Czy jest jakiś teoretyczny problem z zasilaniem wentylatora silnikiem elektrycznym [duplikat]
Pytanie, nad którym ostatnio się zastanawiałem, dotyczy tego, czy da się zasilić wentylator w nowoczesnym turbofanie typu hi-by-pass z silnikiem elektrycznym i osiągnąć wydajność porównywalną z silnikiem nafty. A może 10% powietrza przepływającego przez komorę spalania ma kluczowe znaczenie dla działania systemu?
(Chciałbym zignorować wszystkie rzeczy, które powodują, że samoloty elektryczne są nieopłacalne, takie jak stosunek mocy do masy silników i pojemność akumulatora)
Edycja: zdałem sobie sprawę, że „elektryczna” część pytania tak naprawdę nie jest sednem pytania. To, co mnie naprawdę interesuje, to to, czy możliwe byłoby napędzanie samolotu przy użyciu samego wentylatora, a nie dyszy wydechowej, o wydajności podobnej do obecnego odrzutowca (co upodobniłoby silnik do turbośmigłowego z wieloma łopatkami i osłoną wokół to)
Odpowiedzi
Biorąc pod uwagę waszą chęć zignorowania wszystkich rzeczy, które powodują, że elektryczne samoloty są nieopłacalne, takich jak stosunek mocy do masy silników i pojemność akumulatorów , odpowiedź brzmi: tak.
Trzeba by jednak było skompensować brakujący ciąg silnika odrzutowego poprzez zwiększenie ciągu wentylatora.
W przeciwnym razie odpowiedź brzmi: nie.
„używanie tylko wentylatora, a nie strumienia spalin” nie ma sensu.
Dzieje się tak, ponieważ strumień spalin napędza wentylator. To właśnie oznacza turbo w „hi-bypass turbo fan”: strumień wydechowy obraca łopatki turbiny przymocowane do środkowego wału, który w ten sposób obraca łopatki turbiny z przodu silnika. Te przednie łopatki turbiny następnie sprężają powietrze do komory spalania.
Coś musi zasilać wentylator . Jeśli nie „kradniesz” jakiegoś gazu pchającego, żeby to zrobić, to inne źródło energii musi na wiele godzin. Dlatego gdzieś w ograniczonych wymaganiach dotyczących objętości i masy samolotu, należy również wziąć pod uwagę źródło energii i silnik.
Podsumowanie:
Kradzież gazu ciągu jest najbardziej kompaktową i ekonomiczną metodą rozpędzania wentylatora.
czy można by było zasilać wentylator w nowoczesnym turbofanie hi-bypass z silnikiem elektrycznym?
Tak, ale nie byłby to najbardziej efektywny sposób przekształcania energii elektrycznej w ciąg. Lepszym sposobem byłoby przymocowanie do silnika dużego, wolno obracającego się śmigła . Ponieważ samoloty elektryczne mają słaby stosunek mocy do masy, gdy ich zasięg stanie się praktyczny, dostępna moc powinna być wykorzystywana najbardziej efektywnie. Silniki odrzutowe sprawdzają się dopiero przy prędkościach lotu powyżej 0,7 Macha, gdy śruby napędowe napotykają coraz trudniejsze do przezwyciężenia problemy ze ściśliwością.
i osiągnąć wydajność porównywalną z silnikiem napędzanym naftą?
Niezupełnie, ponieważ kombinacja wentylatora i silnika jest prawdopodobnie cięższa niż silnik odrzutowy. Małe silniki elektryczne mogą ważyć zaledwie 0,1 kg / kW, ale większe mają trudności z osiągnięciem nawet połowy tego. Siemens zademonstrował silnik wielkości GA o mocy 5 kW / kg, a skalowanie go do poziomów mocy samolotu pasażerskiego najprawdopodobniej dałoby nie więcej niż 2-3 kW / kg. Nawet przy sprawności 95%, 5% mocy zostanie zamienione na ciepło, powodując problemy z chłodzeniem w przypadku dużych silników elektrycznych.
czy 10% powietrza przepływającego przez komorę spalania ma kluczowe znaczenie dla działania systemu?
Tak to jest. Jego zmieszanie z paliwem o dużej energii właściwej i spalaniu zapewnia energię mechaniczną do napędu wentylatora. Jego znacznie wyższa prędkość wylotowa z dyszy pozwala również tym 10% przyczynić się do nieproporcjonalnie wyższego ciągu.
Uważam, że to rzeczywiście zostało zrobione; obejrzyj ten film i zdecyduj, czy spełnia to teoretyczne ustawienie pytania:
Ten niestandardowy samolot demonstracyjny Airbusa poleciał z Anglii do Francji przy użyciu dwóch zasilanych bateryjnie silników wentylatorów kanałowych, które można uznać za podobne lub takie same jak silniki turbowentylatorowe o wysokim obejściu (a nawet 100%) zasilane elektrycznie.
O godz. 20:55 pilot zatrzymuje wentylatory przed wejściem na pas startowy i od przodu widać, że wewnątrz gondoli znajdują się łopatki wentylatora i mała centralna sekcja rdzenia. O 21:05 jest dobry widok z prostej rufy tego samego.
Start jest o 24:30 i osiągi mogą, ale nie muszą odpowiadać twojej definicji "porównywalnej z silnikiem napędzanym naftą", ale to jest rzeczywistość, a nie teoria, więc byli zobowiązani do rozważenia ograniczeń akumulatora i silnika.