125

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.

читать полностью

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

  • -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.

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