Имеет ли смысл помощь при взлете для электрических самолетов?

Уже есть хороший ответ , который говорит о том, что катапульта практически не дает никакой пользы для самолетов на топливе.

Однако мне интересно, верен ли тот же ответ для электрических самолетов? Например, я вижу здесь :

Все пропеллеры с большой подъемной силой [передняя кромка] используются во время взлета…. Как только вы доберетесь до удобного предела, скажем, на 30 процентов выше скорости сваливания, тогда он просто сорвется с маршевых [законцовок] винтов, и вы сможете сложить [лопасти] подъемных винтов.

Это наводит меня на мысль, что аэродинамику, сложность и вес электрических самолетов (по крайней мере, этой конструкции) можно было бы улучшить, если бы существовали какие-то другие способы разгона самолетов.

Хотя катапульта — приятное высокотехнологичное решение, есть ряд причин (некоторые упомянуты в этом другом ответе), которые делают ее непрактичной.

Но как насчет некоторых низкотехнологичных вариантов? Грузовик с буксировочным тросом? Специально разработанная тележка, в которой сидит самолет, которая разгоняет его до взлетной скорости?

Я знаю, что это не будет практично для гигантского реактивного самолета. Но для самолетов, которые вмещают, скажем, дюжину пассажиров, может ли это быть частью решения? Или математика работает по существу так же?

РЕДАКТИРОВАТЬ в ответ на вопрос GdD Какую проблему вы пытаетесь решить?

Самым большим препятствием для внедрения электрических самолетов являются ограничения, налагаемые сегодняшней аккумуляторной технологией. Мой вопрос предназначен для того, чтобы определить, может ли помощь при взлете устранить это ограничение как за счет уменьшения высокого спроса на мощность при взлете, так и за счет уменьшения веса, сложности и т. д. оборудования, которое необходимо только при взлете.

Итак, первая часть вопроса такова: может ли какой-либо тип «помощи при взлете» внести полезный вклад в работу электрических самолетов?

Петер Кемпф ответил «нет» существующим самолетам. Но делает ли электричество что-то другое? Тем более, что электрические самолеты сейчас проектируют с нуля?

Вторая часть вопроса: будет ли жизнеспособна какая-либо полезная «помощь при взлете» для электрических самолетов ?

Хотя паровая катапульта увеличенной длины может быть и возможной, и полезной (и крутой), трудно поверить, что она когда-нибудь станет практичной . Но если грузовик с буксирным тросом позволяет увеличить дальность полета самолета на 25%, а также сократить расходы и техническое обслуживание, это кажется интересным.

Чтобы ответить на другой комментарий jamesqf, мое целевое семейство самолетов - это что-то вроде Alice от Eviation .

Думаю, мне просто интересно, не учитывают ли конструкторы электрических самолетов это только потому, что так работают существующие самолеты? Или они посчитали?

Я думаю, уже есть дроны, которые взлетают с крыши работающего грузовика. Также более мелкие, которые взлетают, бросая рукой.
Большая проблема заключается в том, что вам понадобится такая вспомогательная система (и, предположительно, люди для ее управления) в любом месте, откуда вы хотите взлететь - на небольших полосах, полях с грязью и травой, иногда на высохшем дне озера ...
Какую проблему ты пытаешься решить? Расстояние до взлетно-посадочной полосы? Нужен ли дополнительный пропеллер? Какие выгоды вы ожидаете?
Стоит отметить, что электродвигатели не потребляют энергию во время стоянки на рулежной дорожке и т. д.

Ответы (2)

Запуск катапульты пропорционально больше подходит для электрических самолетов. Пропорционально их меньшей дальности и скорости, т.е.

С современной аккумуляторной технологией возможны только короткие полеты на низкой скорости . Лучшее, на что можно надеяться, — это летать на самолете типа GA на расстояние, может быть, 250 морских миль со скоростью 90 узлов в секунду, если батареи весят ⅓ всего самолета. Для этого ответ @Finbar Sheehy предполагает плотность энергии 250 Втч / кг батарей и разрядку до 75% емкости, поэтому мы не злоупотребляем батареей.

Теперь предположим, что запуск обеспечит самолету весь разгон до крейсерской скорости, которая в метрических единицах равна 46,3 м/с. Сколько всей энергии используется, что составляет 0,75 ⋅ 250/3 = 62,5 Втч на кг массы самолета, не так ли? Кинетическая энергия, которую обеспечивает запуск, составляет 0,5 ⋅ 46,3² = 1072 Втч на кг или 0,2977 Втч на кг массы самолета. Это составляет 0,0047637556 или 0,476% энергии срабатывания.

Это уже немного лучше, чем 0,1385%, которые были расчетной экономией для авиалайнера, но опять-таки недостаточно, чтобы сделать аргументы в пользу катапульты убедительной. Использование катапульты сэкономит столько же энергии, сколько прохождение 1,19 морских миль на скорости 90 узлов. Это могло бы стать 2 нм, если бы пропеллеры использовались как ветряки, а мотор как генератор, если бы батареи не были заряжены уже при взлете. Однако из самых эффективных двигателей получаются плохие генераторы.

Что касается возможной экономии установленной мощности: электродвигатели предлагают гораздо большие кратные мощности по сравнению с их номинальной мощностью для кратковременной работы - в конце концов, именно так возможен «смехотворный режим» Теслы . Поэтому большая экономия на двигателе маловероятна. То же самое, кстати, уже относится к авиалайнерам: они тоже летают на максимальной номинальной мощности или около нее , чтобы летать так высоко, как они, и не смогут использовать двигатели меньшего размера при запуске с катапульты. Единственная экономия будет в длине взлетно-посадочных полос, если мы найдем способ уменьшить потребность в взлетно-посадочных полосах для посадки.

Если желателен вертикальный взлет, как в демонстраторе GL-10 (с которым связан вопрос), установленная мощность должна быть примерно в 3 раза больше, чем требуется для горизонтального взлета. Теперь в конструкцию необходимо добавить пропеллеры и двигатели, которые будут дедвейтом до конца полета, за исключением случаев, когда также требуется вертикальная посадка. Имеет смысл иметь и то, и другое (вертикальный взлет и посадку), поэтому использование катапульты не избавит от дополнительных винтов и двигателей в большинстве практических случаев. Использование катапульты добавит экстремальных ускорений, если дистанция взлета должна быть короткой. Это добавит инерционные нагрузки, требующие усиления конструкции, и снова мы получим компромисс, который урежет возможную экономию до ничтожных цифр.

Когда разрабатывалась жужжащая бомба Фау-1, первые десятки пусков привели к многочисленным авариям. Поскольку Фау-1 был беспилотным, а испытательные образцы были уничтожены при крушениях, было чрезвычайно трудно выяснить, что произошло с примитивными приборами и телеметрией 70 лет назад. В конце концов было обнаружено, что ускорение на паровой рампе вызвало деформацию креплений крыла, и Фау-1 стал неуправляемым после схода с рампы. Подвергать пассажиров таким нагрузкам нецелесообразно, поэтому катапульта не очень помогает, когда требуется почти вертикальный взлет.

Будет ли реальная польза (скажем, увеличение дальности > 5%), если катапульта также сможет обеспечить достаточную мощность для работы двигателей самолета на смехотворных уровнях во время запуска TO? Я думаю, что смогу получить нечто большее, чем просто VR, пока еще «подключен».
@user1008090: user1008090: Наиболее разумно было бы использовать двигатель в качестве генератора, в то время как пропеллеры приводятся в движение воздушным потоком. Но это даже не добавит энергии, необходимой для ускорения, а самые эффективные двигатели — плохие генераторы.
Ну, вот вам и идея патента. Спасибо.
Я борюсь с двумя явно противоречивыми битами данных здесь. Ваш ответ (который имеет для меня смысл) говорит о том, что количество энергии от взлета настолько мало (относительно всего полета), что в этом действительно нет особого смысла. Но я сравниваю это с конструкцией в Q, в которой говорится, что они используют пропеллеры с большой подъемной силой (исключительно) во время взлета, показывая, что взлет потребует гораздо больше энергии, чем обычный полет.
@DavidWohlferd: Вы правы, мой ответ только для горизонтального взлета. Про вертикальный взлет тоже надо добавить, но с катапультой СВВП не добиться.
Я не уверен, что они говорят о вертикальном взлете и посадке. Это больше похоже на то, что они просто используются для того, чтобы дуть (больше) ветра на крыло для создания подъемной силы.
@DavidWohlferd: Пропеллеры большой подъемной силы предназначены только для создания подъемной силы, когда крыло GL-10 наклонено, и только для обеспечения возможности вертикального взлета и посадки. Если речь идет о мощности этих винтов, то речь должна идти о вертикальном взлете и посадке.

Да, для самолетов на топливе и для электрических. Чем выше MTOW, тем больше выгода.

В этой статье приводится аргумент в пользу установки катапульт на взлетно-посадочных полосах для коммерческих самолетов: двигатели рассчитаны на взлет, а вспомогательный взлет означает более легкие двигатели с соответствующей экономией топлива. Взлет особенно требователен к силовой установке, так как ей необходимо набирать скорость подъема с места.

Другие энергоемкие этапы полета:

  • TOGA для ухода на второй круг применяется, когда самолет находится на скорости захода на посадку. Конечно, чем больше, тем лучше, но почему мощность АОН должна быть максимальной мощностью ТО для самой высокой полезной нагрузки, в самый жаркий день, на самой короткой взлетно-посадочной полосе. Именно для этого рассчитаны двигатели. Из статьи в Википедии :

    ... затем двигатели увеличивают расчетную взлетную мощность. Современные компьютеры управления полетом самолета определяют мощность, необходимую двигателям для взлета, на основе ряда факторов, таких как длина взлетно-посадочной полосы, скорость ветра, температура и, что наиболее важно, вес самолета.

  • Мощность при наборе высоты устанавливается после TO: более низкая настройка тяги/мощности выбирается после TO. При достижении крейсерской высоты установка тяги/мощности еще больше снижается. Таким образом, двигатели будут рассчитаны на этап набора высоты.

Самолеты, сертифицированные в соответствии с частью 25 14CFR, должны иметь возможность набора высоты после отказа одного двигателя после В 1 : для этого случая будут рассчитаны двухдвигательные самолеты, если пусковое устройство разгоняет самолет до высокой скорости, такой как В 4 еще будет экономия объема двигателя.

Паровая катапульта сделает свое дело или любой из вариантов, указанных в OP. Конечно, разбег не должен составлять пару метров, которые позволяет авианосец, а должен быть длиннее, чтобы ограничивать ускорения, которым подвергается конструкция.

Все, кто предлагает катапульты для запуска коммерческих самолетов, явно никогда не летали на планерах, запускаемых с лебедки. Это жестоко.
Я предлагаю ДЕЙСТВИТЕЛЬНО МЕДЛЕННУЮ катапульту.
.... и не посещал достаточно уроков экстрасенса. Шутки в сторону, здесь есть ответ, содержащий небольшую математику, которая показывает, почему катапульты, даже без учета технических сложностей, не являются чем-то действительно полезным. Извините, я не могу его найти :( может быть, кто-то найдет, это связано с расчетом энергии, затраченной на взлет 747, по сравнению с общей энергией, необходимой в полете :-/
@Caterpillaraoz Этот ответ связан с OP. Хотя математика верна для данной конфигурации самолета, она не учитывает снижение веса за счет двигателей меньшего размера. В других ответах упоминается множество проблем, которые может принести катапульта авианосца. Хотя это также верно, очевидно, что это не оптимальная конфигурация катапульты или вспомогательного взлета для взлета коммерческого авиалайнера.
Меньшие двигатели не сильно помогут - взлетная масса 737-600 составляет 144 500 фунтов при использовании двух двигателей CFM56, каждый из которых весит 5 216 фунтов. К тому времени, когда вы укрепите самолет для управления катапультой, ваша экономия веса будет минимальной. (все веса взяты из Википедии)
@Eugene Styer: Я не думаю, что ОП спрашивает о больших коммерческих самолетах - конечно, это нецелесообразно с современными технологиями, - а о самолетах GA, электрические версии которых существуют.
@Koyovis, двигатели обычно полностью используются на протяжении всего полета. Мощность TO/GA ограничена по времени. Мощность набора высоты - это все, что двигатель может обеспечить в течение длительного времени без непрактичного износа, и, поскольку для повышения эффективности вы обычно хотите подняться как можно выше, переход от набора высоты к крейсерскому режиму довольно мал. Для электрических двигателей будет некоторая разница, поскольку они не теряют мощность с высотой, как тепловые двигатели с воздушным дыханием.
С другой стороны, все, что не может двигаться своим ходом, имеет нулевые шансы быть одобренным для коммерческой эксплуатации с пассажирами. Хотя могут быть и небольшие самолеты АОН — в конце концов, планеры не могут летать по кругу.
@EugeneStyer Вам не нужно усиливать самолет, чтобы справиться с катапультой. Ограничьте ускорение катапульты до того, что могут выдержать существующие шасси, это уже много. Их предельная нагрузка — вертикальная скорость 10 м/с, то есть огромное вертикальное и горизонтальное воздействие. Кроме того, снижение веса работает при любом весе. Вы устанавливаете его против MTOW, но в любой момент круиза уменьшение веса приводит к уменьшению индуктивного сопротивления. Это суммируется в течение всего срока службы самолета.
@JanHudec Да, хороший момент, двигатели с воздушным дыханием имеют большие размеры, а затем снижают номинальные характеристики, чтобы обеспечить непрерывный набор высоты.
Имеет ли смысл помощь при взлете для электрических самолетов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v