Какова теоретическая максимальная скорость электрического самолета?

Меня интересуют теоретические максимальные скорости сверхзвуковых электрических самолетов. Я думаю, что самая быстрая демонстрация любого типа самолета была близка к 10 Махам. Это было сделано с использованием ракетного двигателя, поэтому тяга не была ограничена характеристиками воздуха в такой степени, как тяга электродвигателя + компрессора (я думаю).

В лучших условиях; Предполагая невероятно высокое отношение мощности к весу двигателей, чрезвычайно аэродинамический дизайн, прочнейшие материалы и т. д.

Теоретически кто-нибудь знает, каковы будут ограничивающие факторы скорости сверхзвукового самолета с электрическим компрессором (за исключением использования энергии)? Зависит ли это от размера и т.д.?

Может ли он достичь скорости 2+ Маха?

Заранее большое спасибо за любой вклад.

Просто чтобы уточнить, вы ограничиваете это конкретно электродвигателями, приводящими в действие компрессор, а не каким-то (например) еще не изобретенным электродвигателем типа ГПВРД, верно?
Ну да, электродвигатели для компрессора — это то, о чем я в основном хочу знать, поскольку они теоретически существуют и, вероятно, имеют определенные ограничения. Хотя последнее расширило бы область от того, что могут сделать современные технологии, до того, что возможно с учетом законов физики, независимо от современной технологии. Было бы здорово узнать об этом тоже.

Ответы (1)

Поскольку вас, кажется, не волнует удобство использования этого гипотетического электрического самолета, давайте сделаем некоторые упрощения:

  • Аэродинамика настолько хороша, что не создает сопротивления. Это совершенно нереально, но очень помогает упростить вещи.
  • Структура, органы управления и силовая установка настолько продвинуты, что треть взлетной массы остается для аккумуляторов. Кому вообще нужна полезная нагрузка?
  • Эффективность составляет 80%. Даже электрическая тяга не может быть без потерь.
  • Накопление энергии — лучшее, что может предложить современная технология. Это будет около 1,8 МДж на кг батареи для неперезаряжаемых литиевых элементов.

Чтобы разогнать батарею массой m до скорости v, требуется количество энергии

Е родственник знак равно м 2 ⋅ в 2
Летать со скоростью 2 Маха на уровне моря нецелесообразно; для этого помогает подняться как минимум на 6 000 м (20 000 футов). Это добавляет потенциальную энергию:
Е горшок знак равно м ⋅ грамм ⋅ час
Удобно, что результат не зависит от массы, поэтому потенциальная максимальная скорость равна
в Максимум знак равно 2 ⋅ 1 3 ⋅ 0,8 ⋅ 1 800 000   м 2   с − 2 − грамм ⋅ час
Если мы решим это для 6000 м, то скорость в конце разгона составит 949,3 м/с, что уже равно 2,966 Маха . Если вы предпочитаете использовать перезаряжаемые батареи (1 МДж/кг), максимальная скорость падает до 2,15 Маха.

Если вы начнете прибавлять разумную цифру к лобовому сопротивлению, вы даже не доберетесь до скорости звука, прежде чем разрядятся батареи. В настоящее время гребные винты являются наиболее разумным способом преобразования электрической энергии в тягу, а большие низкоскоростные гребные винты являются наиболее эффективным типом. Если вы думаете приводить в действие обычный компрессор с электродвигателем, его дозвуковой КПД уже намного хуже, чем предполагаемые 80%. Даже его масса пока не конкурентоспособна с обычными газовыми турбинами.

@ymb1 Спасибо, что сказали мне. Извинения не нужны.
Плотность накопления энергии также зависит от скорости ее извлечения из материала. Следовательно, мощность, доступная для источника питания, будет иметь временные ограничения мощности, однако это, конечно, не исключает возможности полного истощения первичных элементов в течение многих часов в источнике питания, а затем потребляется двигателями за считанные секунды.
@jCisco: Совершенно верно, я не учел ни одного ограничения. Более полный ответ должен включать это, но я чувствовал, что просто глядя на то, сколько энергии ему нужно для ускорения, можно показать, как далеко находятся сверхзвуковые электрические самолеты.
Вместо того, чтобы писать противоположный ответ меньшинства, как ваш ответ распространяется на электрогидродинамическую тягу. (ионический ветер). У меня нет ссылки, но у Стивена Барретта из Массачусетского технологического института была статья по этому вопросу, которая может оказаться очень актуальной.
@jCisco: я использовал эффективность преобразования 80%. Даже если электрогидродинамическая тяга будет более эффективной (в чем я сомневаюсь), результат не будет сильно отличаться.
Это именно то, о чем я упоминал в исследовании, которое дало результаты более 100 Н/кВт по сравнению с реактивным двигателем, который составляет ~ 2 Н/кВт. Вы можете получить HTML по первой ссылке, а вторая — полный pdf. rspa.royalsocietypublishing.org/content/469/2154/20120623.short rspa.royalsocietypublishing.org/content/469/2154/…
@jCisco: Спасибо, что откопали это!
Я согласен с мнением о сложности электрических самолетов, но стоит отметить, что сейчас есть электрические самолеты с массовой долей ячеек ~ 60% при взлетно-посадочной полосе: en.wikipedia.org/wiki/Eviation_Alice#Design .
@Gus: Пока это все болтовня. Как в: Прототип сгорел и был уничтожен. Сказать, что сейчас есть электрические самолеты с массовой долей ячеек ~60%, просто неверно.
Какова теоретическая максимальная скорость электрического самолета?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v