Existe algum problema teórico ao alimentar o ventilador com um motor elétrico [duplicado]
Uma questão que tenho me perguntado ultimamente é se seria possível acionar o ventilador em um turbofan moderno hi-bypass com um motor elétrico e obter desempenho comparável ao motor a querosene. Ou os 10% do ar que flui pela câmara de combustão são cruciais para o funcionamento do sistema?
(Desejo ignorar todas as coisas que tornam a aeronave elétrica inviável, como a relação potência-peso dos motores e a capacidade da bateria)
Edit: Eu percebi que a parte "elétrica" da questão realmente não é o cerne da questão. O que realmente me interessa é se seria viável abastecer um avião usando apenas o ventilador e não o jato de exaustão com desempenho semelhante a um jato atual (o que tornaria o motor semelhante a um turboélice com muitas pás e uma tampa ao redor isto)
Respostas
Levando em consideração seu desejo de ignorar todas as coisas que tornam a aeronave elétrica inviável, como a relação potência / peso dos motores e a capacidade da bateria , a resposta é sim.
No entanto, você precisaria compensar a falta de empuxo do motor a jato aumentando o empuxo do ventilador.
Caso contrário, a resposta é não.
"usar apenas o ventilador e não o jato de exaustão" não faz sentido.
Isso ocorre porque o jato de exaustão alimenta o ventilador. É isso que o turbo em "hi-bypass turbo fan" significa: o jato de escape gira as pás da turbina presas a um eixo central, que, portanto, gira as pás da turbina na frente do motor. Essas lâminas da turbina frontal, então, comprimem o ar na câmara de combustão.
Algo deve alimentar o ventilador . Se você não "roubar" algum gás de impulso para isso, então alguma outra fonte de energia o fará , por horas e horas e horas. Portanto, em algum lugar nos requisitos limitados de volume e peso do avião, você também deve levar em conta uma fonte de energia e motor.
Conclusão:
Roubar um pouco do gás de impulso é o método mais compacto e econômico de girar o ventilador.
seria possível alimentar o ventilador em um moderno turbofan de bypass com um motor elétrico?
Sim, mas não seria a forma mais eficiente de converter energia elétrica em empuxo. A melhor maneira seria acoplar uma grande hélice girando lentamente a esse motor. Como os aviões elétricos têm uma relação peso-potência baixa, uma vez que seu alcance se torna prático, a potência disponível deve ser usada com mais eficiência. Os motores a jato só se destacam em velocidades de vôo acima de Mach 0,7 quando as hélices enfrentam problemas de compressibilidade cada vez mais intransponíveis.
e obter desempenho comparável ao motor a querosene?
Não exatamente porque a combinação ventilador-motor é provavelmente mais pesada do que o motor a jato. Pequenos motores elétricos podem pesar apenas 0,1 kg / kW, mas os maiores lutam para atingir até a metade disso. A Siemens demonstrou um motor de tamanho GA com 5 kW / kg, e aumentar isso para níveis de potência de avião provavelmente resultaria em não mais do que 2-3 kW / kg. Mesmo com 95% de eficiência, 5% da energia será transformada em calor, criando problemas de resfriamento para grandes motores elétricos.
Os 10% de ar que escoam pela câmara de combustão são cruciais para o funcionamento do sistema?
Sim, ele é. Sua mistura com combustível de alta energia e combustão específica fornece a energia mecânica para acionar o ventilador. Sua velocidade de saída muito maior no bocal também permite que esses 10% contribuam com um impulso desproporcionalmente maior.
Eu acredito que isso realmente foi feito; assista a este vídeo e decida se ele atende à configuração de sua pergunta teórica:
Esta aeronave de demonstração personalizada da Airbus voou da Inglaterra para a França usando dois motores elétricos com ventilador alimentados por bateria, que poderiam ser considerados semelhantes ou iguais aos motores turbofan de alta potência eletricamente acionados (na verdade, 100% bypass).
Às 20:55 o piloto para os ventiladores antes de entrar na pista e você pode ver pela frente que há pás do ventilador e um pequeno núcleo central dentro das nacelas. Às 21:05 há uma boa vista da popa do mesmo.
A decolagem é às 24h30 e o desempenho pode ou não corresponder à sua definição de "comparável a um motor a querosene", mas isso é realidade, não teoria, então eles foram obrigados a considerar as limitações da bateria e do motor.