¿Existe algún problema teórico para alimentar el ventilador con un motor eléctrico? [Duplicado]
Una pregunta sobre la que me he estado preguntando últimamente es si sería posible alimentar el ventilador en un turbofán de derivación alto moderno con un motor eléctrico y lograr un rendimiento comparable al del motor de queroseno. ¿O el 10% del aire que fluye a través de la cámara de combustión es crucial para el funcionamiento del sistema?
(Deseo ignorar todas las cosas que hacen inviables las aeronaves eléctricas, como la relación potencia / peso de los motores y la capacidad de la batería)
Editar: Me he dado cuenta de que la parte "eléctrica" de la pregunta no es realmente el núcleo de la pregunta. Lo que realmente me interesa es si sería factible impulsar un avión usando solo el ventilador y no el chorro de escape con un rendimiento similar al de un chorro de corriente (lo que haría que el motor fuera similar a un turbohélice con muchas palas y una cubierta alrededor eso)
Respuestas
Teniendo en cuenta su deseo de ignorar todas las cosas que hacen inviables las aeronaves eléctricas, como la relación potencia / peso de los motores y la capacidad de la batería , la respuesta es sí.
Sin embargo, necesitaría compensar el empuje faltante del motor a reacción aumentando el empuje del ventilador.
De lo contrario, la respuesta es no.
"usar sólo el ventilador y no el chorro de escape" no tiene sentido.
Esto se debe a que el chorro de escape alimenta el ventilador. Eso es lo que el turbo en "Hi-derivación turbo medios de ventilación": el chorro de escape hace girar álabes de la turbina unida a un eje central, que de este modo hace girar álabes de la turbina en la parte delantera del motor. A continuación, esas palas delanteras de la turbina comprimen aire en la cámara de combustión.
Algo debe alimentar el ventilador . Si no "roba" algo de gas de empuje para hacerlo, entonces debe hacerlo alguna otra fuente de energía , durante horas y horas y horas. Por lo tanto, en algún lugar de los requisitos de volumen y peso limitados del avión, también debe tener en cuenta una fuente de energía y un motor.
Línea de fondo:
Robar un poco de gas de empuje es el método más compacto y económico de hacer girar el ventilador.
¿Sería posible alimentar el ventilador en un turbofan moderno de alto bypass con motor eléctrico?
Sí, pero no sería la forma más eficiente de convertir la energía eléctrica en empuje. La mejor forma sería conectar una hélice grande que gira lentamente a ese motor. Dado que los aviones eléctricos tienen una relación potencia-peso deficiente una vez que su alcance se vuelve práctico, la potencia disponible debe usarse de la manera más eficiente. Los motores a reacción solo se destacan a velocidades de vuelo superiores a Mach 0,7 cuando las hélices se topan con problemas de compresibilidad cada vez más insuperables.
y lograr un rendimiento comparable al del motor de queroseno?
No del todo porque la combinación de ventilador y motor probablemente sea más pesada que el motor a reacción. Los motores eléctricos pequeños pueden pesar tan solo 0,1 kg / kW, pero los más grandes luchan por alcanzar incluso la mitad de eso. Siemens demostró un motor de tamaño GA con 5 kW / kg, y escalar esto a los niveles de potencia de los aviones de línea probablemente resultaría en no más de 2-3 kW / kg. Incluso con una eficiencia del 95%, el 5% de la energía se convertirá en calor, creando problemas de enfriamiento para los motores eléctricos grandes.
¿Es el 10% de aire que fluye a través de la cámara de combustión crucial para el funcionamiento del sistema?
Sí lo es. Su mezcla con combustible de alta energía específica y combustión proporciona la energía mecánica para accionar el ventilador. Su velocidad de salida mucho mayor en la boquilla también permite que ese 10% contribuya con un empuje desproporcionadamente mayor.
Creo que esto se ha hecho realmente; por favor vea este video y decida si esto cumple con su configuración de pregunta teórica:
Este avión de demostración personalizado de Airbus voló de Inglaterra a Francia utilizando dos motores de ventilador con conductos eléctricos alimentados por batería, que podrían considerarse similares o iguales a los motores turbofan de alto bypass (de hecho, 100% bypass) de propulsión eléctrica.
A las 20:55 el piloto detiene los ventiladores antes de subir a la pista y se puede ver por el frente que hay aspas de ventilador y una pequeña sección central dentro de las góndolas. A las 21:05 hay un buen vistazo desde popa del mismo.
El despegue es a las 24:30 y el rendimiento puede o no coincidir con su definición de "comparable a un motor de queroseno", pero esta es la realidad, no la teoría, por lo que estaban obligados a considerar las limitaciones de la batería y el motor.