Comments 106
у литий-ионных аккумуляторов энергетическая плотность 100-150 Вт∙ч/кг, у литий-полимерных — 150-200 Вт∙ч/кг.
здесь под литий-полимерным понимается тот же самый литий-ионный, но в мягком пластиковом корпусе зачастую без предохранителя, а вот литий-ионный — скорее всего цилиндрический или в жестком корпусе любой другой формы. Отсюда и такая «прорывная» разница в энергетической плотности.
В основу устройства Li─Pol аккумуляторных батарей был положен процесс перехода ряда полимеров в полупроводниковое состояние при внедрении ионов электролита в них. При этом проводимость возрастает в несколько раз. Исследователи в основном были заняты подбором полимерного электролита для АКБ с металлическим литием и Li─Ion моделей. В теории допускается увеличение энергетической плотности батарей с полимером в несколько раз по сравнению с литий─ионными. На сегодняшний день можно выделить несколько групп Li─Pol аккумуляторов, отличающихся по составу электролита:
-С гелеобразным гомогенным электролитом. Он получается в результате внедрения в структуру полимера солей лития;
-С сухим полимерным электролитом. Этот тип изготавливается на основе полиэтиленоксида с разными солями лития;
-Электролит в виде микропористой полимерной матрицы, в которой сорбированы неводные растворы литиевых солей.
Да, я еще та зануда! ;)
нужно не использовать аргументы
Верю своим глазам
Следующее утверждение не соответствует правде:
Во втором — гелеобразный электролит на основе проводящих полимеров, что позволило существенно улучшить эксплуатационные характеристики.
Гелеобразный электролит получается связыванием с помощью химических реакций обычного жидкого электролита и фактически потом, не смотря на отсутствие влаги при контакте, в таком электролите до 50% того же жидкого электролита. И там используется не «проводящий» полимер, а самый обычный. Проводящий полимер — это как раз и есть то, что дало название полимерным аккумуляторам и на данный момент экономически оправданные варианты в продаже отсутствуют.
Мнение ученых относительно гелевого электролита разделились. Кто-то считает его подвидом твердого электролита ( в оригинале назвалось это «твердый полимерный электролит», было сокращено в маркетинговых целях на одно слово), другие возражают, что есть свинцовые аккумуляторы с гелевым наполнителем и в строгом смысле слова это гибридный аккумулятор, но никак не полимерный. Они от этого совершенно другими не стали.
Чтобы не плодить комментарии, отвечу и на ваш нижний комментарий.
Недостаток сайтов с подобной информацией в рунете — отсутствие собственно исследовательской базы и разработчиков в постсоветском пространстве. Потому зачастую есть набор мифов рядом с фактами по переводным статьям, но из-за смешивания выходит ерунда.
В теории допускается увеличение энергетической плотности батарей с полимером в несколько раз по сравнению с литий─ионными.
Это все правильно для перспективных твердых электролитов.
С гелеобразным гомогенным электролитом. Он получается в результате внедрения в структуру полимера солей лития;
Ответил выше. Гибридный в лучшем случае.
-С сухим полимерным электролитом. Этот тип изготавливается на основе полиэтиленоксида с разными солями лития;
Есть только в научных разработках и малых сериях. Пользователь Bossa_Nova расписал подробнее, не вижу смысла повторяться.
-Электролит в виде микропористой полимерной матрицы, в которой сорбированы неводные растворы литиевых солей.
Во-первых, сепаратор литий-ионного с жидким электролитом и есть микропористый. Если называть полимерными такие аккумуляторы, то свинцово-кислотные AGM вообще уникальная вещь — свинцово-стеклянные аккумуляторы. Во-вторых, в самом заурядном литий-ионном аккумуляторе используются неводные растворы солей на основе органических веществ вроде диметил- или этанолкарбонатов (название переводное, я не химик, на английском называются эти вещества Ethylene carbonate и Dimethyl carbonate).
LFP — 3.2V или 3.4V
Я как-то касался вертолетной промышленности мельком.
Посчитал, что эти 2600 уже будут сравнимы с вертолетами по типу «Афалина»
Батареи весят больше бензина, но легче двигатель.
А затем — восстановление реагента на аэродроме.
Энергоёмкость же на килограмм, например у гидрида алюминия — как у керосина.
Комплексная реакция получается 2 AlH3 + 6 H2O + 3 O2 => 2 Al(OH)3 + 6 H2O (в цикл) + E (искричество)
А КПД у ДВС — обычно менее 30%… Т.е. плотность запасённой энергии бензина реально 3300, а остальное благополучно на ветер.
Как же бесят подобные авторы со своими нудными идиотскими дере-венскими сравнениями… Прямо как программисты… )) А они и есть программисты.
Тут о другом, скорее, речь. Для экономичности лучше делать двигатель помощнее, чтобы ставить два вместо четырёх. Но реализация такой мощности уже вызывает проблемы. Диаметр вентилятора доходит до четырёх метров, что создаёт проблемы и в эффективности собственно вентилятора, и аэродинамические (сопротивление гондолы), и компоновочные, и обслуживания.
С появлением маленьких, но мощных генераторов и двигателей появляется возможность поставить два эффективных турбодвигателя и, скажем, четыре вентилятора, пара которых будет приводиться электродвижком, а пара — непосредственно турбиной.
Правильнее было бы назвать такую схему «самолёт с электротрансмиссией», но «гибридный» для маркетинга выгоднее же.
Мюнхенские докладчики утверждают, что электромобиль пока не годится на роль массового беспилотника. Уйма датчиков и мощная вычислительная система на борту прожорливы: сегодня модулям индустриального стандарта требуется до полутора киловатт. На данном технологическом этапе оптимальным агрегатоносителем считается гибрид, сочетающий ДВС и электротягу. Распространение электромобилей и распространение беспилотников могут на время стать взаимоисключающими трендами.
Примечание. 40 км/день соответствует 10 тыс. км/год при поездкам по рабочим дням.
Как минимум один из крупнейших автоконцернов в прошлом отказывался(на годы как минимум) от гибридов в пользу разработки полностью электрических авто, по слухам причина была в прочитанной бесперспективности по сравнению с чисто углеродными и электрическими ввиду отсутствия финансовой поддержки госорганов на основных рынках сбыта.
Не пойму, что они хотят достичь таким гибридом. Какие преемущества гибридной силовой установки, в основе которой лежит газовая турбина-генератор и электрический турбовентилятор?
2) у электромоторов меньше движущихся деталей
3) может быть выше кпд (ибо генератор в стабильном режиме)
4) должен быть простой реверс (ибо электромотор)
простой — в смысле механики: никаких редукторов\коробок передач и т.д.
Суть реверса в авиации — он нужен здесь и сейчас, сразу после касания.Переключение одним реле электродвигателя с питания на резистор быстрее чем время реагирования ДВС или ТРД на механизм управления, при любых раскладах. А если автомат перекоса используется — то ему абсолютно всё равно от ДВС/ТРД он вращается, или от электродвигателя.
Пока пропеллер будут тормозить с максимальных оборотов и раскручивать обратно — самолёт уже будет торчать в заборе за пределами ВПП.А вы в курсе что кроме ТРДД (которым реально нужен реверс) в авиации существуют и прекрасно применяются турбовинтовые двигатели (которые и без реверса с задачей справляются — см. авторотация)?
Есть еще одна проблема. По мере выработки углеродного топлива самолёт становится легче и потребление топлива падает. Опять таки посадочная масса — далеко не все ВС могут совершить посадку с полной заправкой и должны сбросить горючее в воздухе.Ай яй яй, не хорошо так делать — вы только что прямо ткнули в преимущество электросамолёта (для аварийной посадки ему не надо терять время на сброс топлива как обычному) но у вас это почему-то исключительно недостаток оказался. И такие случаи бывают даже в практике авиационных перевозок — вспомните хоть Ту-154 под Сочи и чудесное спасение A-320 в Нью-Йорке (был бы там пилот менее опытный там бы тоже была катастрофа).
На батарейках же самолёт имеет практически одинаковую массу и на старте и на финише. Следовательно нужно упрочнять шасси, что опять таки проводит к росту массы.
При этом у авиационного топлива плотность энергии 42,8 МДж/кг — не далеко от теоретического предела в 40,1 МДж/кг для литий-воздушных батарей (и это думаю далеко не лучшая технология, которую можно создать). А бензин/керосин в этом плане тупик — вы не выжмете из него больше теоретического предела (а водород в качестве топлива или имеет низкую плотность, или оказывается слишком опасным при сжатии). Лучше развивать перспективные технологии, чем топтаться на месте пытаясь выжать ещё 0,1% эффективности из ДВС или ТРД.
Переключение одним реле электродвигателя с питания на резистор быстрее чем время реагирования ДВС или ТРД на механизм управленияОткрою «страшную тайну» — двигатель управляется не «одним реле», а достаточно сложной системой управления. Не говоря уже об инерционных перегрузках, которые возникнут во вращающихся частях, как только 2 МВт будут закорочены на мега-резистор. Про токи коммутации, «стремящиеся к бесконечности» при резком торможении ротора, тоже забывать не следует.
При этом у авиационного топлива плотность энергии 42,8 МДж/кг — не далеко от теоретического предела в 40,1 МДж/кг для литий-воздушных батарейИ как это поможет достичь скорости истечения потока воздуха с вентилятора, сравнимого со скоростью истечения реактивной струи? А тяга двигателя прямо-пропорциональна разнице скорости истечения и скорости полета. Нет смысла в самом «экономичном» двигателе, если он не способен создать тягу, необходимую для полета.
На самом деле нет. Дело в том, что увеличение скорости вращения вентилятора действительно увеличивает расход, но уменьшает эффективность(Двигатель конечно качает больше воздуха, но затраты энергии на это увеличиваются еще сильнее), а особенно при достижении звуковой скорости на законцовках лопастей, поэтому вентиляторы проектируют так, чтобы не превысить эту скорость, но и получить быстрый поток. Нужно ли это? До какой-то степени — да. Но тут для больших двигателей (как в посте и больше) речь идет не более чем о 10 000 об/мин, что является далеко не пределом для тех типов электродвигателей, которые разрабатывают для авиации.
На ТВД НК-12М мощностью 15000 л.с. (~10МВт) прекрасно работает редуктор для соосных винтов. Так что «коробка передач на 2 мегаватта»-это действительно не проблема
пожалуйсте не путайте редуктор с постоянным передаточным числом и коробку передач с переменным передаточным числом. Таких в авиации нет. Они будут весить больше, чем сам двигатель. Но если взять генератор и электродвигатель (как в посте), это будет отличной возможностью заменить механическую коробку передач.
А теперь давайте по пунктам принципиальные ограничения электровентилятора и желательно обоснования. А я разуверю вас в том, что они связаны с частотой вращения.
Обычный ВИШ лучше. Главный недостаток — КПД на высокой скорости падает и шумность растёт (см. развесёлые гонки на Ту-95).
В статье говорится об электрическом авиадвигателе и в нем движитель — винт, а не реактивная струя газа. Есть, конечно, и электрические реактивные движители, например ионные, но пока только в космосе)
Один из способов повысить кпд турбореактивного двухконтурного двигателя — это позволить турбине вращаться быстрее, а вентилятору медленнее. Этого можно достичь путем использования редуктора. Например на американских двигателях Pratt & Whitney PW1400G, которые стоят сейчас на российском МС-21 использован планетарный редуктор. Создать редуктор, который работает при столь больших нагрузках, и при этом имеет большой ресурс — очень сложная техническая задача. Думаю это одна из причин появления технических решений гибридных силовых установок, где вентилятор раскручивает электромотор, обороты которого можно задать по оптимальному закону.
Импеллеры — лютый враг КПД. Странно что не выбран электродвигатель с винтом изменяемого шага + ВСУ в качестве генератора. Возможно на отсутствии трансмиссии и работе ВСУ на максимально эффективных оборотах вполне можно было бы сэкономить топливо. Хотя на авто такие схемы не прижились...
Отказ от сверхзвука и общие тенденции говорят о том что скорость сама по себе не так сильно волнует, интересует окупаемость за единицу времени, и если увеличение интервала в полётах покроет расходы то на это пойдут.
Кроме того, КПД импеллера увеличивается по мере роста скорости самолета.Правильнее сказать, изначально более низкий КПД импеллера снижается со скоростью чуть медленнее, чем у «классического» воздушного винта.
- Собственно, Сименс уже примерно год как вовсю эксплуатирует полностью электрический одноместный самолёт:
https://www.siemens.com/press/en/feature/2015/corporate/2015-03-electromotor.php
- Большая часть ноу-хау и хайтека в электроприводе заключена совсем не в электромоторе, а как раз в инверторе, который сам по себе обычно сконструирован в виде хитрого компьютера с операционной системой реального времени, помимо преобразования типов энергии решающей и ещё кучу других задач.
Ну и стоимость межполетного и регламентного обслуживания ниже.
Интересно, Боинг+GE уже работают над этой темой? А то можно и от поезда отстать
Илон бы улыбнулся, читая это.
Я один задаюсь вопросом: почему до сих пор нет самолетов на водороде? При такой-то плотности.
Потому что LZ 129 «Гинденбург» (нем. Hindenburg) :-)
Водород очень горюч и очень летуч. С такой интенсивностью воздушного движения, как сейчас, катастрофы будут регулярны (скорее всего на земле)
метастабильный металлический водород
Это конечно было бы отлично. Но суля из статьи про плотность энергии металлического водорода. При катастрофе на месте аэродрома будет кратер.
Даже если и могут производить в нужных количествах то только для многоразовых ракет.
Там да можно и на 1 ступени взлетать и садиться. По самолётному даже ).
Во время испытаний один из его турбовентиляторных реактивных двигателей BAe 146 заменят на двухмегаваттный электродвигатель Siemens. Когда система докажет свою жизнеспособность, будет предпринята попытка заменить ещё одну «турбину».
Да уж, это вам не электромобиль- заменили всю тягу на электро, что-то пошло не так- стоим на обочине, ждём ремонта(зарядки). Здесь если что-то пошло не так — аварийная посадка в лучшем случае.
И вот ещё какая мысль — разве вся эта схема с гибридной установкой это не усложнение движителя (читай увеличение кол-ва деталей, уменьшение ресурса, повышение вероятности выхода из строя )?
Вы не заметили, но электромобиль — это уже не ДВС в в плане надежности: в последних версиях часто идут два электромотора — на переднюю и заднюю ось. При отказе одного из них или его инвертора электромобиль способен продолжать движение. Также батареи соединены в последовательно-параллельные сборки. При отказе одной или нескольких из них электромобиль тоже способен ехать. КПП нет.
С точки зрения гибрида в самолете тоже не сильное усложнение — получаем четыре простых независимых электромотора и два генератора(на случай, если один откажет) в итоге имеем гибкую систему с избыточностью — при отказе одного из генераторов, другой все равно способен питать все 4 мотора(с уменьшенной мощностью, конечно).
Также не стоит забывать, что электромоторы имеют очень хороший коефициент перегрузки ( пример — Тесла — средняя мощность мотора не более 20кВт, кратковременная — 150кВт и выше). Не думаю, что у самолетных двигателей есть такие способности.
Для сравнения, у бензина — 11000 Вт∙ч/кг
С поправкой на КПД ДВС(менее 40%) разница не такая уж великая. (КПД ТРД скорее всего еще ниже)
У алюминий-воздушных топливных ячеек точно плотность энергии выше. С мощностью там не очень правда. Но как только найдем легкую альтернативу меди в обмотках электродвигателей — полетит сразу!
На батарейках же самолёт имеет практически одинаковую массу и на старте и на финише. Следовательно нужно упрочнять шасси, что опять таки проводит к росту массы.
В общем, всё непросто и думается в ближайшей перспективе всё ограничится опытными моделями и лёгкими компактными электролётами. Для межконтинентальных полётов нужны качественно новые источники энергии, которых пока нет даже в проектах.
Логично было бы с винтовыми в первую очередь, с прямым приводом на вал.
Вспомнить Ту-95ЛАЛ и электрический Ан-24 — куда проще…
А тут аж гибрид, хрен там они его сертифицируют.
1. топливо выгорает, планер становится легче — как следствие нужно создавать меньшее давление под планером (изменение угла атаки (лобового сопротивления) + уменьшение тяги двигателя = увеличение КПД)
2. за бортом минусовая температура и если не поддерживать температуру аккумуляторов в нужном диапазоне они потеряют свою энергетическую эффективность.
Но при этом всё пространство заполнено, думаю, лучшим в мире теплоизолирующим материалом — тепло через него проходит только в виде излучения
не задумывались почему бугатти вейрон кушает 1 литр бензина на 1 км расстояния при скорости в 400 км/ч? может потому что плотность воздуха у автомобиля на носу очень сильно приближается к плотности воды? :)
Airbus, Rolls-Royce и Siemens создают гибридно-электрический самолёт