Apakah ada masalah teoretis dalam memberi daya kipas dengan motor listrik [duplikat]
Sebuah pertanyaan yang saya tanyakan akhir-akhir ini adalah apakah mungkin menyalakan kipas dalam turbofan hi-bypass modern dengan motor listrik dan mencapai kinerja yang sebanding dengan mesin berbahan bakar minyak tanah. Ataukah 10% udara yang mengalir melalui ruang bakar penting untuk pengoperasian sistem?
(Saya ingin mengabaikan semua hal yang membuat pesawat listrik tidak dapat digunakan, seperti rasio daya-terhadap-berat mesin dan kapasitas baterai)
Sunting: Saya telah menyadari bahwa bagian "listrik" dari pertanyaan sebenarnya bukanlah inti dari pertanyaan. Apa yang saya sangat tertarik adalah apakah layak untuk menyalakan pesawat hanya dengan menggunakan kipas dan bukan jet knalpot dengan kinerja yang mirip dengan jet saat ini (yang akan membuat mesin mirip dengan turboprop dengan banyak bilah dan penutup di sekitarnya. saya t)
Jawaban
Mempertimbangkan keinginan Anda untuk mengabaikan semua hal yang membuat pesawat listrik tidak layak pakai, seperti rasio power-to-weight mesin dan kapasitas baterai , jawabannya adalah ya.
Namun, Anda perlu mengkompensasi daya dorong mesin jet yang hilang dengan meningkatkan daya dorong kipas.
Kalau tidak, jawabannya tidak.
"hanya menggunakan kipas angin dan bukan knalpot jet" tidak masuk akal.
Ini karena exhaust jet menggerakkan kipas. Itulah yang dimaksud dengan turbo dalam " kipas turbo hi-bypass ": knalpot jet memutar bilah turbin yang terpasang pada poros tengah, yang kemudian memutar bilah turbin di bagian depan mesin. Bilah turbin depan tersebut kemudian memampatkan udara ke dalam ruang bakar.
Sesuatu harus menyalakan kipas angin . Jika Anda tidak "mencuri" gas dorong untuk melakukannya, maka sumber energi lain harus, selama berjam-jam. Oleh karena itu, di suatu tempat dalam persyaratan volume dan berat pesawat yang terbatas, Anda juga harus memperhitungkan sumber energi dan motor.
Intinya:
Mencuri beberapa gas dorong adalah metode yang paling kompak dan ekonomis untuk memutar kipas.
apakah mungkin untuk menyalakan kipas dalam turbofan hi-bypass modern dengan motor listrik?
Ya, tapi itu bukan cara paling efisien untuk mengubah energi listrik menjadi tenaga dorong. Cara terbaik adalah dengan memasang baling - baling besar yang berputar perlahan ke mesin itu. Karena pesawat listrik memiliki rasio daya-terhadap-berat yang buruk setelah jangkauannya praktis, daya yang tersedia harus digunakan dengan paling efisien. Mesin jet hanya berfungsi sendiri pada kecepatan penerbangan di atas Mach 0,7 ketika baling-baling mengalami masalah kompresibilitas yang semakin tidak dapat diatasi.
dan mencapai performa yang sebanding dengan mesin berbahan bakar minyak tanah?
Tidak cukup karena kombinasi motor-kipas kemungkinan lebih berat daripada mesin jet. Motor listrik kecil dapat memiliki berat sekecil 0,1 kg / kW tetapi motor yang lebih besar kesulitan untuk mencapai setengahnya. Siemens mendemonstrasikan mesin berukuran GA dengan 5 kW / kg, dan meningkatkannya hingga tingkat daya pesawat kemungkinan besar akan menghasilkan tidak lebih dari 2-3 kW / kg. Bahkan dengan efisiensi 95%, 5% tenaga akan diubah menjadi panas, menciptakan masalah pendinginan untuk motor listrik besar.
Apakah 10% udara yang mengalir melalui ruang bakar penting untuk pengoperasian sistem?
Ya itu. Pencampurannya dengan bahan bakar energi spesifik tinggi dan pembakaran menghasilkan energi mekanis untuk menggerakkan kipas. Kecepatan keluarnya yang jauh lebih tinggi pada nosel juga memungkinkan 10% tersebut berkontribusi pada dorongan yang lebih tinggi secara tidak proporsional.
Saya yakin ini benar-benar telah dilakukan; silakan lihat video ini dan putuskan apakah ini memenuhi pengaturan pertanyaan teoretis Anda:
Pesawat demonstrasi khusus Airbus ini terbang dari Inggris ke Prancis menggunakan dua mesin kipas ducted bertenaga baterai, yang dapat dianggap mirip atau sama dengan mesin turbofan high-bypass (memang 100% bypass) bertenaga listrik.
Pada pukul 20:55 pilot menghentikan kipas sebelum naik ke landasan pacu dan Anda dapat melihat dari depan bahwa terdapat bilah kipas dan bagian inti kecil di dalam nacelles. Pada 21:05 ada pandangan bagus dari buritan lurus yang sama.
Lepas landas adalah pukul 24:30 dan kinerja mungkin atau mungkin tidak sesuai dengan definisi Anda tentang "sebanding dengan mesin berbahan bakar minyak tanah", tetapi ini kenyataan, bukan teori, jadi mereka wajib mempertimbangkan batasan baterai dan motor.