Влияет ли использование электроэнергии на расход топлива?

Я знаю, что в полете электричество вырабатывается двигателями.

Что произойдет, если все возможные системы, требующие электричества, находятся в onсостоянии? Это должно потребовать дополнительного электричества.

Увеличивает ли это использование электроэнергии расход топлива каким-либо образом?

* Изменить, чтобы включить дополнительный вопрос из раздела комментариев:

Учитывая, что двигателям требуется топливо для производства электроэнергии, насколько велико влияние на расход топлива, если говорить о «массовых» авиалайнерах, таких как A320?

Если вы когда-нибудь водили машину в тропическом регионе летом, вы бы заметили, что при включенном кондиционере расход топлива на милю возрастает НАМНОГО больше.
Вы можете получить более точные ответы, если укажете большие транспортные самолеты AC или GA. Я подозреваю, что ответ может сильно отличаться между 737 и C172.
@kevin Это не то, что ты думаешь. Расход топлива автомобиля увеличивается при включенном кондиционере, потому что компрессор подключен непосредственно к двигателю. Информация с нашего дочернего сайта.

Ответы (3)

Короткий ответ

В полете, если вы не используете внешние источники энергии, такие как Солнце, каждое изменение в использовании электроэнергии приводит к пропорциональному изменению количества топлива, сжигаемого в двигателях (или ВСУ).

На самолете генераторы только преобразуют потенциальную химическую энергию топлива во что-то еще, обычно электричество, гидравлическую энергию или пневматическую энергию.

Другого источника энергии нет:

  • Сами аккумуляторы нужно заряжать, зарядка сжигает топливо.
  • RAT ( турбина набегающего воздуха ) использует энергию относительного ветра, создаваемого тягой двигателей. Если RAT используется из-за отказа двигателей и ВСУ, относительный ветер возникает из-за потери высоты, вызванной гравитацией. Эта кинетическая энергия представляет собой восстановление потенциальной энергии , накопленной во время набора высоты двигателями, то есть топливом.

Подробности

Максимальная мощность электрооборудования

Потребности в электроэнергии всего самолета могут быть полностью удовлетворены одним двигателем-генератором или ВСУ. В семействе A320 APU представляет собой APS3200 мощностью около 90 кВА.

Расход топлива ВСУ

Из этого обсуждения PPRuNE видно , что ВСУ A320 может потреблять 130 кг в час на земле и 51 кг в час на эшелоне полета 300. Однако ВСУ одновременно обеспечивает электричество и отбирает воздушную энергию.

Расход топлива ВСУ на выработку электроэнергии

Однако количество топлива, используемого для единственного производства электроэнергии, может быть приблизительно определено:

  • Максимальная мощность, необходимая для бортового оборудования → 90 кВА переменного тока.
  • Предполагая, что средний cos φ = 0,8 → Полная мощность = 110 кВт постоянного тока.
  • При КПД системы (газовая турбина + генератор) 25% → Требуемая мощность топлива 440 кВт.
  • Требуемая энергия топлива → 440 кВтч в час.
  • Преобразование в джоули (1 МДж = 0,28 кВтч) → 440 кВтч ≈ 1570 МДж.
  • Удельная энергия керосина = 43 МДж/кг → количество сжигаемого топлива за час = 1570 / 43 = 36 кг (45 л)

Таким образом, для обеспечения электроэнергией А320 требуется примерно 36 кг топлива в час.

Обратите внимание, что в полете все генераторы двигателей будут активны и будут делить общую потребность (питая разные автобусы для безопасности), а ВСУ, скорее всего, будет неактивна. Расход топлива должен быть более или менее одинаковым, независимо от количества и характера активных генераторов. Неактивный или ненагруженный двигатель-генератор можно рассматривать как не влияющий на расход топлива в практических целях.

Двигатели, сжигающие максимальную норму топлива

Двигатели имеют максимальную мощность. Когда двигатели уже работают на полной тяге, увеличение электрической нагрузки отвлечет дополнительное количество энергии на генератор. Если это количество будет удалено из энергии, используемой для движения самолета, самолет замедлится.

(Обновлено с учетом множества полезных комментариев — спасибо!)

Бонус

Дыхание также увеличивает расход топлива:

  • Каждый раз, когда пассажир дышит, он выбрасывает тепло и CO2, которые должны быть удалены из самолета.
  • Некоторое количество воздуха должно быть заменено новым воздухом системой кондиционирования.
  • Эта система использует пневматическую или электрическую энергию, и опять-таки для создания этой энергии необходимо сжигать топливо.
Есть идеи, насколько велико влияние? В идеале речь идет о «мейнстримных» самолетах, таких как A320, 737 или подобных.
Двигатель имеет ограниченный КПД. Вероятно, для производства такого количества энергии необходимо сжигать как минимум в два раза больше топлива.
КПД реактивной турбины на самом деле составляет около 40-45%. Все, что вы хотите знать о APU, находится здесь: b737.org.uk/apu.htm
ВСУ 737 при полной нагрузке использует 240 фунтов/час (130 л/час) для выработки 90 ВА. так что вы ошибаетесь в 13 раз: D Aviation.stackexchange.com/questions/8429/…
@PaulSmith Это удивительно эффективно. Современные наземные электростанции, которые вырабатывают электроэнергию для получения прибыли, как правило, не достигают таких высот!
@Agent_L: Ваш источник говорит, что 90 кВА, а не 90 ВА - значительная разница. (И мне странно, почему не написано просто 90 кВт).
@HenningMakholm: ВА и Вт - разные единицы измерения из-за наличия разности фаз между током и напряжением в не чисто резистивной цепи переменного тока. Это включает в себя реактивную мощность и набор комплексных чисел.
Вы не упоминаете разницу между полностью загруженным генератором и более типичным случаем, когда все резервные генераторы делят нагрузку (точнее, он спрашивает, включаете ли вы что-то дополнительное, имеет ли это значение, или генератор использует фиксированную сумму топлива в любом случае). Кроме того, как часть вашего бонусного ответа, эта «потерянная впустую» мощность может быть восстановлена ​​в некоторых случаях, если это необходимо (отключите стравливания для увеличения тяги), и она достаточно значительна, чтобы быть частью процедур, разработанных производителем (взлет и два из на самолете, на котором я летаю, три двигателя не работают).
@Lnafziger: Правильно, ВСУ, вероятно, не будет использоваться в круизе, а генераторы двигателей будут питать разные автобусы. Но в целом требуемая максимальная мощность существенно не изменится, расход топлива может быть немного больше (я обновил ответ, чтобы уточнить, спасибо!). Бонус был для развлечения и пищи для размышлений. Тем не менее, когда пакеты выключены, энергия двигателя не отбирается, тепло аккумулируется в салоне, но само по себе повторно не используется. Или это есть в некоторых конструкциях?
@mins: Однако реактивная нагрузка - это не то, что генератор должен «производить». Это не должно привести к среднему крутящему моменту на приводном валу.
@HenningMakholm Да, та самая причина, по которой электрики так сильно беспокоятся о коэффициенте мощности, заключается в том, что генератор ДОЛЖЕН производить эту мощность. Энергия, которая никуда не годится, а тратится в проводах всей системы.
@Agent_L: Разве мощность, которая тратится впустую в проводах , не должна быть омической нагрузкой? В противном случае нет чистой потери энергии за цикл.
@HenningMakholm «Ненужная» мощность (точнее, ток) должна быть отправлена ​​​​на приемник, но приемник не выполняет с ней полезную работу, потому что в данный момент напряжения нет. Но ток течет, так что да, он теряется из-за омической нагрузки в проводах. В том-то и проблема, что провода работают как омическая нагрузка, а не как приемник. Система в целом, конечно, не может терять энергию. Но вместо полезной работы уходит на омический нагрев проводов. А точнее - в более омический нагрев проводов, чем это было бы при оптимальном коэффициенте мощности 1.
@mins Ну, если он не использует энергию двигателя, то его можно использовать в другом месте (больше тяги). В этом весь смысл "взлета с кровотечением".
@Phantomazi первый результат, который я нашел, указал расход топлива в полете 2500 кг / ч для 737-800, поэтому ВСУ будет использовать около 1,5% от него макс. Или следствие Амдала: никакое сокращение потребления электроэнергии не может повысить эффективность самолета более чем на 1%.
Это правда даже в машине. Ваш автомобиль расходует меньше бензина с включенными фарами, чем с выключенными.

Да потому что (как и автомобиль например) самолет - замкнутая система, и вся энергия должна обеспечиваться внутри. Итак, в полете эта энергия должна исходить от двигателей, и, следовательно, двигатель должен либо замедляться, либо расходовать больше топлива.

Это фантастический ответ, так как он объясняет причину такими простыми словами. +1
Добро пожаловать на сайт, пользователь 14035! Это хороший маленький ответ, который затрагивает суть дела. Если вы хотите остаться, я предлагаю зарегистрировать свою учетную запись, чтобы вы могли выбрать более запоминающееся имя. Я не могу вспомнить, можно ли зарегистрировать существующую учетную запись или вам нужно создать новую; если вам нужно создать новую, обратитесь к администраторам сайта, чтобы объединить две учетные записи.
И именно поэтому ваш автомобиль имеет более высокий расход топлива, когда вы используете кондиционер.
@DavidRicherby, вы не ошибаетесь, но я бы не сказал «точно», потому что кондиционер в автомобиле гораздо больше представляет собой прямую механическую нагрузку на двигатель, а не электрическую.
@ JPhi1618 В Википедии говорится, что охлаждающий компрессор автомобильных кондиционеров может приводиться в действие либо электрически, либо ремнем от двигателя. Я согласен, что в последнем случае это прямой механический слив; Я предполагал, что это всегда было электричеством.
@DavidRicherby, интересно. Я никогда не видел электрический компрессор на машине. Теперь я действительно хочу знать, существует ли это за пределами электрического или гибридного автомобиля.
Нет ли в двигателях избыточной энергии, которую можно было бы использовать для выработки электроэнергии, не требуя больше топлива? Это не кажется слишком сложной проблемой.
@ Мохер, нет, не совсем. Электрический генератор под нагрузкой действует как тормоз на валу. Если этот тормоз отпустить, двигатель разгоняется и создает большую тягу. Нет энергии, которая «сидит без дела» в ожидании того, что кто-то ее использует.
@Mohair Предположим, что двигатели производят больше энергии, чем им нужно. Тогда это будет пустой тратой топлива, поэтому они будут уменьшать подачу топлива к двигателям до тех пор, пока двигатели не будут производить больше энергии, чем им нужно.
@immibis Покажите мне двигатель, который не производит больше энергии, чем ему нужно. Всегда есть избыток. Поместите несколько магнитов на вал, окружите их катушками, и у вас есть генератор. Утечка энергии, которая могла бы вызвать, вероятно, не имеет значения.
@Mohair Вы понимаете, что ток, протекающий в катушках, создает магнитную силу, которая замедляет вращающиеся магниты? (Если у вас ничего не подключено к генератору, вы не получаете тока и противодействующей силы, но вы также не производите электричество)
@Mohair «Избыточная» энергия, выделяемая двигателем, уходит на вибрации и потери тепла. Если бы существовал возможный в настоящее время способ зафиксировать это (т. е. такой, который стоил бы меньше, чем экономия топлива), мы бы уже использовали его. Двигатели на самолете не производят значительной избыточной тяги... если бы они были, самолет бы набирал высоту и/или ускорялся.
У вас никогда не может быть избытка энергии, вся производимая энергия должна потребляться либо в виде полезной работы (движение транспортного средства), либо в виде бесполезной работы (вибрация и потеря тепла). Если вы вложите больше, чем получите, разница ускорит транспортное средство до тех пор, пока сопротивление воздуха и т. д. не увеличится до такой степени, что система все еще находится в равновесии.
@Mohair: Они используют именно эту процедуру для вихретоковых тормозов ...
@Мохер, подумайте об этом сравнении: вы можете бегать с рюкзаком, содержащим 30 кг камней. Сейчас вы бегаете с 10 кг, вы сжигаете nкалории. Ваша нагрузка увеличивается до 30 кг. Из-за этой дополнительной нагрузки: 1/ вы сжигаете больше калорий и кислорода в минуту; 2/ вы будете быстрее утомляться; 3/ вы не сможете пробежать такое же расстояние. В то время как ваша мощность составляет 30 кг, работа , которую вы выполняете, равна вашей фактической нагрузке, умноженной на пройденное расстояние. Используемая энергия пропорциональна не доступной мощности, а фактически выполненной работе.

Иначе просто невозможно, но эффект должен быть несколько ниже 10 % даже при максимальном потреблении электроэнергии. Гораздо больше энергии требуется и потребляется только для того, чтобы летать.

Ось генератора должна вращаться, чтобы производить электричество, а сопротивление вращению пропорционально нагрузке генератора (когда генератор не загружен, остается только трение). Это физика.

Двигатель, соединенный с генератором, будет встречать большее сопротивление и должен потреблять больше топлива, когда к генератору подключены мощные потребители энергии.

Однако если для генератора А320 требуется 90 кВт (как из другого вопроса), то он не составляет значительной части мощности двигателя. Двигатель Боинг-747 выдает 16275 кВт, и даже турбовинтовые двигатели имеют номинальную мощность порядка нескольких тысяч кВт ( здесь 3362 кВт для С-130 ), поэтому маловероятно, что генератор окажет существенное влияние на вырабатываемую мощность даже при работе на полную мощность. нагрузка.

Влияет ли использование электроэнергии на расход топлива?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v