Airbus, Rolls-Royce и Siemens создают гибридно-электрический самолёт


    Первый полёт гибридно-электрического демонстратора E-Fan X ожидается в 2020 году

    Как и в автомобильной индустрии, авиационная промышленность тоже постепенно готовится к переходу на электрические двигатели. Здесь тоже на первом этапе появляются гибридные силовые установки, потому что современные аккумуляторы и близко не могут сравниться по энергетической плотности с химическим топливом. Например, у литий-ионных аккумуляторов энергетическая плотность 100-150 Вт∙ч/кг, у литий-полимерных — 150-200 Вт∙ч/кг. Для сравнения, у бензина — 11000 Вт∙ч/кг, у водорода — 33000 Вт∙ч/кг. Так что сначала будут гибриды: с бензином и электродвигателями. Некоторые специалисты авиационной индустрии считают, что будущее авиации — однозначно за гибридно-электрическими машинами, а уже потом за чисто электрическими. Здесь траектория развития такая же, как у автомобилей.

    Интересный эксперимент в этой области проводят Airbus, Rolls-Royce и Siemens. Эти компании образовали партнёрство для разработки демонстратора, который станет важным шагом на пути к гибридно-электрической коммерческой авиации.

    О создании альянса с привлечением «одних из лучших в мире экспертов по электрическим технологиям и силовым установкам» объявлено на мероприятии Королевского аэронавигационного общества в Лондоне.

    Первый полёт гибридно-электрического демонстрационного самолёта E-Fan X ожидается в 2020 году после тщательных наземных испытаний, где в качестве «испытательного стенда» используют BAe 146, коммерческий среднеразмерный реактивный самолёт, производившийся British Aerospace (Великобритания) в 1983–2003 гг.

    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».

    Каждой из трёх компаний в альянсе предназначена своя зона ответственности. Airbus отвечает за общую интеграцию всех компонентов, систему управления гибридно-электрической установкой и батареями, а также интеграцию с органами управления полётом. Rolls-Royce предоставит турбовальный двигатель со свободной турбиной, двухмегаваттный генератор и электронику системы питания. Вместе с Airbus они будут работать над приспособлением вентилятора с существующей гондолой и электродвигателем Siemens. Соответственно, Siemens предоставит двухмегаваттный электродвигатель и источник питания для него, а также инвертор, DC-DC преобразователь и систему распределения мощности.

    Главный технический директор Airbus Пол Ерёменко говорит, что E-Fan X станет важным шагом на пути к гибридно-электрической коммерческой авиации и продолжит славную историю предыдущих демонстрационных моделей, на которых испытывали электрическую тягу: начиная от Cri-Cri, e-Genius, E-Star и заканчивая самым последним испытательным самолётом E-Fan 1.2. У компании Airbus большая история испытания электрических самолётов по программе Airbus E-Fan, а с 2016 года Airbus сотрудничает с Siemens по программе E-Aircraft Systems House.

    Испытательная машина E-Fan X поможет изучить проблемы, которые возникают в гибридно-электрических силовых установках большой мощности: тепловые эффекты, управление электрической тягой, воздействие высоты и скорости на электрические системы, а также проблемы электромагнитной совместимости. Эта программа одновременно поможет воспитать новое поколение инженеров и дизайнеров, которые определят лицо авиации будущего. Пол Ерёменко уверен, что будущее авиации — однозначно за гибридно-электрическими машинами.

    Похоже, что с ним согласны и другие специалисты. В том числе из России. Например, на июльском авиашоу МАКС-2017 российский НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского» впервые продемонстрировал части модели гибридно-электрической силовой установки, в мотогондоле которой находится электрический мотор, вращающийся винт и система его управления. Как сообщается, главная особенность разрабатываемой силовой установки — «применение электрического оборудования с эффектом высокотемпературной сверхпроводимости». Планируемая номинальная мощность перспективной гибридно-электрической силовой установки — 500 кВт. На первом этапе усилия планируется разработать гибридно-электрическую силовую установку на сверхпроводниках. Затем на его основе — серийного электрического двигателя для самолета на 9–19 пассажиров. Программа рассчитана на три года.
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 106

      –1
      Побуду занудой
      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.
        +2
        Вообще-то, литий-ионные и литий-полимерные — это разные технологии, различающиеся, в основном, типом применяемого электролита. В первом случае применяется жидкий электролит(первоначально на основе кобальта и марганца), которым пропитывался пористый сепаратор. Во втором — гелеобразный электролит на основе проводящих полимеров, что позволило существенно улучшить эксплуатационные характеристики. И те, и другие аккумуляторы могут заключаться в жесткий корпус и оснащаться схемами защиты от глубокого разряда и/или перезаряда. Различие в удельных показателях даже в рамках одного типа определяется тем, по каким характеристикам аккумулятор «оптимизирован»: максимальный разрядный ток, минимальный саморазряд и т.п. Да, я еще та зануда! ;)
          +2
          Не существует распространенных и выпускаемых коммерчески полимерных твердых или гелеобразных электролитов. Все (ну или совсем почти все) электролиты в современных батареях — жидкие. Полимерные электролиты пока «недотягивают». На случай, если вы знаете конкретные хим. формулы я говорю о PEO-, PVDF-HFP-, PMMA-based полимерных электролитах. Дальше публикаций и тестов дело не пошло. Надо допилить. То ионной проводимости не хватает, то стабильности, то температурной устойчивости. Литий-полимерных батареек на рынке нет!
            +2
            Верю своим глазам и akbinfo.ru:
            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.
            0
            Для заявления
            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).
              0
              Возможно, имеется путаница между «научными» и «коммерческими» названиями? Тем не менее, для многих универсальных зарядных устройств для заряда типы «Li-Ion» и «Li-Pol» различны. Для одних требуется указать «штатное» напряжение 3.6В, для других — 3.7В. Чем обусловлено это различие?
                0
                Тут тоже маркетинг, а не наука. Напряжение определяется типом электродов. Тот же аккумулятор с LiFePO4 имеет ниже напряжение, чем с LiCoO2. И обе могут быть литий-ионными с жидким электролитом.
                  0
                  Для LiFe там отдельная программа заряда. А для этих двух типов максимальное напряжение при заряде до 4.2В.
                    0
                    Как ниже написали, напряжение определяется материалами катодов, а не электролитом. Тем более, что он, как я выше писал, практически одинаковый. Есть еще такие, как литий-титанатные (это анод). У них 2,6 В. А в комбинации с литий-железо-фосфатным катодом выйдет вообще 2,2 В. И ведь мало кто про это на корпусе пишет.
                  +1
                  Напряжение зависит в основном от химии катода. 3.6V это обычное напряжение NCM 532(LiNiCoMnO2)ячеек. 3.7V- характерно для старых версий LCO ((LiCoO), современные LCO — 4.2V (до 4.3V)
                  LFP — 3.2V или 3.4V
            0
            То есть нужно увеличить эффективность запасания энергии в 100 раз? Хотя бы в 10? Или во сколько?
              0
              Вопрос в стоимости главным образом. Само электричество сильно дешевле. Вопрос со стоимостью аккумов. Уже с текущими ценами есть попытки получить буксиры для дельтапланов и планеров. При 2-5 раз будут легкие самолеты, потом тяжелые.
                0

                а почему "попытки", если Сименс вовсю эксплуатирует (см. ниже)?

                  0
                  Ну так оно стоит как спутник.
                    0

                    гм, а откуда такие цифры?

                0
                Литий-серные теоретически могут 2600 Вт∙ч/кг.
                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.
                  0
                  Газовая турбина ещё легче. Да, КПД у малых турбин не очень, так что из 11 Втч/г в дело пойдут 2..2,5, но редукторы и прочее всё равно нужны. И температура литий-серного 250-370 Ц унутре на весь объём, ссыкотно.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      0
                      У кого ресурс? У литий-серного аккумулятора? Ну полётов на двадцать точно хватит. Там не самое удачное сочетание температуры, давления и материалов унутре. Турбина и то может быть более долгоживущей, а уж керосинобак — тем более.
                      0
                      Топливные элементы на базе гидридов могут дать даже больший выход энергии чем турбина.
                      А затем — восстановление реагента на аэродроме.
                        0
                        КЯП, уровень их готовности даже ниже, чем у алюмовоздушных элементов.
                          0
                          Ну там гидрид металла просто как источник водорода для ТЭ. Просто добавь воды (ц)
                          Энергоёмкость же на килограмм, например у гидрида алюминия — как у керосина.
                            0
                            А воду где брать тогда? ;) Масса сразу растёт.
                              0
                              Дык от окисления этого водорода воды будет… может даже лишнюю выкидывать придётся.
                                0
                                Не придётся. КПД не 100 %. Стартовая вода нужна и тяжелеет «батарейка», потому что по три атома кислорода на каждый люминтий прилипает. А выбрасывать гидроксид — терять некопеечный химикат, годный в регенерацию.
                                Комплексная реакция получается 2 AlH3 + 6 H2O + 3 O2 => 2 Al(OH)3 + 6 H2O (в цикл) + E (искричество)
                      0
                      «у литий-полимерных — 150-200 Вт∙ч/кг. Для сравнения, у бензина — 11000 Вт∙ч/кг»
                      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.
                        0
                        Бессмысленно рассматривать кпд ДВИГАТЕЛЕЙ. Нужно сравнивать КПД и потребную для полета ТЯГУ силовой установки ЛА! Тяга ВРД (а импеллер в первом приближении — это тоже РД, только непрямого действия) определяется как произведение массового расхода воздуха через двигатель на разность скорости истечения и скорости полета: P=G*(c — v). А полетный КПД вычисляется по формуле n = 2/(1+с/v). Т.е. с увеличением скорости истечения газов из сопла двигателя тяга увеличивается, а КПД — снижается. 100% КПД соответствует нулевой тяге! ;)
                          0
                          Как же бесят комментаторы со своими остаточными знаниями, которыми они оперируют, будто эксперты области. У всех самолетных двс такой размерности, как в посте, да и у промышленных, кпд за 30 %. А если и сравнивать гтд и электродвигатели для самолетного применения, мало знать плотность хранения энергии и кпд двигателя, помимо того в обоих случаях очень много нюансов. Поэтому ваше «хэх, во автор дает, тут не в 100 раз разница, а в ~15» с технической стороны также глупо звучит.
                        0
                        нивосколько. Точнее, во столько, что для серьёзной (не покатушечной) авиации это нереально.
                        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.
                        +2
                        Тонкий момент, что в авто индустрии еще не случилось массового перехода на гибриды, более того, тема беспилотного транспорта муссируется не меньше (а вероятно и больше) и вот тут коса находит на камень. Недавно в Мюнхене проходила конференция по БТ под патронажем Nvidia:

                        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.
                          0
                          а что такое 1.5 киловатт автопилота на фоне сотен киловатт двигателя? (ну при обычной скорости десятки киловатт)
                            +2
                            Потребление маленьких автомобилей в городской среде около 0,2 кВтч/км. При проезде за день 40 км по городу на перемещение уйдет 8 кВтч, а для системы автопилота (пусть время пути будет час) — 1,5 кВтч. При этом в случае экономной езды можно выйти на 6 кВтч, а вот автопилот как потреблял, так и будет потреблять 1,5 кВтч. А это больше 15% всего потребления.
                            Примечание. 40 км/день соответствует 10 тыс. км/год при поездкам по рабочим дням.
                            0

                            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.

                            +1

                            Не пойму, что они хотят достичь таким гибридом. Какие преемущества гибридной силовой установки, в основе которой лежит газовая турбина-генератор и электрический турбовентилятор?

                              +2
                              1) более широкий диапазон крейсерской скорости
                              2) у электромоторов меньше движущихся деталей
                              3) может быть выше кпд (ибо генератор в стабильном режиме)
                              4) должен быть простой реверс (ибо электромотор)
                                0
                                Простой реверс изменением направления вращения для раскрученной до пары тысяч оборотов турбины или пропеллера? Ну-ну…
                                  +1
                                  то есть машину электромотором плавно затормозить (и включить потом реверс) — можно, а пропеллер/турбину — нельзя?

                                  простой — в смысле механики: никаких редукторов\коробок передач и т.д.
                                    +1
                                    Суть реверса в авиации — он нужен здесь и сейчас, сразу после касания. Пока пропеллер будут тормозить с максимальных оборотов и раскручивать обратно — самолёт уже будет торчать в заборе за пределами ВПП.
                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                        0
                                        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.
                                        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.
                                        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).

                                        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.
                                          0
                                          вы только что прямо ткнули в преимущество электросамолёта (для аварийной посадки ему не надо терять время на сброс топлива как обычному)

                                          Естественно, не надо терять, если сбрасывать нечего. Только как это стало преимуществом, непонятно. Вы батареи сбрасывать собрались, что ли?
                                            0
                                            Переключение одним реле электродвигателя с питания на резистор быстрее чем время реагирования ДВС или ТРД на механизм управления
                                            Открою «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 батарей
                                            И 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.
                                              0
                                              Скорость истечения — не проблема. Большая часть тяги создается вентилятором, который может приводиться от чего угодно. Более того, вентиляторы сейчас крутятся слишком быстро, из-за чего их эффективность ниже максимально возможной. Коробку передач на 2 мегаватта в двигатель не вставишь, а электродвигатель может крутиться медленнее, что даст прирост в эффективности
                                                +1
                                                Если скорость потока после вентилятора для Вас «не проблема» — поделитесь идеями с академиками ЦАГИ. А то они на такие ухищрения идут, чтобы получить сверхзвуковой поток в аэродинамической трубе. Еще и отдельную электроподстанцию построили, которая ее питает. Если вентилятор при том же диаметре будет вращаться медленнее — соответственно, снизится расход воздуха и тяга. При увеличении его диаметра — вырастет аэродинамическое сопротивление. 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. Только принципиальных ограничений «электровентилятора» она не снимает.
                                                  0
                                                  Это действительно не проблема. Академики ЦАГИ (двигателями так-то занимается ЦИАМ, а не ЦАГИ, ну да не суть, предположим вы имели ввиду НИЦ Жуковского, под эмблемой которого сейчас объединились эти два прекрасных института) имеют отдельную подстанцию потому что даже 2 мегаватта из обычной розетки не получить, а для обдувки моделей крыльев, самолетов и прочего может потребоваться и большАя мощность. И проблема у академиков ЦАГИ не в том, что они не могут получить сверхзвуковой поток от электродвигателей, а в том, что для этого требуется, мать его, прорва энергии! И такая расточительность для гражданского (и тем более коммерческого) самолета немыслима! Для любителей сверхзвукового потока сейчас разрабатывают наследников Конкорда, но поверьте, по тарифам «Победы» на этих наследниках вы полетать не сможете:) Кстати говоря, очень многие предприятия имеют свои подстанции, в этом нет ничего удивительного. Вы лучше напишите письмо в Роллс-ройс и предложите свои услуги инженера, пусть выкидывают редуктора на своих двигателях, от этого же падает скорость вращения вентилятора и значит скорость потока! А они — дураки — миллиарды баксов и десятки/сотни человеко-лет исследований и разработок вбухивают в свои редукторные двигатели… Вот тупые…
                                                  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.
                                              0
                                              Автомат перекоса с циклическим управлением лопастями, да ещё и управляющий вентилятором? а зачем? :)
                                              Обычный ВИШ лучше. Главный недостаток — КПД на высокой скорости падает и шумность растёт (см. развесёлые гонки на Ту-95).
                                              0
                                              Ну, при посадке обороты двигателя весьма далеки от максимальных.
                                          0
                                          Реверс (как и изменение тяги) в винтовых движителях осуществляется изменением шага винта. И механики в этом случае предостаточно.
                                            0
                                            Шаг чего именно вы будете менять в турбореактивном двигателе? Не зря реверс что на гражданских лайнерах, что на некоторых редких боевых (см. Viggen) реализуется створками за двигателем.
                                              0
                                              Я писал про винтовые движители. В турбореактивном двигателе движителем является струя газа.
                                              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)
                                                +1
                                                Не совсем. В трдд основным движителем является вентилятор. В efan ничего не изменится, движителем будет вентилятор, только электроприводной(а в трд компрессор и сопло, как бы странно это не звучало). И совсем не обязательно, что у него будет изменяемый шаг, хотя это было бы крайне удобно. Про эрд в определении из советских энциклопедий при упоминании плотной атмосферы лучше вообще не говорить.
                                                  +1
                                                  Девушки … ТРДД бывают разные. Степень двухконтурности варьируется от 0,2...2.0 для сверхзвуковых самолетов до 12...20 у «сильно-дозвуковых». В последнем случае на вращение вентилятора тратится до 80% мощности двигателя, и только тут его можно считать «основным». Соотношение же силы тяги, создаваемой внутренним и внешним контурами ТРДД зависит еще и от скорости полета. Тем не менее, для сравнительной оценки можно принять, что если 180-тонный Ту-95 «тянут» 60000 л.с., то для 80-тонного Airbus эквивалентная мощность составит ~27000 л.с. или 20МВт. Хотел бы взглянуть на бортовую электростанцию под 25-30МВт! А также на инверторы-преобразователи. Согласен, что это пиковые значения мощности для взлетного режима, но их тоже надо обеспечить.
                                            0
                                            Не вижу оснований для расширения диапазона крейсерской скорости. Скорее — наоборот, т.к. в турбовентиляторном двигателе присутствуют два «источника тяги» — реактивная струя и поток, создаваемый вентилятором. Первый, с высокой скоростью истечения газов, эффективнее на больших скоростях, второй — на малых. С 2014г. в США развернута программа AETD, направленная на создание нового двигателя с изменяемой в широких пределах степенью двухконтурности (отношения расхода воздуха, проходящего через вентилятор, к расходу воздуха через внутренний «горячий» контур). «Электро-вентилятору» тут крыть нечем.
                                            0
                                            По их прикидкам экономия в неоптимальных режимах работы (взлёт/посадка, набор скорости до крейсерской) перевесит потери от возросшего веса силовой установки. Последовательный гибрид не рассматривают, так что по КПД на крейсерской скорости потерь не будет.
                                              0

                                              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.

                                                0
                                                Пока что практика подтвердила безусловные преимущества только одного «гибрида» — тепловоза, созданного Я.М. Гаккелем в 1924 г. ;) Видимо, эффективность подобных технических решений проявляется в достаточно узком массо-габаритном диапазоне для каждого класса транспортных средств. Например, обитаемые атомные подводные лодки имеют значительно лучшие характеристики, чем дизель-электрические, но не могут быть уменьшены до размеров последних.
                                                +1

                                                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...

                                                  0
                                                  Предел скорости для винтомоторного самолета порядка 820 км/ч. Кроме того, КПД импеллера увеличивается по мере роста скорости самолета.
                                                    0
                                                    У Ту-95 скорость выше 900 км/ч.
                                                      0
                                                      Только за счет винтов которые хоть как-то эффективны на этой скорости у него запредельная шумность.
                                                      0

                                                      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.

                                                        0
                                                        Так скоро авиацию поезда вытеснять начнут. Даже на тихоходном «Сапсане» сейчас из Питера в Москву доберешься быстрее, чем на самолете, учитывая потерю времени на регистрацию и в пробках к/от аэропортов.
                                                        0
                                                        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.
                                                      0
                                                      1. 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


                                                      1. 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.
                                                        0
                                                        По идее такой двигатель будут иметь ещё одно преимущество — шумовые характеристики. Для Европы критичный параметр.
                                                        Ну и стоимость межполетного и регламентного обслуживания ниже.

                                                        Интересно, Боинг+GE уже работают над этой темой? А то можно и от поезда отстать
                                                          –1
                                                          ИМХО, электрификация транспорта, даже автомобильного — затея сомнительная. Можно, конечно, верить в чудо и ждать пока придумают аккумуляторы, не уступающие по плотности энергии топливу, но время показывает что каждый прорыв оказывается пшиком и ничего лучше литий ионных так и не придумали. А с такими энергетическими характеристиками и мечтать о замене жидкого топлива без многократной потери в потребительских качествах нечего.
                                                            0

                                                            Илон бы улыбнулся, читая это.

                                                              0
                                                              Ну пока у него есть только в лучшем случае тесные двухтонные автомобили стоимостью в 10 Lada Vesta и с вдвое меньшим пробегом. Сейчас электромобили — это хайп и дотации. В равных условиях они совсем не конкуренты обычным бензиновым.
                                                                0
                                                                Так разные сегменты, даже не разные а электромобильный сегмент это подмножество бензинового. Можно сказать. Городской автомобиль для прогулок возле города. К примеру я за год не сделал более 10 поездок более чем 200 км от дома. А в пробках жгу бензин постоянно.
                                                                  0
                                                                  Тесла Model S весьма просторна (намного более просторна чес Лада). А запас хода 300миль (480 Км) хоть и несколько поменьше, но вполне соизмерим.
                                                                0
                                                                Полвека назад квадрокоптер с камерой или смартфон(планшет) были бы не меньшей фантастикой. Что же странного в переходе электромобиля из забавной диковинки в полезный транспорт? До идеала очень далеко, но ездить каждый день за десяток-другой километров до работы уже можно совершенно не напрягаясь и не бегая к зарядке два раза в день.
                                                                  0
                                                                  Квадрокоптер с камерой — не совсем удачный пример. Это решение частной задачи — сделать какой-то снимок с какой-то высоты — исключительно за счет миниатюризации электроники. Человека «миниатюризировать» пока не научились. Да и для получения высококачественных аэрофотоснимков значительных территорий по-прежнему требуется большая и тяжелая оптика, определяемая оптическим диапазоном длин волн. Физику сложно обмануть.
                                                                    0
                                                                    Это просто к тому, как что-то переходит из категории единичных экземпляров и цен как на «чугунный мост», в что-то массовое и доступное каждому желающему.
                                                                0

                                                                Я один задаюсь вопросом: почему до сих пор нет самолетов на водороде? При такой-то плотности.

                                                                  0

                                                                  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)

                                                                    0
                                                                    Там энергия на килограмм, а плотность у водорода низкая. Ну и сложности с хранением. Вот если метастабильный металлический водород научатся получать… Но это скорее из области фантастики.
                                                                      0
                                                                      Экспериментировали в СССР с метаном и водородом на Ту-155. Поигрались и бросили
                                                                      0
                                                                      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 ).
                                                                        0
                                                                        Самолёту тоже плотность энергии не помешает: не нужно тратить энергию на перевозку самого топлива.
                                                                        0
                                                                        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 )?
                                                                          0

                                                                          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.

                                                                            0
                                                                            получаем четыре простых независимых электромотора и два генератора
                                                                            простых??? Два мегаватта при малой массе и суровых условиях работы (перепад температуры и давления) это просто?
                                                                          0
                                                                          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!
                                                                            0
                                                                            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.
                                                                            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.
                                                                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                                0
                                                                                Я конечно попробую (Если вы меня просите). Но есть такой термин — Coulombic efficiency. Так вот он как раз измеряет соотношение между энергией, потраченной на зарядку и доступной энергией в цикле разряда. И у литий-ион батареек он для первой зарядки не ниже 85%, а для последующих — более 98%. Может что-то другое греется?
                                                                                  0
                                                                                  По моим наблюдениям, для применяемых сегодня в авиамодельном спорте литий-полимерных аккумуляторах с повышенной токоотдачей (более 20C) их эффективность не превышает 70-75%. Возможно, для слаботочных с малым током саморазряда этот показатель будет несколько выше, но никак не 98%. И естественно, «отдаваемая» емкость сильно зависит от тока разряда, т.е. от его мощности. Никому не нужен аккумулятор с эффективностью 99.99%, если его масса и габариты не позволят самолету оторваться от земли.
                                                                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                                  0
                                                                                  Сверхпроводящие обмотки?
                                                                                    0
                                                                                    «так-же-проводящие», но легче раза в 3, например.
                                                                                  0
                                                                                  А, понял, речь о rate performance. Там да, на 20С доступная энергия — небольшая. Конечно оптимизировать под авиамоделизм тоже можно. Вот не самая плохая картинка (тут LFP cathode 10Ah ячейка)
                                                                                  image
                                                                                    0
                                                                                    Для авиации критически важным параметром является удельная мощность силовой установки (Квт/кг) Не случайно, первые самолеты смогли устойчиво летать только с появлением легких (по отношению к паровым) двигателям внутреннего сгорания. Причем в массу силовой установки входит и система охлаждения двигателя, и конденсатор для паровой машины и т.п. Что можно быстро сделать для облегчения ЛА, если удельная мощность недостаточна для полета? Слить часть топлива (и/или воды и дров ;), при этом мощность силовой установки не уменьшится, полет состоится, хотя и на меньшую дальность. При установке же более легкого аккумулятора мы автоматически теряем в токоотдаче, т.е. в удельной мощности. Остается только совершенствовать аэродинамику, но на сегодня этот ресурс почти исчерпан. Резюме: пока удельная энергия накопителей электроэнергии не сравняется с таким же показателем для жидкого топлива, Илон Маск будет продолжать генерить все новые проекты ;)
                                                                                    0
                                                                                    Ммм, самолёт, который возит аккумуляторы, вместо пассажиров, всегда мечтал.
                                                                                      0
                                                                                      Собственно, первые аэропланы такими и были ;) По-моему, в монографии Шаврова о летательных аппаратах того времени написано примерно так: «летные характеристики самолетов сильно зависели от мастерства, а иногда, и массы летчика». Весь вопрос в том, насколько данное направление перспективно на ближайшее время.
                                                                                      0
                                                                                      Странно, что играются с самолётом с реактивным двигателем.
                                                                                      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.
                                                                                        0
                                                                                        В линейке Airbus есть единственный самолет с ТВД — транспортный А400М. По иронии, его в последнее время преследуют проблемы со штатными двигателями.
                                                                                          0
                                                                                          95ЛАЛ никогда не летал с приводом на винты.
                                                                                          0
                                                                                          только еще как то не учтено:
                                                                                          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.
                                                                                            0
                                                                                            Вторая проблема решается хорошей теплоизоляцией и большими рабочими токами в полете. И теплым ангаром или тепловой пушкой на предполетной подготовке. :D
                                                                                              0
                                                                                              это если полет короткий и транспортный самолет, а если пассажиры, чем то подогревать салон ведь придется, или придется каждому пассажиру электрофуфайку прилагать, но это пол тонны дополнительного веса :)
                                                                                                0
                                                                                                Подобная проблема уже решена на космических аппаратах. Там, правда, обитаемые объемы поменьше, но и энергетики такой нет, а за бортом — температура, близкая к абсолютному нулю.
                                                                                                  0
                                                                                                  За бортом — да, почти абсолютный ноль
                                                                                                  Но при этом всё пространство заполнено, думаю, лучшим в мире теплоизолирующим материалом — тепло через него проходит только в виде излучения
                                                                                                    0
                                                                                                    А на высоте 10-12 км «количество», а точнее плотность воздуха составляет около 30% от того, что на уровне моря. Не вакуум, конечно, но и температура всего минус 40 градусов по Цельсию.
                                                                                                      0
                                                                                                      30% — ога, а над крылом самолета в вихрях все 10%, а под крылом самолета влетевшего в дождевое облако и попавшего в восходящий поток воздуха горизонтального смерча? :)

                                                                                                      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? :)
                                                                                                        0
                                                                                                        А пуля летит со скоростью 1000м/c и бензина не жрет вообще — и что? ;) И бугатти тут уместен, как ДОЖДЕВОЕ облако на 10-км высоте при -40 по Цельсию.
                                                                                                          0
                                                                                                          «13 апреля… на полпути к Луне в служебном отсеке «Аполлона» взорвался бак с жидким кислородом, который питал один из топливных элементов корабля. Практически сразу упало напряжение в электросети, многие системы пришлось отключить, температура в обитаемых отсеках понизилась...Пережив несколько неприятных дней, страдая от холода и недостатка кислорода,… астронавты успешно вернулись на Землю 17 апреля.»

                                                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                            Самое читаемое