg.

Alcuni saranno preoccupati se i motori possono aumentare, ma come si può vedere nel settore dei veicoli elettrici elettrici veloci le auto sono prontamente disponibili e le dimensioni e il volume del solo motore a nd i suoi componenti richiesti (raffreddamento, controllo) sono più piccoli e leggeri dei motori a gas per quei veicoli che possono competere in termini di accelerazione e velocità massima.

Ancora più significativo è che il motore elettrico e i suoi componenti sono non solo sono più leggeri e più piccoli, ma sono anche più economici.

L'unico fattore limitante per l'aviazione elettrica è la fonte di alimentazione e, come passo avanti, ogni grande produttore sta già progettando aerei elettrici ibridi. Per quanto potenti siano i motori a reazione, non sono ancora efficienti in termini di carburante (e quindi efficienti in termini di emissioni) come potrebbero essere. Entro un decennio potrebbero essere disponibili sul mercato generatori alimentati da jet fuel che alimentano motori elettrici.

Questi aerei ibridi non sarebbero possibili se i motori elettrici non potessero reggere il confronto in termini di dimensioni, peso e potenza rispetto a un motore a reazione.

#8
+1
Jason Hubbard
2016-08-27 13:10:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Approssimativamente, potenzialmente, ma ci sono alcune differenze fondamentali nel confronto tra un motore a reazione e il teorico "motore a reazione elettrico", che sono molto diverse dal confronto tra un motore di un'auto e un veicolo elettrico.

In particolare, come accennato in precedenza, il turbo-ventilatore è azionato meccanicamente dall'espansione termica di combustione dell'aria compressa dal suo compressore. A velocità di crociera (dove il motore a reazione è ottimizzato), questa è una disposizione molto più efficiente in termini di consumo di carburante rispetto al funzionamento a velocità di crociera di un motore a combustione di automobile.

Fondamentalmente, ci sono due punti in cui il calore rilasciato viene convertito in energia meccanica: in primo luogo, gran parte del rilascio di calore della combustione viene catturato dalla turbina che aziona il compressore. In secondo luogo, l'ugello di scarico converte anche il calore non catturato dalla turbina in energia cinetica accelerando il flusso di massa attraverso il motore, convertendo un delta di pressione generato dall'espansione del calore in un delta di velocità attraverso la geometria dell'ugello. In confronto, il motore a combustione converte l'espansione del calore dei gas di scarico in energia meccanica azionando un pistone lineare e non ottiene energia meccanica dallo scarico. In generale, le turbine sono più efficienti dei pistoni nella conversione dell'energia meccanica. C'è anche un'efficienza terziaria, vale a dire che la combustione ad alte pressioni converte in modo più efficiente il calore in pressione poiché la densità gassosa è più alta, quindi più energia chimica del carburante viene convertita in energia cinetica in un motore a reazione rispetto a un motore a combustione, semplicemente in virtù della maggiore pressione della reazione di combustione nel motore a reazione. Lo "svantaggio" del motore a reazione è che per far funzionare l'intero allestimento in modo efficiente è necessario operare a una frazione significativa di Mach, molto più velocemente di quanto il trasporto via terra possa gestire in sicurezza. Quindi, i motori a combustione governano la terra ei motori a reazione governano il cielo nel paradigma attuale.

Quindi, anche supponendo un'alimentazione illimitata, dovresti comunque avere un motore molto efficiente in termini di efficienza dei costi energetici. Per l'avvio, dovresti avere un motore che operi a velocità di crociera simili. Anche lasciando da parte la generazione infinita di energia, possiamo ancora considerare che più tempo in aria è un lasso di tempo più lungo lungo il quale l'aereo deve essere autosufficiente dal punto di vista energetico, generalmente equivalente a più massa nella batteria e / o nella generazione di energia. Una massa maggiore riduce l'efficienza meccanica su base operativa dell'aeromobile, perché è più energia che devi spendere per accelerare e decelerare la massa extra.

Quindi in un equivalente azionato da un motore elettrico, probabilmente hai ancora qualcosa che assomiglia a un turbo-ventilatore. Tranne che il tuo motore guida principalmente la ventola del compressore e la turbina è lì principalmente per recuperare parte dell'energia di compressione (che genera anche calore) in energia per guidare determinate funzioni del motore come la circolazione del refrigerante e della lubrificazione, possibilmente una rigenerazione di potenza. Quindi probabilmente una turbina più piccola, ma questo ti mette di fronte al fatto scomodo che la compressione dell'aria non è molto efficiente dal punto di vista energetico come mezzo per generare spinta. Se lo fosse, faremmo funzionare gli aerei con l'aria compressa.

Ciò a cui si arriva genericamente è che l'elettrificazione dei viaggi aerei probabilmente non assomiglierà alla tecnologia attuale dell'era dei jet. È entro i limiti della tecnologia nota applicare l'efficienza dei motori elettrici al problema del trasporto aereo, ma è probabile che l'architettura risultante sia molto diversa, così come l'architettura fondamentale di un veicolo elettrico completo è diversa da un'automobile a gas. Questo probabilmente significherà anche un'infrastruttura fondamentalmente diversa.

Ad esempio gran parte dell'energia di un volo viene assorbita nell'accelerazione iniziale, quindi è possibile che un aereo EV decolli da una pista che assomiglia più a quella di una portaerei che a una strada pianeggiante, con un lancio assistito. Allo stesso modo, riprendere l'energia in atterraggio potrebbe utilizzare di nuovo un sistema più simile a quelli visti sulle portaerei, dedicato solo alla cattura rigenerativa piuttosto che alla decelerazione rapida.

Più direttamente, però, il problema fondamentale è generare spinta a velocità vicine a Mach. L'efficienza dei motori elettrici nel trasformare l'energia elettrica in potenza meccanica rotazionale è in qualche modo mitigata dalla meccanica dei fluidi subsonica e supersonica, perché un velivolo deve generare spinta accelerando un flusso d'aria o 'spingendo' contro l'aria in un modo o nell'altro. A queste velocità, le eliche iniziano fondamentalmente a perdere la loro efficienza, e i metodi di propulsione al di sopra di queste velocità si basano quindi sull'espansione dei gas con il trasferimento di calore nel gas. Quindi, per competere in queste aree di velocità, è necessario escogitare un mezzo efficiente dal punto di vista energetico per trasferire il calore al flusso d'aria (compresso), che è molto diverso dalla semplice applicazione della tecnologia nota del motore elettrico.

`A parte il fatto che il tuo motore guida principalmente la ventola del compressore`, ma è già quello che succede, la turbina è lì solo per estrarre l'energia necessaria per il compressore e la ventola.
"gran parte dell'energia di un volo viene assorbita nell'accelerazione iniziale" - solo per voli a corto raggio e di basso livello. Per qualsiasi condizione realistica la tua ipotesi è del tutto sbagliata e appartiene a un campo chiamato balistica.
@ Fedrico Quello che voglio dire è che mentre un motore a reazione a petrolio è azionato dalla sua turbina, convertendo il rilascio di calore dalla combustione del carburante in energia rotazionale per azionare il compressore, un 'motore' subsonico / ipersonico azionato da un motore elettrico applicherebbe il motore elettrico alla ventola del compressore, poiché il compressore sarebbe il luogo meccanicamente più efficiente per applicare l'energia rotazionale azionata da un motore elettrico. In questa disposizione, può ancora essere efficiente dal punto di vista energetico riprendere parte dell'energia con una turbina, ma la turbina non aziona il motore, il motore elettrico sì.
@Peterkampf, l'Airbus E-Fan applica già un motore elettrico sulla sua ruota principale per accelerare durante il decollo, portando l'aereo a circa 60 km / h. Un assistente al lancio a terra otterrebbe un effetto simile, ma ridurrebbe la massa sul veicolo di volo: quel motore di assistenza al lancio sull'E-fan è un peso morto per il resto del volo. Con l'assistenza al lancio a terra, potresti risparmiare più energia ed estendere la portata di un EV aereo. Soprattutto se il lancio assistito forniva il 100% di energia per la velocità di decollo. La Marina utilizza il lancio assistito per decolli brevi, nessun motivo per cui non può essere utilizzato per l'efficienza energetica.
@JasonHubbard: Un aereo con una frazione di carburante del 20% e un'efficienza del 25% (conversione dell'energia chimica in lavoro) utilizza lo 0,0346% dell'energia necessaria per accelerare il viaggio fino a una velocità di decollo di 150 nodi. Su un aereo elettrico comparabile sarai in grado di risparmiare lo 0,0346% della capacità ipotetica della batteria utilizzando un lancio di catapulta, oppure puoi allungare la sua portata di una frazione simile. Otterrai molta più efficienza ad es. scegliendo venti favorevoli durante il tragitto o spendendo la spesa della catapulta per una struttura più leggera.
#9
  0
kuda
2016-08-28 19:26:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bene, la cosa su cui dobbiamo iniziare a considerare è che i motori a reazione sono in grado di fornire una quantità molto elevata di spinta, ma funzionano secondo un semplice principio di una turbina a gas. In qualche modo è possibile realizzare un motore elettrico per la propulsione ma sarà complesso, molto pesante e di potenza inferiore. L'unico modo in cui un motore elettrico funzionerebbe è sostituire il nucleo del motore a reazione con un qualche tipo di motore elettrico, che può ruotare il disco del ventilatore, creando spinta; tuttavia, considerando quanta coppia è necessaria per farlo girare al fine di generare una spinta ragionevole è un incubo, anche il motore necessita di batterie pesanti.

#10
  0
Keegan
2016-09-02 18:31:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sì, potrebbero. Come hai detto, supponendo che il problema dell'ALIMENTAZIONE DI CORRENTE sia stato risolto. In fondo, un motore a reazione riscalda l'aria, sfrutta l'espansione per azionare un compressore e nella maggior parte dei turboventole aziona l '"elica". Mentre attualmente tutti i motori a reazione utilizzano carburante in combustione per produrre quel calore, il principio alla base del sistema non dovrebbe preoccuparsi della provenienza del calore. Se potessi scaricare abbastanza energia attraverso i riscaldatori elettrici nella sezione di combustione di un motore altrimenti standard, penso che in teoria potresti azionare lo stesso identico motore con l'elettricità.

Per un moderno turbofan, ciò sarebbe circa 35 MW di potenza che dovresti scaricare nei riscaldatori d'aria nella sezione "combustione". Questa sarebbe una sfida ingegneristica piuttosto grande, ma non credo che sia fuori dal regno delle possibilità in teoria. Un'opzione potrebbe essere l'utilizzo di scintille al plasma, come una saldatrice ad arco. Anche in questo caso, la durata dell'elettrodo sarebbe un problema, ma non necessariamente impossibile. Il merito di questa idea viene da questa pagina: http://contest.techbriefs.com/2013/entries/aerospace-and-defense/3129

#11
-1
Carlo Felicione
2016-08-05 12:50:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

A parte le tecnologie della batteria e del motore, c'è un grosso problema con l'applicazione dei motori elettrici sugli aerei commerciali e questo è il tempo di ricarica. Gli aerei commerciali guadagnano solo quando sono carichi di passeggeri che pagano le entrate e in volo; quando sono a terra, è estremamente costoso. I combustibili chimici convenzionali non solo racchiudono una grande quantità di densità energetica, ma sono anche estremamente facili da rifornire. Il rifornimento di carburante di un aereo passeggeri richiede pochi minuti, in alcuni casi anche mezz'ora per esempio un A-380 o un 747. Le batterie attualmente richiedono ore per ricaricarsi, quindi ciò avrebbe un'enorme implicazione sul ritardo di un volo passeggeri o cargo .

Personalmente, non vedo un aereo commerciale a propulsione elettrica come una valida alternativa agli attuali motori a reazione. Probabilmente la forma più pulita di viaggio aereo sarebbero gli attuali motori a reazione ad alta efficienza alimentati da un carburante bio diesel a emissioni zero.

La domanda riguarda i motori, non le batterie o il carburante. Ad ogni modo, la maggior parte delle batterie al litio accetta una corrente di carica superiore a 1C senza danni significativi, data una buona gestione termica. Ciò si traduce in una carica dell'80% in circa 30 minuti. Basta guardare le auto elettriche (tesla, foglia, ecc.) O gli smartphone con ricarica rapida.
Un'altra soluzione sarebbe anche quella di sostituire (parte della) batteria, operazione che potrebbe essere eseguita facilmente in pochi minuti. Tuttavia, come sottolineato, la domanda riguardava i motori che presumevano che l'alimentazione non fosse un problema.
Quindi devi capire dove montare detti pacchi batteria nell'aereo. Sarebbe stato difficile che facessero parte della struttura alare. E lo spazio della fusoliera è già consumato da passeggeri e merci.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...