124

Сверхпроводник на борту: в МАИ создали мощный электрический авиадвигатель

  •  © iz.ru

Специалисты Московского авиационного института впервые применили сверхпроводниковые материалы для разработки мощных электрических двигателей. Такие моторы могут стать альтернативой реактивным, которые наносят вред окружающей среде и являются источниками повышенного шума.

Маёвцы сумели добиться большей мощности электродвигателя по сравнению с реактивным, что долгое время оставалось непреодолимой проблемой.

В небо на батарейках

Сегодня реактивные двигатели полностью обеспечивают энергетические потребности самолётов. Их принцип действия основан на сжигании топлива и образовании выхлопных газов, которые и создают силу тяги. Однако использование такого двигателя наносит ущерб экологии. Именно из-за него уровень шума повышен как в салоне самолёта, так и на расположенной вблизи аэродрома местности.

Альтернатива реактивному двигателю — электрический. Проблема в том, что удельная мощность современных электродвигателей для авиации не превышает 5 кВт/кг, в то время как реактивные обладают мощностью до 8 кВт/кг. То есть замена повлечет за собой снижение грузоподъёмности самолёта. Поэтому пока такой переход экономически нецелесообразен.

Однако применение сверхпроводниковых материалов способно увеличить удельную мощность электродвигателей. Ведь главная особенность сверхпроводников — значительное снижение или даже полное отсутствие электрического сопротивления. Следовательно, величина тока, обратно пропорциональная сопротивлению, возрастает, а вместе с ней увеличивается и мощность двигателя.

Учёные МАИ задействовали сверхпроводниковые материалы при создании различных типов электрических машин. Пока это ещё не полноценные самолётные двигатели, а лишь база для них — участок, где происходит преобразование энергии из электрической в механическую.

— Наш коллектив рассмотрел концепцию электрического самолёта с гибридной силовой установкой и сверхпроводниковыми электрическими машинами, — рассказал «Известиям» заведующий кафедрой «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» МАИ Константин Ковалёв. — Эта система состоит из газотурбинного двигателя, вращающего электрический генератор, электродвигателя и кабельной линии, соединяющей их. Удельная мощность такой установки составляет свыше 10 кВт/кг, то есть больше, чем у реактивного двигателя.

Также в установку входит система криогенного обеспечения. Дело в том, что сверхпроводники обладают низким сопротивлением только при очень низких температурах. Сейчас для охлаждения разработчики применяют жидкий азот, температура которого −196 градусов по Цельсию. Использование хладагента также практически полностью блокирует возможность возгорания в случае короткого замыкания проводки, что повышает безопасность на борту самолёта. Поддерживать криогенную температуру планируется бортовыми системами криообеспечения, которые сегодня достаточно компактны для применения в авиации.

— Основная сложность перевода летательных аппаратов с реактивных на электрические двигатели заключается в необходимости перестроения всех внутренних систем самолёта, — пояснил доцент МАИ Дмитрий Дежин. — Чтобы такой переход был эффективен с точки зрения экономики, необходимо не просто сравнять удельную мощность электрических двигателей с турбинными, а значительно увеличить.

По мнению авторов работы, это можно будет осуществить, перейдя на охлаждение сверхпроводниковых двигателей жидким водородом (−253 градуса по Цельсию). Данная степень охлаждения сверхпроводников способна повысить удельную мощность двигателя до 30 кВт/кг. Но на данный момент проблема применения жидкого водорода заключается в том, что он взрывоопасен, дорого стоит и требует немало энергии для производства.

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен и сделайте вашу ленту объективнее!

  • 1
    Нет аватара AlexKH
    11.02.1915:11:08

    Что-то странно. «Дело в том, что сверхпроводники обладают низким сопротивлением только при очень низких температурах». Принципиальная суть сверхпроводника заключается в АБСОЛЮТНО нулевом сопротивлении, ибо это Бозе конденсат — куперовские пары. Это раз. Другие вопросы связаны с диссипацией при крипе абрикосовских вихрей, при превышении первого критического тока… да и не ясно в итоге: таки это будет не реактивный, а что тогда, пропеллер?

    • 16
      alex4spb alex4spb
      11.02.1915:53:58

      вопросы связаны с диссипацией при крипе абрикосовских вихрей
      "папа, а ты щас с кем разговаривал?.." ©

      • 5
        Нет аватара Захарка
        11.02.1916:09:28

           

      • 12
        Zveruga Zveruga
        11.02.1916:52:39

        Учёный Абрикосов обнаружил образование в сверхпроводниках устойчивых магнитных вихрей. Диссипация этих вихрей это их распад.

        • 3
          alex4spb alex4spb
          11.02.1916:54:36

          почетный приз на конкурсе зануд вручен победителю.

        • 7
          Нет аватара AlexKH
          11.02.1918:37:40

          Рекомендую почитать учебник Вадим Василича Шмидта, шефа моего шефа. Главы о сверхпроводниках второго рода. Хотя бы наискосок, минуя формулы.

          • -1
            Сергей Ивженко Сергей Ивженко
            11.02.1923:46:52

            Рекомедую почитать в туалете работы Анольда Игоря Владимировича.Хотя бы последние предложения на страницах.

    • 5
      Николай Южаков
      11.02.1916:17:04

      За счет криогенных свойств водорода, либо СПГ эффективность всей системы возрастает.

      да и не ясно в итоге: таки это будет не реактивный, а что тогда, пропеллер?

      ©Видео с youtube.com

      В принципе при турбине можно исопльзовать и сжиженный кислород.

    • 1
      Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
      11.02.1916:46:48

      Формалист. Последние годы я лично слышу термин «сверхпроводники» по отношению к любым материалам, которые проводят просто существенно лучше меди/железа.

      Как говорил инженер в известном анекдоте — «после 10 шагов я буду от неё в 15см, и мне этого будет достаточно!».

      • 7
        Нет аватара AlexKH
        11.02.1918:38:33

        Термины — у журналистов, у физиков — определения.

        • -2
          Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
          11.02.1918:49:37

          Ты чо, абидился шоле? Да забей, как маркетологи назовут — так и будет, хоть ты обопределяйся.

          • 5
            Нет аватара AlexKH
            11.02.1919:32:35

            Да ни разу. Жало лишь, что маркетолухи определяют столь многое.

    • Комментарий удален
    • 0
      Вальтер Погосов Вальтер Погосов
      11.02.1918:04:10

      Сильноточные применения сверхпроводников известны достаточно давно. Проблему с диссипацией в достаточной степени умеют решать.

      • 1
        Нет аватара AlexKH
        11.02.1919:39:11

        Эти применения немного из другой оперы.

    • 1
      Игорь Brick
      11.02.1918:56:32

      таки это будет не реактивный, а что тогда, пропеллер?

      Скорее всего, вентилятор. В современных двухконтурных ТРД он обеспечивает основную тягу.

    • 1
      Дмитрий Старченко
      11.02.1919:30:41

      есть же и т.н. «высокотемпературные сверхпроводники». А двигатель может быть по типу турбовентиляторного

    • 0
      s-t-a-l-k-e-r s-t-a-l-k-e-r
      12.02.1900:09:06

      Да, с реактивным двигателем некрасиво получилось…) А как вам такое название, электро-вентиляторный? Кстати, а где будем брать энергию? Я теряюсь в догадках. Помнится Тесла, что-то упоминал насчёт беспроводной передачи электроэнергии. Однако до сих пор, кроме всякой глупости и сигналов точного времени, нам через эфир передать так ничего и не удалось.)

      • 0
        Александр Жигульских Александр Жигульских
        12.02.1919:23:17

        Тесла разорился, пытаясь этой беспроводной передачи электроэнергии добиться.

      • 0
        shigorin shigorin
        14.02.1914:08:35

        Кстати, а где будем брать энергию?

        Эта система состоит из газотурбинного двигателя, вращающего электрический генератор, электродвигателя и кабельной линии, соединяющей их.

        Видите, как экологично?    

    • 0
      Михаил Корчемаха Михаил Корчемаха
      13.02.1909:10:25

      да и не ясно в итоге: таки это будет не реактивный, а что тогда, пропеллер?

      ну буревестник на ядерном движке не с пропеллером.

  • 0
    Николай Южаков
    11.02.1915:28:09

    Всё правильно, выигрыш в весе идет. Только проблема энергоносителя остается, аккумуляторы пока еще тяжелые. Кроме того не очень ясно как будет защищатся пропеллер от обледенения.

    Я думаю надо делать демонстратор полнутью электрического летательного аппарата на базе экраноплана Орион-14 и движков суперокс.

    Там есть где разместить аккумуляторы, либо их аналоги, и двигатель можно убрать в корпус, что позволит избежать массу проблем.

    Отредактировано: Николай Южаков~15:52 11.02.19
    • 6
      Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
      11.02.1916:49:53

      Прочитав текст, я сделал обратный вывод — выигрыша нет.

      В первом абзаце вроде как заявляется преимущество электродвигателя — 10 против 8, но потом скромно упоминают, что в массу не включено холодильное оборудование, что, видимо, сводит преимущество к нулю.

      Существенный выигрыш в массе достигается только при применении водорода, но его применять не дадут, бо взрывоопасен.

      Чистый результат — нет, электродвигатели на самолётах пока невыгодны.

      • 0
        Нет аватара yaapelsinko
        11.02.1916:59:07

        Какое холодильное оборудование? Дьюар с гелием, что ли?

        • 3
          Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
          11.02.1917:18:47

          Поддерживать криогенную температуру планируется бортовыми системами криообеспечения, которые сегодня достаточно компактны для применения в авиации.

          Вах, зачем миня спрашиваеш? Спроси авторов:

          Поддерживать криогенную температуру планируется бортовыми системами криообеспечения, которые сегодня достаточно компактны для применения в авиации.

          Вот эти «бортовые системы крио», которые «достаточно компактны» — они в вес установки, дающей 10 кВт/кг не включены. А включив, получим, вероятно 9 или 8 (или 7). Разница с реактивными двигателями не настолько существенна, чтобы затевать миграцию.

      • 0
        Николай Южаков
        11.02.1918:46:01

        Прочитав текст, я сделал обратный вывод — выигрыша нет.

        Значит Вы не поняли текст.

        В МАИ в цифрах всё подсчитали и сделали другие выводы.

        Отредактировано: Николай Южаков~19:48 11.02.19
        • 1
          Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
          12.02.1901:30:07

          Увы, они сделали ровно тот же вывод — для перевода на электричество надо кратное преимущество в удельной мощности; этого можно достичь только жидким водородом; водород использовать никто не даст.

          Чтобы такой переход был эффективен с точки зрения экономики, необходимо не просто сравнять удельную мощность электрических двигателей с турбинными, а значительно увеличить.

          … и дальше по тексту.

          • 0
            Dima Lashkov
            12.02.1903:03:58

            Из-за воздушных перевозок в атмосферу выбрасывается масса парниковых газов. Один трансатлатнический перелёт для одного человека по выбросам сравним с активной эксплуатацией автомобиля целый год. Если ввести налоги на парниковые газы, то электрические двигатели станут выгодны раньше.

            • 1
              Геннадий Тесёлкин Геннадий Тесёлкин
              12.02.1910:55:51

              Так энергию это элдвиг будет получать от той же турбины, которая сжигает керосин, в чем выгода-то? тем более тройное преобразование энергии снижает кпд до минимума.

              Вся эта возня с элдвиг не более чем диссертация на доктора.

              • 1
                Сергей Турчин Сергей Турчин
                12.02.1915:55:30

                Мало того, он ее будет получать не только от турбины, но и от камеры сгорания и от компрессора, ровно таких же как и на обычном ГТД.

                НАСА и Сименс богатые конторы, поэтому могут себе позволить заниматься всякими сомнительными направлениями.

                Вот интересно, например, кто сейчас помнить бучу в теоретической пассажирской авиации с соосными саблевидными винтоветиляторами противоположного вращения. Где те энтузиасты, которые обещали такой Ту-334? и где даже летавший экспериментальный МД-81 с этими моторах general Electric на пассажирских линиях? Ведь тоже обещали вот-вот, прямо завтра. Куда все подевались? Разогнал всех шум GE-36, что-ли? Теперь стюардессу снова откопали, подкрасили и подрумянили.

                •  © avia-simply.ru

                Отредактировано: Сергей Турчин~15:57 12.02.19
      • 0
        shigorin shigorin
        14.02.1914:10:05

        в массу не включено холодильное оборудование

        …как, собственно, и источник электроэнергии. Газотурбинный.

    • 0
      Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
      11.02.1916:51:50

      Кроме того не очень ясно как будет защищатся пропеллер

      Пропеллер? У меня создалось впечатление, что электрический двигатель — турбина, просто её раскручивают не сгоранием топлива, а электродвигателем.

      • 2
        Сергей Турчин Сергей Турчин
        11.02.1922:28:21

        Турбина по определению устройство, переводящее энергию (движения) газа или жидкости в механическую энергию. Электричество может крутить только компрессор/вентилятор/пропеллер для создания тяги и/или сжатия рабочего тела.

        Турбина в ГТУ может вращать электрогенератор, но никак не наоборот.

        • 0
          Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
          12.02.1901:33:06

          А как называется устройство, выглядящее, как турбина, но где э/э преобразуется в течение рабочего тела? Насос? Пусть будет насос. Всё равно на насосах, судя по статье, нам не летать.

          • -1
            Сергей Турчин Сергей Турчин
            12.02.1903:33:20

            Лопаточное колесо может быть и компрессором(насосом)/вентилятором и турбиной. Реактивный двигатель имеет в своем составе впереди по ходу потока именно компрессор, а на выходе из двигателя — турбину, если не считать сопло. Поэтому мы все сейчас, если самолет реактивный, летаем на насосах, чаще на осевых, но иногда на центробежных или даже на их сочетании. Просто журналистам когда-то понравилось слово турбина, загадочное и красивое и они им окрестили весь реактивный двигатель. А на самом деле впереди мы видим именно компрессор/вентилятор(насос).

    • -1
      Сергей Турчин Сергей Турчин
      11.02.1922:47:27

      Чтобы сохранить дальность ему понадобится вместо топлива батарей 2-2.5 тонны при собственном взлетном весе на бензине около 5 тонн. Не взлетит. Можно конечно сделать аппарат на дальность 100 км вместо 1300 км у бензинового, но зачем?

      Отредактировано: Сергей Турчин~22:48 11.02.19
      • 0
        Николай Южаков
        12.02.1901:37:34

        Там Shevrolet LS-3, надо полагать 2 двигателя. Ну будет развесовка примерно как 2 тесл сопртивных аккуммы и движки легче. Легко и не принужденно будет летать.

         https://en.wikipedia.org/...i/Pipistrel_Alpha_Trainer 

        Если самолеты летают, экраноплан полюбому взлетит.

        • 3
          Сергей Турчин Сергей Турчин
          12.02.1903:42:36

          Запасенная удельная энергия (джоули на кг собственного веса) литиевых батарей в 15-20 раз меньше удельной энергии бензина. Даже используя все электрофокусы и преимущества, эту разницу не преодолеть. Поэтому пока батареи не станут хотя ты раз в 8-10 легче говорить о сколько-нибудь серьезном применении в авиации электролетов, а экранолет частный случай самолета — бессмысленно. Разные жужжалки, вплоть до одно-двухместных игрушек для спорта и отдыха, легких военные и технологические БПЛА — пожалуйста, но это предел, пока.

          Такой бензиновый движок весит 200-250 кг, даже если мы заменим их двумя невесомыми электродвигателями — по топливу вместо «сэкономленных» 500 кг у нас добавится вместо 250 кг — более 2.5-3 тонны батарей. Но кто сказал, что электромоторы и связанные с ними причандалы ничего не весят?

          Отредактировано: Сергей Турчин~04:10 12.02.19
          • 0
            Николай Южаков
            12.02.1911:58:43

            Ну где-то так. Обычные движки и электродвижки тоже надо охлаждать кстати. Ему только для взлетного запаса мощности приходится возить с собой пол тонны двигателей и всего прочего. Это заменится на тонну аккумов, где-то на час полета хватит, для стендовой отработки, а там можно гибрид делать, но по цене на топливо это еще надо поглядеть, что дешевле выйдет.

    • 1
      Нет аватара opt1mist
      12.02.1907:22:50

      Минуточку,а где вы в тексте упоминание о аккумуляторах увидели? цитирую: коллектив рассмотрел концепцию электрического самолёта с гибридной силовой установкой- Эта система состоит из газотурбинного двигателя, вращающего электрический генератор, электродвигателя и кабельной линии, соединяющей их. Собственно проблема массы аккумуляторов решена их отсутствием. То есть топливо как и прежде горит, но возможно за счет меньшей тепловой нагрузки непосредственно в объемах гондолы двигателя и меньших его габаритов достижимы новые компоновочные решения.

      • 1
        Сергей Турчин Сергей Турчин
        12.02.1911:21:07

        Правильно, заменяем в обычном, по сути,двигателе вал — железную трубу с КПД 99% на электромотор с электрогенератором и проводкой с КПД 95(или сколько там) и твердо верим в успех. А причудливые компоновочные схемы нужны разве что аппаратов STOL/VTOL, но никак не для авиалайнеров, истребителей или транспортников.

      • 1
        Александр Жигульских Александр Жигульских
        12.02.1919:27:54

        Электротрансмиссия появилась еще в 19ом веке, но применяется крайне ограниченно в силу того, что обычная — выгоднее. И никакие сверхпроводники эту ситуацию кардинально не изменят (ввиду их высокой стоимости и, применительно к авиации, большей массы).

    • 0
      Нет аватара gritsevsky
      12.02.1909:34:14

      Всё правильно, выигрыш в весе идет. Только проблема энергоносителя остается, аккумуляторы пока еще тяжелые.

      Массу аккумуляторов надо с массой топлива для ТРД сравнивать, оно тоже весит в разы больше двигателей на самолетах с большой дальностью.

      Я не знаю как обстоят дела в большой авиации, а в авиамоделизме электродвигатель успешно вытесняет поршневой двигатель. И не только благодаря надежности и простоте эксплуатации, массовые характеристики двигателей и аккумуляторов вполне на уровне.

      • 1
        Сергей Турчин Сергей Турчин
        12.02.1911:23:50

        А если приделать к авиамодели полезный груз весом с весом топлива на восемь часов полета без посадки? Причем на скорости 800 кмвч.

        Отредактировано: Сергей Турчин~11:30 12.02.19
  • 2
    Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
    11.02.1916:54:19

    Чего ж последний абзац по ссылке не привели? Он же утверждает обратное данному посту — что для самолётов электродвигатели, по-видимому, пока не перспективны:

    По словам ведущего научного сотрудника лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ «МИСиС» Александра Карпова, использовать сверхпроводящие электромоторы может быть выгодно скорее для больших кораблей, чем для самолетов, причем основной интерес будет вызывать уменьшение размеров и веса, а не экологические факторы, пока зарядка батарей для электродвигателя осуществляется от станций, сжигающих газ или мазут.

    Выделение моё.

    • 0
      Zveruga Zveruga
      11.02.1916:57:19

      Корабли, тепло-электровозы и… экранопланы.

      • 0
        Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
        11.02.1917:19:54

        экранопланы

        Экранопланы — не нужны. Скорость ниже самолёта, грузоподъёмность ниже корабля.

        • 5
          Алекс Разработчик Алекс Разработчик
          11.02.1918:53:22

          Эксплуатанты конвертопланов с Вами не согласятся.

          И потом, взгляните с другой стороны: скорость больше, чем у корабля, грузоподъёмность выше, чем у самолёта. Вот КАМАЗ (автомобиль): скорость меньше, чем у Формулы, грузоподъёмность меньше, чем у БЕЛАЗа.

          • 1
            Евгений Цыпин
            11.02.1922:10:54

            Главная проблема — экранопланы летают только над ровной поверхностью.

        • 0
          Сергей Ивженко Сергей Ивженко
          11.02.1923:49:39

          Говорят, что и скрипачи нам не нужны.©

        • 0
          Павел П Павел П
          12.02.1901:12:22

          Экранопланы — не нужны.

          В своё время экранопланы разрабатывались в первую очередь в военных целях и в этой сфере они очень нужны. Вот вопрос по подобной силовой установке для военной техники это вопрос вопросов.

          • 0
            Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
            12.02.1901:26:24

            И военные их не приняли. Оно и понятно — устройство вполне себе размером с небольшой корабль, но незаметность на радаре хуже, чем у корабля — поскольку движется выше над поверхностью. Несет при это меньше, чем корабль, а непогоду переносит намного хуже.

            Скорость — да, лучше корабля, но при ракетном вооружении зачем эта скорость сдалась? По сравнению с ракетой всё равно малая. Особенно на внутренних морях.

            Сам факт того, что вояки повозились и бросили означает, что смысла в нём немного.

            • 0
              Николай Южаков
              12.02.1913:57:03

              Для армии это практически идеальный десантный корабль, тяжелый, бронированный(аккумуляторы   , бесшумный. Ну и над землей может летать. Дрон штурмовик тоже может быть.

               https://sdelanounas.ru/blogs/116158/ 

              Отредактировано: Николай Южаков~14:02 12.02.19
              • 0
                shigorin shigorin
                14.02.1914:15:41

                бронированный(аккумуляторы

                А Вы шутник. Попадание незапланированной энергии в места её, пардоньте, аккумулирования в концентрированном виде (и проседание/исчезновение источника организованной энергии на борту) -- это ой. Что для экраноплана, что для подводной лодки…

                • 0
                  Николай Южаков
                  15.02.1903:06:04

                  Если поглядеть на аккумы Теслы, то они состоят из «пальчиковых баттарейк», для десантного корабля подойдет подобный блок ионистров вниз, и навесные аккумулятроные панели по бокам, чтобы можно было вешать уже заряженные.))

                  Ну и если там какие то проблемы с запасом питанием будут — вертикальная посадка на воду, землю, т. е. немного продвинутей машина, чем просто экраноплан.

                  Отредактировано: Николай Южаков~03:08 15.02.19
      • 0
        Сергей Турчин Сергей Турчин
        11.02.1922:31:28

        Самолеты, если только мелкие. А для нормальных самолетов типа А320 и ли МС21, вес литиевых батарей зашкалит за 300 тонн, аналогичному керосиновому самолету нужно будет порядка 20 тонн.

        • 0
          Zveruga Zveruga
          12.02.1907:57:43

          В концепции электрического самолёта не подразумевается использование чистого электричества. На нём должна быть установлена одна турбина с генератором электричества, от которой запитываются электродвигатели. Большая ёмкость аккумуляторов тут не нужна.

          • -1
            Сергей Турчин Сергей Турчин
            12.02.1909:19:31

            Да это понятно, но тогда прямого эффекта просто вообще нет. Нужно собирать крохи на количестве и месте расположения винтов,работе турбины с минимумом переходных режимов и т. п.

            Ида, для работы турбины нужно как-то сжать газ до камеры сгорания примерно до 40 единиц по отношению к давлению на выходе из двигателя. Если это делать на борту самолета, что на нем, фактически, будет тот же самый классический ТРД, но с разнесенными по пространству турбинами, вентиляторами и компрессорами, соединенными вместо валов генераторами, проводкой и электромоторами.

            Либо надо будет возить на самолете сжатый или сжиженный воздух или кислород и мы приходим почти к ЖРД к которому зачем-то еще будет приделан вентилятор и турбина.

            Отредактировано: Сергей Турчин~09:45 12.02.19
            • 0
              Zveruga Zveruga
              12.02.1910:03:34

              Я тоже так думал пока не прочитал про степень двухконтурности.

              Сте́пень двухко́нтурности — параметр турбореактивного двигателя, показывающий отношение расхода воздуха через внешний контур двигателя к расходу воздуха через внутренний контур. Чем больше величина этого параметра, тем больший КПД двигателя удаётся получить.

              Внешние электрические двигатели это действительно выделенные вентиляторы получающие энергию от турбины без валов, но их задача в повышении степени двухконтурности.

              Все турбовинтовые самолёты на дозвуковых скоростях имеют больший КПД по сравнению с любыми турбореактивными, потому что у винта на малых скоростях КПД эффективной мощности выше чем у реактивной струи. Как промежуточное решение этой проблемы появились турбовентиляторные двигатели, которые по сути являются двухконтурными, где второй контур создан для повышения КПД. Электрический самолёт представляет собой летательный аппарат с гибридной электро-турбореактивной силовой установкой ультравысокой степени двухконтурности.

              Использование передачи энергии от турбины к винтам электрическим способом позволяет повысить мощность всей установки в целом. По сравнению с турбовинтовыми двигателями, которым требуются очень надёжные и качественные редукторы, гибридные силовые установки позволяют создать более лёгкие летательные аппараты с вертикальным взлётом и посадкой типа конвертоплан. То есть главное преимущество электрической передачи энергии от турбины к винту вместо механической это разнообразие и простота способов компоновки при размещении турбины и винта на борту. По этой причине гибридные силовые установки более выгодны и на кораблях.

              Отредактировано: Zveruga~11:02 12.02.19
              • -1
                Сергей Турчин Сергей Турчин
                12.02.1910:34:39

                Ну и что? Во-первых ТРД с вентиляторами большой степени двухконтурности уже давно придуманы и степень двухконтурности растет. А самолету Ту-95 вообще более 50 лет. Во-вторых, на больших, наиболее выгодных для снижения аэродинамического сопротивления и расхода топлива высотах не полетаешь — там огромные вентиляторы/винты работают плохо. В-третьих, это самое главное, ну выиграете 10, ну 20% за счет лучшего КПД вентиляторов большого размера типа НК-93 (и потереяете одновременно 200-250 километров в час крейсерской скорости), а вес батарей как был в 15 раз больше веса керосина эквивалентного энергетического запаса, так и останется. Повторю, для самолета типа А320 вес батарей составит около 300 тонн, керосина — 20 тонн, при том, что современый А320 с топливом и пассажирами весит всего тонн 60-70. Нелетабельно в принципе.

                И это с учетом КПД ТРД 30%. А если просто сравнивать запасы энергии, то керосин по весу выгоднее литиевых батарей почти в 60 раз.

                Идеальный самолет с огромными винтами существует уже 50+ лет. Да у него несовершенный турбокомпрессор на уровне науки 50-х гг, но термодинамический КПД НК-12 едва ли хуже КПД современных двигателей на 15-20% (да хоть на 50), его ведь надо увеличить электролетчикам на 1500% (одну тысячу пятьсот процентов).

                Отредактировано: Сергей Турчин~10:41 12.02.19
                • 0
                  Николай Южаков
                  12.02.1911:36:18

                  там огромные вентиляторы/винты работают плохо

                  Ну вентиляторы с электроприводом, навроде тех что ролике концепта комарова(см выше), можно подвесить на сврехпроводящих магнитах и получить очень высокую скорость оборотов без нагрева.

                  • 0
                    Сергей Турчин Сергей Турчин
                    12.02.1911:58:34

                    Вы понимаете почему винт плохо работает на больших скоростях и высотах? Вовсе не из-за низких оборотов. А потому, что они достигли, причем много десятилетий назад, трансзвуковых скоростей на концах лопастей. А выше — шум, гам, вибрации, ударные волны и прочий бедлам. Волновой кризис называется. Поэтому никакого абсолютно смысла повышать угловую скорость вращения винтов, чем это было достигнуто при жизни Иосифа Виссарионовича Сталина в 52 году на Ту-95 — нет. Причем достигнуто на соосных винтах с исключительным шумовым эффектом Ну некоторые усовершенствования сделаны еще в виде саблевидных лопаток при жизни Брежнева-Андропова.

                    И, как обычно, не раскрыта тема появления электричества на самолете. Если это схема типа разнесенного ГТД — компрессор и мощность на его привод не отменял. Есть еще, правда, всякие топливные элементы и т. д.

                    Отредактировано: Сергей Турчин~12:05 12.02.19
                    • -1
                      Николай Южаков
                      12.02.1913:35:07

                      Ключевое слово без нагрева)) Возможность передавать большой крутящий момент в широком диапозоне мощности, без трансмиссий и прочей лабуды.

                      А то о чем вы пишете, для очень большой высоты и сверхнизкого давления не важно, главное чтоб тяга была.))

                      • -1
                        Сергей Турчин Сергей Турчин
                        12.02.1915:22:56

                        Нагрева ЧЕГО? То, о чем я пишу, справедливо для высоты 0 и скорости 0. С момента трогания самолета со старта. Именно тогда нужна максимальная тяга винта, его обороты и т. д.

                        • 0
                          Николай Южаков
                          15.02.1913:11:45

                          Такой вентилятор сможет прокачать больше воздуха на 0 высоте, чем любой с обычным приводом, т. к. не ограничен механикой по мощности передаваемого момента. На высоте сможет развить больше скорость оборотов, чем любой другой.

                • -1
                  Zveruga Zveruga
                  12.02.1912:38:56

                  Батареи в гибриде не нужны.

                  Вся соль в компоновке. Механика не позволяет компоновать двигатели так как это позволяет электрика.

                  Чтобы уменьшить скорость столкновения лопасти с воздухом винт нужно делать малого диаметра. Чем он меньше тем меньше окружная скорость на концах винта. На турбовентиляторных двигателях это полезное место возле оси винта занято первым основным контуром ГТД. Вот и приходится мостить редуктор для уменьшения оборотов вентилятора, чтобы края его лопастей работающие на второй контур не создавали негативных эффектов. Как вариант решения проблемы можно вынести вентилятор во вне первого контура. Но тогда его придётся связать с главным валом ГТД каким-то образом для передачи на него мощности.

                  Такие самолёты с большим числом маленьких винтов не спроста рисуют. Это проект НАСА.

                  •  © i.ytimg.com

                  Вот представьте, что все эти винты связаны редукторами и валами. А если стоит задача поворота двигателя как в конвертоплане, то сложность создания такого механизма повышается ещё сильнее.

                  Отредактировано: Zveruga~12:48 12.02.19
                  • -1
                    Сергей Турчин Сергей Турчин
                    12.02.1914:49:59

                    Угу и получите самолет, летающий на дальность 200 км на скорости 600 кмвч вместо самолета с дальностью 8 тыс. километров со скоростью 850 кмвч. При той же полезной нагрузке в 15-20 тонн. Все довольны, все смеются.

                    У винта КПД и так порядка 90%, что Вы надеетесь получить улучшив его еще 5-8%?

                    STOL/VTOL дело важное, но сто лет мак не родил — голода не было и не будет.

                    Отредактировано: Сергей Турчин~14:57 12.02.19
                    • -1
                      Zveruga Zveruga
                      12.02.1915:07:27

                      Это показывает и статья. Без сверхпроводников с критической температурой выше температуры кипения жидкого метана такой гибридный самолёт построить не удастся. Поэтому гибридная авиация будет ждать появления таких ВТСП.

                      А вот на кораблях гибридные силовые установки со сверхпроводниковыми двигателями уже сейчас начнут применять.

                      Что касается КПД винта, то он не один участвует в полезной работе. Вместе с ним трудится и двигатель. Поэтому необходимо оценивать эффективность силовой установки обязательно вместе с удельной мощностью.

                      Отредактировано: Zveruga~15:10 12.02.19
                      • 0
                        Сергей Турчин Сергей Турчин
                        12.02.1915:31:29

                        Отвлекитесь от статьи. Есть турбомашина с жестким валом между турбинами, компрессором и вентилятором или винтом. Скомпоновано все компактно и трансмиссия имеет КПД 98-99%. Винт имеет КПД 90%. Работает экономично до скоростей ЛА 900 кмвч.

                        Вы хотите заменить все это абсолютно теми же компрессорами, турбинами, вентиляторами и винтом, причем возможно КПД новых винтов станут 95-98% (а может быть и нет, паразитное влияние взаимодействия струй большого количества маленьких винтов никто не отменял). Хорошо, если КПД электротрансмиссии достигнет тех же самых 98-99%. Но это звучит фантастикой. Плюс потеря скорости самолета в ~250 кмвч.

                        • 0
                          Zveruga Zveruga
                          12.02.1915:59:00

                          Вы хотите заменить все это абсолютно теми же компрессорами, турбинами, вентиляторами и винтом,

                          Задача звучит несколько иначе… добавить винтов к одному и тому же двигателю.

                          У ГТД много мощности, но реализовать её даже на 90 процентов в одном соосном вентиляторе не получается. Крутить быстро винт нельзя, лопнет и разлетится на куски. Выходит мы теряем полезную мощность, так как не можем ею воспользоваться.

                          Отредактировано: Zveruga~16:01 12.02.19
                          • 0
                            Александр Жигульских Александр Жигульских
                            12.02.1919:09:03

                            Для этого есть многовальные схемы ГТД, давным-давно реализованные на практике. Более того, к электрическому двигателю тоже нельзя «винтов добавить» так просто

                            • 0
                              Zveruga Zveruga
                              12.02.1920:54:59

                              У которых валы соосны? Так там выгоды от двух винтов на одой оси уже не так много, как если бы каждый отдельный винт работал в отдельном воздушном потоке.

  • 0
    Zveruga Zveruga
    11.02.1916:54:44

    По мнению авторов работы, это можно будет осуществить, перейдя на охлаждение сверхпроводниковых двигателей жидким водородом (−253 градуса по Цельсию). Данная степень охлаждения сверхпроводников способна повысить удельную мощность двигателя до 30 кВт/кг. Но на данный момент проблема применения жидкого водорода заключается в том, что он взрывоопасен, дорого стоит и требует немало энергии для производства.

    Если только производить жидкий водород прямо на борту перемещаемого аппарата из метана, который питает реактивный двигатель.

    Отредактировано: Zveruga~16:57 11.02.19
  • 0
    Евгений Алиулин Евгений Алиулин
    11.02.1919:31:06

    Жаль только что на фото ТРД

  • 1
    Нет аватара AlexKH
    11.02.1919:41:42

    Простите, я, разиня, пропустил основное ключевое слово…

    «Наш коллектив рассмотрел концепцию электрического самолёта…"

    Тогда вопросов нет…

  • 2
    Kolyda Kolyda
    11.02.1919:52:14

    Всё правильно, выигрыш в весе идет. Только проблема энергоносителя остается, аккумуляторы пока еще тяжелые.

    Тепловая машина при полете на самолете расходует топливо и тем самым уменьшает вес аппарата. Батареи же свой вес не меняют и пилотам придется сажать электрический самолет практически при взлетном весе. Насколько я знаю сейчас при внеплановых посадках стремятся вес самолета уменьшить, вплоть до принудительной выработки (сброса) топлива и (или) боезапаса. Наверное и конструкция самолета облегчена с учетом облегчения машины в посадочном режиме.

    • 1
      Vladimir Dyuzhev Vladimir Dyuzhev
      12.02.1902:19:00

      пилотам придется сажать электрический самолет практически при взлетном весе

      Кстати, да, интересное последствие…

      • 0
        Сергей Турчин Сергей Турчин
        12.02.1903:59:00

        Есть еще несколько «забавных» последствий при посадке с литиевыми батареями с не выпущенными шасси — керосиновый пожар покажется игрушкой. Куда не помещай батареи — хоть на потолок фюзеляжа — от возможного контакта с бетоном батарею не спрячешь. Последствия при выходе из строя электродвигателей в полете — «этектротопливо» аварийно не сольешь. Ну и время «запраки» того и другого аппаратов несравнимы. Плюс экономичная скорость пассажирских самолетов на электротяге на крейсеррском режиме упадет с 800-900 кмвч до ~600-650 кмвч. Вернемся на уровень скоростей середины 40-х годов 20-го века.

  • 4
    Нет аватара ts
    11.02.1920:06:32

    Я думаю, что их начнуть применять на беспилотниках. Такие аппараты будут значительно менее шумными и не будут иметь горячих двигателей ( будут незаметными в инфракрасном диапазоне). При этом, с учетом применения в ВВС, им необязательно быть экономически эффективными.

  • 5
    Нет аватара mikr
    11.02.1920:11:28

    Компактный и легкий электродвигатель для самолета еще как-то можно построить. Сверхпроводимость в этом смысле дает определенную выгоду если не рассматривать дополнительную инфраструктуру, необходимую для обеспечения сверхпроводимости. А ведь эта инфраструктура по-любому снижает массовую эффективность за счет «лишнего» веса, объема и энергозатрат.

    Но и это еще не все. Главная проблема электропривода самолета — отсутствие легкого и компактного источника энергии. Любой современный и даже перспективный аккумулятор имеет удельную энергоемкость примерно в 20 раз хуже чем углеводородное авиатопливо. Это значит, что для перевозки одной и той же коммерческой массы в самолет придется загрузить в 20 раз более тяжелый аккумулятор, чем равноценный ему по энергоемкости керосин. К тому же не забываем, что керосин по мере вырабатывания баков в процессе полета постепенно легчает, а разряженный аккумулятор весит столько же сколько заряженный. А пустую батарейку придется с собой тащить до конца полета, что тоже не способствует экономической эффективности электрического самолета.

    Короче говоря, электрический мотор для самолета это — экзотика, практическая ценность которой в ближайшей перспективе не просматривается.

    Отредактировано: mikr~20:19 11.02.19
    • -2
      Николай Южаков
      11.02.1922:47:09

      Электрические самолеты будут летать независимо от вашего мнения.)) Сейчас эта тема популярна и не обязательно должна быть «практическая ценность», просто идет гонка технологий.

      в ближайшей перспективе не просматривается

      Очень много всего просматривается, особенно в плане хранения/передачи энергии. Да и для гибридов таких проблем вообще нет.

      Недавно я уже описывал свои идеи по этому поводу на этом сайте, повторяться не буду, посмотрите историю сообщений.

      • 0
        Сергей Турчин Сергей Турчин
        12.02.1903:47:29

        Да электролеты и сейчас летают, тильки, «низЭнько» и, добавлю, «не дуже швыдко».

        • -1
          Николай Южаков
          12.02.1912:52:45

          Над городом, к примеру, больше и не надо. Зато есть плюсы в виде простоты конструкции, резеврировании движков, доступности электроэнергии и т. д.

          • -1
            Сергей Турчин Сергей Турчин
            12.02.1915:02:56

            Ну так пиццу и сейчас они носят, будут холодильники и стиральные машина покупателям в Интернет-магазинах доставлять. Все только за. Любители пилотировать небесную блоху полчаса-часок недалеко от аэродрома. Пока у всех экспериментальных аппаратов дальность около сотни км при одном пилоте.

    • 1
      Александр Жигульских Александр Жигульских
      12.02.1918:24:35

      Как дипломированный специалист по авиационным двигателям — полностью соглашаюсь.

  • 0
    VV Axntv VV Axntv
    11.02.1922:15:48

    В торпедах большая мощность нужна.

  • 2
    александр столярчук александр столярчук
    11.02.1923:24:38

    Имеет смысл такой движок если источник энергии будет ядерный к примеру. Ну или может аккумуляторы создадут новые, легкие и энергоемкие. А ставить ТРД чтобы выработать электроэнергию чтобы потом использовать электрический двигатель смысла нет. По закону сохранения энергии, нельзя потратить больше чем выработали. Значит электродвигатель просто лишняя деталь, да ещё и весит она.

    • 2
      Александр Жигульских Александр Жигульских
      12.02.1918:23:35

      Да в общем-то нам ещё на первой лекции по электротехнике говорили, что одна из основных проблем современной науки — это запасание электрической энергии. Если создать батареи, которые позволят отказаться от энергии химических связей топлива в качестве «резервуара» для её хранения, нас ждёт новый экономический уклад и без высокотемпературных сверхпроводников.

      Отредактировано: Александр Жигульских~19:28 12.02.19
      • 0
        александр столярчук александр столярчук
        15.02.1911:29:36

        Уф. Перечитал все комментарии, не могу понять, почему все обсуждают именно батареи? Ведь в статье о них ни слова! Меня же интересует есть ли вообще смысл гибридной установки на самолете? Я понимаю на автомобиле и то в городе. На трассе тоже выгоды нет.

  • -3
    Николай Арбаев Николай Арбаев
    12.02.1912:50:28

    Сколько лет предлагаю весь транспорт на электротяге: летать на самолёте по России (миру); с Москвы до Магадана за час на гиперзвуке до 10 тыс.км/час — над супер прямой высоковольтной линией ЛЭП (110-220-500-750) на мощных высоковольтных электродвигателях (гибрид, по безлюдной территории ) контактно и без контактно на автопилоте на высоте 100 м. и выше .Без всякого топлива ,если возможно и даже аккумуляторов .Справа и слева вертолёты и супер мощные грузовые эшелоны из 20 — 40 дирижаблей со скоростью от 300 до 900 км./час с грузом на сотни тыс. тонн. А наземный транспорт :электро велосипед, эл. мото — квадро — цикл, эл. автомобиль и другие — использовать как заправки: зарядные линии (межгород) длиною на 10 км. и более .Прицепился — контактно или без контактно и едешь со скоростью 100-200 км./час (или как троллейбус), а оплата (онлайн) по интернету .Увы это Россия ни когда не поддержит .20.11. 2016 г. предлагал Президенту России «Боевые лазеры» объявил на весь мир, а мне даже не ответил и не раз; атомную (ядерную) мину, аппарат по тушению стихийных и других пожаров, два вида авианосца и другие .Нет не ответил.

    • 1
      Kolyda Kolyda
      12.02.1915:33:45

      летать на самолёте по России (миру); с Москвы до Магадана за час на гиперзвуке до 10 тыс.км/час — над супер прямой высоковольтной линией ЛЭП (110-220-500-750)

      А зачем? 8 часов полёта не так уж и утомительно, а супер прямая ЛЭПия весьма дорогостоящее мероприятие, тем паче при строительстве и эксплуатации в необжитых районах. Да и запитать её ещё надо одновременно от нескольких электростанций, иначе, при такой длине Москва — Магадан, потери в линии окажутся большими чем полезная нагрузка. Кроме того пребывание в электрических полях мощных ЛЭП весьма негативно для здоровья.

      Кстати, а как Вы себе представляете контактный съём электроэнергии при гиперзвуковых скоростях?

      …атомную (ядерную) мину…

      Сей агрегат ещё НС Хрущев обещал американцам «на добрую память», а сейчас нечто похожее уже скоро станет на вооружение.

      Нет не ответил.

      Мне ответили, вернее тому кто пытался продвинуть мое, значительно менее масштабное чем авианосец, предложение — «Вас тут в институте 600 офицеров сидит, а вы говорите электромонтажник на объекте предложил! … (ну и дальше мат конечно)»

      • 0
        Николай Арбаев Николай Арбаев
        12.02.1920:53:59

        Ну прям — как курицы (бабы) ,аж смешно.Не сс-ы Маруся, всё подгоним и будет тип-топ.    

        Отредактировано: Николай Арбаев~21:06 12.02.19
    • 2
      Е.Юрий Е.Юрий
      12.02.1916:41:21

      летать на самолёте по России (миру); с Москвы до Магадана за час на гиперзвуке до 10 тыс.км/час

      Вы представляете как разогреется поверхность аппарата на такой скорости? Не говоря о том какое гигантское количества энергии уйдет на преодоление сопротивления воздуха. Надеюсь что Вы хоть на минуту задумывались о стоимости километра пути для пассажиров, я даже не говорю о безопасности. Фантазии надо подружить с физикой и экономикой, только тогда может родиться что-то дельное — на первых парАх хотя бы с физикой.

      • 1
        Александр Жигульских Александр Жигульских
        12.02.1918:19:49

        А уж какие перегрузки будут) не каждый пассажир — космонавт

      • -2
        Николай Арбаев Николай Арбаев
        12.02.1921:14:46

        А ты знаешь, этим миром правит такие шизики — дураки, а умные как ты — исправят.

        • 2
          Е.Юрий Е.Юрий
          13.02.1903:42:33

          По существу есть что сказать?

          П.С. Ваша идея устарела — уже актуальна концепция движения летательного аппарата в плазменном экране на скорости больше 15000 км\час — дерзайте.

          • 1
            Николай Южаков
            13.02.1911:06:06

            А не проще людей закатывать в ядро и стрелять из пушки в Магадан?

            • 2
              Е.Юрий Е.Юрий
              13.02.1913:33:52

              Ну этот товарищ и предлагает что-то подобное   

          • 0
            Николай Арбаев Николай Арбаев
            13.02.1913:02:31

            У меня всегда есть что сказать, 15000 км/час это х-я …. Есть разные со скоростью 1-й ,и 2-й ,и 3-й комической, и даже со скоростью света, и …. Что продолжить ?Один из них хочешь: в глубине 1 км. взорвать заряд атомной или ядерной бомбы без выброса и отправить со скоростью … космический аппарат для разведки ….

            • 2
              Е.Юрий Е.Юрий
              13.02.1914:04:50

              ядерной бомбы без выброса

              Знаете рецепт такой бомбы?

              … космический аппарат для разведки …

              Не получится — у КА скорость увеличивается по нарастающей от малого к большому, а у Вас от большого к малому — если КА не развалится от бешеного импульса вначале, то скорость все равно потеряет и не выйдет на орбиту.

              Судя по всему, глядя на Ваши тезисы, барон Мюнхгаузен нервно курит…

              • 1
                shigorin shigorin
                14.02.1914:23:44

                Да, у человека явно выраженное wishful thinking.

                Интересно, он сам-то хоть раз в жизни попробовал свои идеи на макете проверить?

                (у меня, если что, лет в десять-двенадцать моторчик с самопальным пропеллером ездил по двум медным проводам над кроватью; самыми сложными частями «проекта» для меня были центральная бобышка, которую выточили у папы на работе, и реверсивный переключатель, который из чего-то вроде старой железной дороги оказался в итоге).

                • 1
                  Е.Юрий Е.Юрий
                  14.02.1915:12:48

                  Интересно, он сам-то хоть раз в жизни попробовал свои идеи на макете проверить?

                  Я думаю он даже в голове не моделировал процесс и связные события. Нигилист физики, анархист математики — свободный художник   

                  П.С. «Что такое дебют братья? дебют братья это квази уно фантазия — ну это все знают…» О.Бендер.

                  Отредактировано: Е.Юрий~15:34 14.02.19
              • 0
                Николай Арбаев Николай Арбаев
                15.02.1916:16:28

                Что Мюнхгаузен посинел, поршень выбросит и закроет выброс, а перевёрнутая работающая ракета выйдет с шахты(зачистит путь), скорость не потеряет.

                • 0
                  Е.Юрий Е.Юрий
                  16.02.1904:14:17

                  С загрязнением радиацией акватории что делать будете?

                  Скажу более — описанная Вами ситуация уже давно была, причем естественным образом — в истории Земли были взрывы гораздо более мощеные чем атомная бомба — извержения вулканов. Порода выбрасывалась с силой несколько атомных бомб, и никакие камни, скалы не стали искусственными спутниками — благополучно упали обратно, потому как не было энергии поддержания импульса при возрастающем воздействии внешних факторов с увеличением высоты. И еще — при воздействии на тело в состоянии покоя мощного импульса, энергия импульса мгновенно передается этому телу и если конструкция, материалы не способны погасить или принять ее без повреждения этой конструкции, то тело разрушится. Иными словами нет такой аппаратуры, чувствительной в том числе, которая не испортится от мгновенного воздействии перегрузок в десятки G - кусок металла, а не КА Вам придется стрельнуть.

                  • 0
                    Николай Арбаев Николай Арбаев
                    16.02.1911:37:21

                    Это как говорят прикол ,идеи разрабатываются и испытываются (НИОКР). Для успешного полёта космического аппарата предлагал свой двигатель (jиргильjин), который достигнет скорости света (без человека) за атмосферой — в космосе. Гиперзвуковые скорости для обороны (для армии России), а для пассажиров существуют свои нормы безопасности ….

  • 2
    Александр Жигульских Александр Жигульских
    12.02.1918:18:25

    А почему на фото ТВ7-117? Там только высокотемпературных сверхпроводников не хватало)

    Отредактировано: Александр Жигульских~19:29 12.02.19
  • 0
    shigorin shigorin
    14.02.1914:24:37

    Ольга Борисовна, добро пожаловать на сайт, но материал эээ… спорный, как видите.

    • Николай Арбаев Николай Арбаев
      19.02.1909:44:25

      МАИ — не то что спорный .Такими темпами обскачут нас, срочно делайте свои работы по высоковольтным линиям, и высоковольтным электродвигателям, и срочно прогнать — испытать технологию движения авиацией на сверхзвуке, по ЛЭП (10-110-220-500-750-…) и по Россети местным линиям наземного транспорта по автомагистралям в 220 volt (12-24-27 volt) линия зарядки на 10-20 км. прицепился контактно или без контактно на автопилоте(межгород как заправки) электро: велосипеды ,мото-квадро-циклы ,автомобили и другие, едешь со скоростью 100-200 км/час на электротяге, а оплата онлайн.

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,