Наш мир стремительно меняется. Достижения в области создания емких аккумуляторов сначала затронули мир мобильных устройств (смартфоны и планшетные компьютеры) затем ворвались в автоиндустрию. Небезызвестный Илон Маск вопреки насмешкам предложил рынку вполне себе достойную серию электрокаров. Не так давно пилот из Airbus демонстративно пересек пролив Ла-Манш управляя электролётом. К сожалению, 100-летний юбилей этого события уже прошел, однако все равно событие довольно заметное.
Экономика электротяги
Про достоинства транспортных средств с электрической тягой написано довольно много. Их основным преимуществом является низкая стоимость перевозки пассажиров, выраженная в такой характеристике как грамм условного топлива на пассажиро-километр. Несмотря на кажущуюся дешевизну содержания легкомоторных самолетов, широкофюзеляжные авиалайнеры гораздо экономичнее, а если говорить более точно, то пассажиро-километр обойдется дешевле раза в два.
Внедрение электродвигателей в авиации позволяет значительно снизить стоимость этого пассажиро-километра. Как мы знаем, зарядка электромобиля в разы дешевле заправки его бензинового собрата. Цитата: "320 км вам обойдется в 132 рубля, что составляет 41 копейка за километр. Практически в 10 раз дешевле обычных автомобилей". Таким образом, экономия на топливе значительная.
Другой значимой расходной частью в авиации является ресурс двигателей. С каждого пассажиро-километра весьма существенная сумма идет на то, чтобы по выработке ресурса двигателя хватило средств на его замену. Как вам стоимость очень сильно б/у турбовинтового Walter М601D, мощностью 750 л.с. в 58. 995 $ ? Точное машиностроение в данном случае особо точно и от этого дорогое. Разумеется, электродвигатель похожей мощности даже будучи совершенно новым в разы дешевле.
Одно только печалит всю картину - это емкость батарей. Нет, конечно же, они стали очень емкими в сравнении с привычными автомобильными на 50-60 А*ч, но теперь же им предлагается не раскручивать коленвал, а поднимать в воздух и перемещать тяжелый летательный аппарат.
На сколько хватает батареек?
Большое познается в малом, так что давайте прикинем возможности электротяги с позиции емкости батарей. Одно время следил за очень интересным проектом самодельного электролёта, имеющего вид, традиционный для самолетов времен I мировой войны.
Биплан с полотняной обшивкой и расчалками это то, что можно собрать довольно дешево, посетив Леруа Мерлен, что нисколько не отменяет руки, растущие из плечей.
В видео конструктор демонстрирует 9 батарей, емкостью по 16000 мАч при напряжении 22,2 вольт каждая.
Про 22,5 вольта было взято с Aliexpress. В качестве 2-х двигателей показано вот что:
Технические характеристики:
Рабочее напряжение: 51.8 В
Скорость вращения: 150 об./мин на вольт
Максимальный ток: 190 А
Максимальная мощность: 9800 Вт
Ток холостого хода: 5.2 А (при напряжении 51.8 вольт)
Вес: 2530 г
Итак, при максимальном напряжении 51,8 В один такой работяга выдает 9,8 кВт мощности. Путем последовательно-параллельного соединения аккумуляторов было получено напряжение 2*22,2 =44,4 В. Что дает мощность двух двигателей 2*(9,8*(44,4/51,8))=16,8 кВт, что по меркам бензиновых собратьев 22,8 л.с. обещает приятный полет одноместному ультралайту. Традиционно, на взлетном режиме потребляется максимальная мощность, а далее двигатели перемещают самолет горизонтально на, так называемом, номинальном режиме.
Для начала прикинем во сколько обойдется взлетный режим. Общая емкость 144 А*ч при 22,2В дает 3,196 кВт в течении часа. Значит, взлетного режима хватит на 11,5 минут. Считаем, что для взлета и набора высоты достаточно 1,5 минуты. Оставшиеся 10 минут при снижении мощности двигателей до номинала условно растягиваются до 20 минут неспешного полета. При скорости примерно 70 км/ч можно улететь в один конец на 23 км. Маловато как-то). Вывод такой -
нужно больше литий-ионных или литий-полимерных батарей, общая масса которых не должна сыграть негативно на дальности полета.
Все это, конечно же, сопровождается потерями из-за не 100% КПД преобразований, охлаждение инвертора.
Масштабируем на пассажирские перевозки
Сделать подобный расчет для большого самолета не представляет большую сложность, хотя он будет весьма примерным. В качестве базы можно взять любую модель самолета с известными характеристиками, прикрепить к ней электродвигатель(ли) нужной мощности. Взамен массы топлива, а при желании и части полезной нагрузки нужно забросить туда ультрасовременных батарей от машины Tesla. Посмотрим, что получится.
Для связи магистральных аэропортов с местными на небольшие расстояния весьма хороша база от старика Ан-2.
На такой самолет поставили вышеупомянутый Вальтер на 750 л.с. или те же 550 кВт. Одна батарея емкостью 85 кВт*ч имеет массу 540 кг. Взамен массы топлива возьмем 2 такие батареи. Получаем 18,5 минут взлетного режима. Отдадим 3,5 минуты на взлет и набор высоты и даже при таком раскладе радиус действия составит 0,5 ч * 210 км/ч = 105 км без остатка заряда батарей. Для такого бесподзарядного рейса на местный аэродром и обратно нужно сократить полезную нагрузку с 1500 до 500 кг., заменив ее еще двумя батареями.
Самое интересное - какие бы варианты базовых самолетов не рассматривал - картина примерно одна и та же. В лучшем случае - часовая прогулка и это при полной замене полезной нагрузки на аккумуляторы.
Выводы:
пока неутешительные)
До тех пор, пока не увеличится емкость батарей на единицу массы, не будет никакого коммерческого применения чистых электролётов. Если где-то заметили грубейший просчет - напишите в комментариях, пересчитаем вместе.
А что скажете на счет гибридных двигателей?
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.
Также не обойдите вниманием канал на YouTube. Подписки и лайки будут приятным ответом от аудитории.