Существуют ли гибридные электрические самолеты?

Есть экспериментальные электрические самолеты. Некоторые из них достаточно перспективны, чтобы в конечном итоге оказаться полезными в качестве инструкторов и частных самолетов общего назначения, на которых летают из любви к полетам.

Дальний электрический не подойдет. Электрический эквивалент уравнения Бреге равен R=L/D*E/W*n/g, где E — запасенная энергия, а n — тяговая эффективность. Для самолета L/D=20 со 100% эффективностью, который представляет собой 100% батарею с глубиной цикла 250 Втч/кг, это 20*250*3600*1/9,8=1,8*10^6 метров или 990 морских миль. Это жесткий предел. С эффективными винтами на 80% и реальными факторами вы можете ожидать 5-8 морских миль на каждый % взлетного веса, предназначенного для батарей.

Гибридные самолеты даже на бумаге лишь умеренно интересны. Дроссель самолета в крейсерском режиме составляет 45–75 % для АОН, 70–90 % для небольших реактивных самолетов и 80–95 % для дальнемагистральных широкофюзеляжных самолетов. Это связано с тем, что двигатели в некотором роде «саморегулируются» - мощность и расход топлива снижаются из-за снижения плотности воздуха при наборе высоты.

Таким образом, крупные авиалайнеры ничего не выиграют от перехода на гибридную систему, они могут уменьшить свои двигатели только на 5-10% с помощью гибридной системы. Это сильно отличается от автомобилей, у которых рабочий цикл составляет всего 10%.

И нет старт-стоп или рекуперативного торможения для рекуперации энергии в полете. Точнее, самолеты уже используют рекуперативное торможение — при поднятии тангажа или выпуске закрылков скорость обменивается на подъемную силу. Так что энергия торможения уже собирается и хранится в виде высоты (потенциальной энергии).

Меньшие пропеллерные самолеты могут заменить до 30% их мощности, поэтому они менее просты. Однако, когда вам нужен полный газ, вам часто это нужно на какое-то время, например, при наборе высоты. Единственный способ сэкономить энергию для неподключаемого гибрида — это использовать более легкий / меньший двигатель, и его трудно уменьшить настолько, чтобы компенсировать вес гибридной системы.

Плагин-гибрид может выиграть от более низкой стоимости электроэнергии по сравнению с бензином, но в среднем расходы на топливо составляют менее трети расходов на частные полеты. Чистая электрика может сделать полеты более доступными за счет простоты. Без топлива, с очень простыми и надежными двигателями есть смысл смягчить правила, как это делается для ультралайтов. Гибриды имеют всю сложность самолета с поршневым двигателем, а затем и некоторые другие.

Гибридный маршрут имеет смысл для автомобилей. Единственными важными для безопасности частями автомобиля являются рулевое управление и тормоза. Мощность двигателя почти произвольна, большую часть оборудования просто приятно иметь, и есть универсальная отказоустойчивость в виде остановки. В самолете все должно работать. Две системы, обе из которых должны работать для безопасного полета, усложняют задачу и, вероятно, увеличат затраты.

С другой стороны, любая система должна самостоятельно обеспечивать взлетную тягу. Это может сработать в классе 19-местных самолетов, если власти примут гибридный «двухмоторный» одиночный винт как достаточную избыточность. Но тут много "если".

В сценарии с нулевым весом некоторые военные самолеты (истребители, военно-морские) могут выиграть от гибридной системы, поскольку они имеют избыточную мощность, как и автомобили. Вот где реальность поражает: при заданной мощности электродвигатели легче автомобильных двигателей, но намного тяжелее авиационных реактивных двигателей. Поскольку они не легче, ничего не выиграешь.

Есть ряд небольших (сверхлегкие, категории Light Sport) самолетов, которые работают от одной батареи в течение от нескольких минут до (насколько я помню) почти часа полета с двигателем — пара из них по сути является моторными планерами, так что они могут увеличить общее время полета до нескольких часов с парящим полетом.

Были предложены более крупные гибридные самолеты, даже в классе региональных авиалайнеров — они будут использовать небольшие эффективные реактивные или турбовинтовые двигатели, подходящие только для крейсерского полета, дополненные электрическими вентиляторами или пропеллерами для взлетной тяги, или, поочередно, валотурбинные генераторы, приводящие в движение чистый воздух. - электровентиляторы, дополненные батареями для взлетной мощности; Результатом будет, как и в случае с гибридным автомобилем, возможность установить «слишком маленький» двигатель, который сжигает гораздо меньше топлива, и при этом получить приемлемую производительность.

Здесь, в Колорадо, есть компания Bye Aerospace , которая недавно отпраздновала успешный первый полет своего прототипа Sun Flyer, полностью электрического двухместного тренажера. Думаю, они планируют и 4-местную версию. Проверьте их!

На самом деле, НАСА только что объявило о новой программе X-plane. Хотя они еще не выбрали дизайн, похоже, что гибридно-электрическая система является одним из проектов, которые они попытаются построить . Смысл гибридной системы в этом случае не столько в обеспечении дополнительной тяги от эффективной системы, сколько в использовании электричества для передачи мощности туда, где она необходима для снижения лобового сопротивления.