03.03 飛機能用電飛行嗎?

Dambuster


小飛機本來就有電動飛機,無人機就更不用說了。客機的話,目前來看還是很難實現的,用電量太大,目前的電池容量遠遠不足。

首先,飛機是依靠氣動性能飛行的。這點類似於船隻航行於水面,不同的是,當飛機速度達不到足夠要求時,不但可能導致飛行高度達不到,還有可能升力抵消不了重力而掉下來。

而飛機主要動力源就是發動機,依靠燃燒航空煤油,轉化熱能為動能。那麼現在如果你要用電力飛行,也需要有足夠的前推力。也就是說你要用足夠的電力來帶動發動機葉片旋轉,產生巨大的吸力和向後的推力。

以官方公佈的數據來看吧,波音787飛機,由於發動機減少了引氣系統,減少了35%的發動機功率損耗。也就是說,如果飛機空調、機翼防冰、設備冷卻等都用電動的,最終節省了35%的發動機引氣消耗。

那麼這35%的引氣最後需要消耗多少電呢?787飛機由於不用引氣,加裝了三個發電機,最終六個發電機,發電功率1500KVA左右。這樣才能勉強夠的上飛機消耗,包括電剎車、電空調、電防冰、電液冷卻計算機、客艙設施用電等。

以這樣來推算的話,其中1000KVA的電力是因為不用引氣額外消耗的。這樣算的話,三相電乘以cosΦ也就是0.8,也就是800KW。除以35%,那麼發動機功率如果不考慮效能問題的話,應該不低於2285KW。

那麼整架飛機所需電力是2285+1500*0.8=3485KW。這個功率消耗可是不小的。

飛機上有兩組電瓶,很先進的鋰離子電池,一組八塊,一組28.5公斤,合計供電32V,供電150A一小時。計算電池功率的話就是150*1*32=2400W。費那麼大勁,當初還因為過熱起火,最後57公斤東西2400W。

按照上述計算波音787飛機飛行兩小時,需要6970KW電,需要2904個現在飛機裝的成對電池。所需重量大約是165537千克,165噸左右,飛機最大起飛重量才219噸,空重111噸。光裝這些電池都不夠了,別說載客和載貨了。

這還不算把32V直流電轉換成235V交流電、115V交流電中間的損耗。

總結,除非電池有極大的發展,指望現在的電池容量,別指望能運用在客機上了。再重複一下,小飛機和無人機有不少電動的,就不再說了。

對了,還忘記算了一點,現在貌似787飛機的電瓶為了防止燃燒影響其他部件,又加裝了厚重的外殼,一個電瓶估計得有40公斤左右了。那麼實際結果大約要232噸左右。

至於用發動機發電,再用電動機帶動發動機葉片旋轉,這樣能源來回轉換,只會更加浪費。


只有相思


電動機當然能夠驅動螺旋槳,從而使飛機飛起來,但最大的挑戰在於哪裡來的那麼多電,能源源不斷地供給電動機。

從理論上說,電池早就發明了,當然可以用電池,人類在潛艇上也早就使用了蓄電池,起碼能在水下保證一定時間的航行。但對飛機來說,重量是一個極為敏感的因素,蓄電池的笨重卻是出了名的。因而這麼多年沒人笨到為飛機裝蓄電池去飛行。

後來出現了太陽能電池板,為這個想法帶來了新的機會。早在2005年4月,美國一架名為SoLong的太陽能無人機就首先實現了24小時連續飛行。它的能量來自光電板和鋰離子電池,6月又連續飛行48小時16分鐘。不過這架飛機總重僅12.8公斤,沒有太大實用價值,成本也非常高。

不過如果只飛行有限距離,太陽能飛機也在1980年就實現了首次載人飛行,1981年成功地飛越了英吉利海峽,1990年美國的埃裡克·雷蒙德駕“尋日者”太陽能動力滑翔機分21段飛越了美國大陸,歷時兩個月,最長航段距離400公里。1995年,無人太陽能飛機“探路者”創造在15400米高空飛行11小時的紀錄。2001年這一紀錄又被“太陽神號”提升到29524米。

在“太陽神號”上,燃料電池只是太陽能電池的補充,用於為夜間飛行提供能量。2005年美國公司開始研製完全依靠燃料電池的無人機“環球觀察者”,2010年實現了在17000以上高度連續飛行一週。

到2017年,美國縮比複合材料公司得到國家航空航天局的合同,開始用一架泰克南P2006T雙發活塞通用飛機改裝電池和巡航電機,使它成為X-57麥克斯韋分佈式電推進驗證機。X-57打算安裝重359公斤鋰離子電池,用兩臺60千瓦的電動機替換兩臺活塞發動機,同時將機翼換成大展弦比新機翼。另外,在兩翼前緣安裝12個小型電動機和螺旋槳,在低速時增加升力。這將是人類首次完全依靠電池動力實現具有實用意義的載人飛機飛行,可望將私人小飛機巡航飛行時所需的能量需求降低5倍。


吳戈


從理論上講是可以的,飛機飛行靠的是機翼的升力,發動機只要可以克服飛行的阻力即可,不限於何種能源。電動在小型飛機上是可以的,但商用飛機目前還沒電動的,主要是電池的能量/質量比太差,無法長時間續航,而且不像燃油燒掉後,飛機質量會越來越來越輕,經濟性也不好。


風土水火


首先明確:飛機完全可以用電飛行!

當前,世界上軍用或民用飛機的主要動力,主要包括渦輪噴氣發動機、渦扇噴氣發動機、渦槳發動機、渦輪軸發動機等等,這些發動機原理上都屬於內燃機驅動的動力,也就是由化學燃料燃燒轉化成高速噴射氣流或者經變速裝置直接帶動螺旋槳等,從而驅動飛機飛行。

電動飛機,也就是直接使用電力驅動飛行的飛機,帶動飛機螺旋槳的不再是高溫燃氣,而是電機!電機的電力電源包括燃料電池、太陽能電池、超級電容器、無線能量傳輸或其他種類的電池等。目前,已經研製成功的可載人電動飛機主要包括太陽能飛機、蓄電池電動飛機和燃料電池飛機等類型。

當前,電動飛機最突出的優點是結構簡單、操作方便、節能環保,\t噪聲和振動水平很低,乘坐舒適性好。但是,電動飛機也面臨諸多技術難題:電動力推進系統實用性、安全性和可靠性有待提高,僅能滿足電動飛機的最低使用要求。

因此,目前的電動飛機主要應用在特種領域,如高空長航時無人機、航模飛機等,大型實用化載人電動飛機仍要等待更大的技術突破。


分享到:


相關文章: