Первый полёт гибридно-электрического демонстратора E-Fan X ожидается в 2020 году
Как и в автомобильной индустрии, авиационная промышленность тоже постепенно готовится к переходу на электрические двигатели. Здесь тоже на первом этапе появляются гибридные силовые установки, потому что современные аккумуляторы и близко не могут сравниться по энергетической плотности с химическим топливом. Например, у литий-ионных аккумуляторов энергетическая плотность 100-150 Вт•ч/кг, у литий-полимерных — 150-200 Вт•ч/кг. Для сравнения, у бензина — 11000 Вт•ч/кг, у водорода — 33000 Вт•ч/кг. Так что сначала будут гибриды: с бензином и электродвигателями. Некоторые специалисты авиационной индустрии считают, что будущее авиации — однозначно за гибридно-электрическими машинами, а уже потом за чисто электрическими. Здесь траектория развития такая же, как у автомобилей.
Интересный эксперимент в этой области проводят Airbus, Rolls-Royce и Siemens. Эти компании образовали партнёрство для разработки демонстратора, который станет важным шагом на пути к гибридно-электрической коммерческой авиации.
О создании альянса с привлечением «одних из лучших в мире экспертов по электрическим технологиям и силовым установкам» объявлено на мероприятии Королевского аэронавигационного общества в Лондоне.
Первый полёт гибридно-электрического демонстрационного самолёта E-Fan X ожидается в 2020 году после тщательных наземных испытаний, где в качестве «испытательного стенда» используют BAe 146, коммерческий среднеразмерный реактивный самолёт, производившийся British Aerospace (Великобритания) в 1983–2003 гг.
Во время испытаний один из его турбовентиляторных реактивных двигателей BAe 146 заменят на двухмегаваттный электродвигатель Siemens. Когда система докажет свою жизнеспособность, будет предпринята попытка заменить ещё одну «турбину».
Каждой из трёх компаний в альянсе предназначена своя зона ответственности. Airbus отвечает за общую интеграцию всех компонентов, систему управления гибридно-электрической установкой и батареями, а также интеграцию с органами управления полётом. Rolls-Royce предоставит турбовальный двигатель со свободной турбиной, двухмегаваттный генератор и электронику системы питания. Вместе с Airbus они будут работать над приспособлением вентилятора с существующей гондолой и электродвигателем Siemens. Соответственно, Siemens предоставит двухмегаваттный электродвигатель и источник питания для него, а также инвертор, DC-DC преобразователь и систему распределения мощности.
Главный технический директор Airbus Пол Ерёменко говорит, что E-Fan X станет важным шагом на пути к гибридно-электрической коммерческой авиации и продолжит славную историю предыдущих демонстрационных моделей, на которых испытывали электрическую тягу: начиная от Cri-Cri, e-Genius, E-Star и заканчивая самым последним испытательным самолётом E-Fan 1.2. У компании Airbus большая история испытания электрических самолётов по программе Airbus E-Fan, а с 2016 года Airbus сотрудничает с Siemens по программе E-Aircraft Systems House.
Испытательная машина E-Fan X поможет изучить проблемы, которые возникают в гибридно-электрических силовых установках большой мощности: тепловые эффекты, управление электрической тягой, воздействие высоты и скорости на электрические системы, а также проблемы электромагнитной совместимости. Эта программа одновременно поможет воспитать новое поколение инженеров и дизайнеров, которые определят лицо авиации будущего. Пол Ерёменко уверен, что будущее авиации — однозначно за гибридно-электрическими машинами.
Похоже, что с ним согласны и другие специалисты. В том числе из России. Например, на июльском авиашоу МАКС-2017 российский НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского» впервые продемонстрировал части модели гибридно-электрической силовой установки, в мотогондоле которой находится электрический мотор, вращающийся винт и система его управления. Как сообщается, главная особенность разрабатываемой силовой установки — «применение электрического оборудования с эффектом высокотемпературной сверхпроводимости». Планируемая номинальная мощность перспективной гибридно-электрической силовой установки — 500 кВт. На первом этапе усилия планируется разработать гибридно-электрическую силовую установку на сверхпроводниках. Затем на его основе — серийного электрического двигателя для самолета на 9–19 пассажиров. Программа рассчитана на три года.
Комментарии (86)
AntonSor
29.11.2017 22:45То есть нужно увеличить эффективность запасания энергии в 100 раз? Хотя бы в 10? Или во сколько?
arheops
29.11.2017 23:11Вопрос в стоимости главным образом. Само электричество сильно дешевле. Вопрос со стоимостью аккумов. Уже с текущими ценами есть попытки получить буксиры для дельтапланов и планеров. При 2-5 раз будут легкие самолеты, потом тяжелые.
Nikobraz
30.11.2017 05:22Литий-серные теоретически могут 2600 Вт•ч/кг.
Я как-то касался вертолетной промышленности мельком.
Посчитал, что эти 2600 уже будут сравнимы с вертолетами по типу «Афалина»
Батареи весят больше бензина, но легче двигатель.
dragonnur
30.11.2017 11:51Газовая турбина ещё легче. Да, КПД у малых турбин не очень, так что из 11 Втч/г в дело пойдут 2..2,5, но редукторы и прочее всё равно нужны. И температура литий-серного 250-370 Ц унутре на весь объём, ссыкотно.
Bronto3
01.12.2017 15:56«у литий-полимерных — 150-200 Вт•ч/кг. Для сравнения, у бензина — 11000 Вт•ч/кг»
А КПД у ДВС — обычно менее 30%… Т.е. плотность запасённой энергии бензина реально 3300, а остальное благополучно на ветер.
Как же бесят подобные авторы со своими нудными идиотскими дере-венскими сравнениями… Прямо как программисты… )) А они и есть программисты.niksfromru
02.12.2017 21:29Бессмысленно рассматривать кпд ДВИГАТЕЛЕЙ. Нужно сравнивать КПД и потребную для полета ТЯГУ силовой установки ЛА! Тяга ВРД (а импеллер в первом приближении — это тоже РД, только непрямого действия) определяется как произведение массового расхода воздуха через двигатель на разность скорости истечения и скорости полета: P=G*(c — v). А полетный КПД вычисляется по формуле n = 2/(1+с/v). Т.е. с увеличением скорости истечения газов из сопла двигателя тяга увеличивается, а КПД — снижается. 100% КПД соответствует нулевой тяге! ;)
Bedal
30.11.2017 11:50нивосколько. Точнее, во столько, что для серьёзной (не покатушечной) авиации это нереально.
Тут о другом, скорее, речь. Для экономичности лучше делать двигатель помощнее, чтобы ставить два вместо четырёх. Но реализация такой мощности уже вызывает проблемы. Диаметр вентилятора доходит до четырёх метров, что создаёт проблемы и в эффективности собственно вентилятора, и аэродинамические (сопротивление гондолы), и компоновочные, и обслуживания.
С появлением маленьких, но мощных генераторов и двигателей появляется возможность поставить два эффективных турбодвигателя и, скажем, четыре вентилятора, пара которых будет приводиться электродвижком, а пара — непосредственно турбиной.
Правильнее было бы назвать такую схему «самолёт с электротрансмиссией», но «гибридный» для маркетинга выгоднее же.
Art3
29.11.2017 22:47Тонкий момент, что в авто индустрии еще не случилось массового перехода на гибриды, более того, тема беспилотного транспорта муссируется не меньше (а вероятно и больше) и вот тут коса находит на камень. Недавно в Мюнхене проходила конференция по БТ под патронажем Nvidia:
Мюнхенские докладчики утверждают, что электромобиль пока не годится на роль массового беспилотника. Уйма датчиков и мощная вычислительная система на борту прожорливы: сегодня модулям индустриального стандарта требуется до полутора киловатт. На данном технологическом этапе оптимальным агрегатоносителем считается гибрид, сочетающий ДВС и электротягу. Распространение электромобилей и распространение беспилотников могут на время стать взаимоисключающими трендами.
VolodjaT
29.11.2017 23:38а что такое 1.5 киловатт автопилота на фоне сотен киловатт двигателя? (ну при обычной скорости десятки киловатт)
idiv
29.11.2017 23:52Потребление маленьких автомобилей в городской среде около 0,2 кВтч/км. При проезде за день 40 км по городу на перемещение уйдет 8 кВтч, а для системы автопилота (пусть время пути будет час) — 1,5 кВтч. При этом в случае экономной езды можно выйти на 6 кВтч, а вот автопилот как потреблял, так и будет потреблять 1,5 кВтч. А это больше 15% всего потребления.
Примечание. 40 км/день соответствует 10 тыс. км/год при поездкам по рабочим дням.
nikolayv81
30.11.2017 18:46Как минимум один из крупнейших автоконцернов в прошлом отказывался(на годы как минимум) от гибридов в пользу разработки полностью электрических авто, по слухам причина была в прочитанной бесперспективности по сравнению с чисто углеродными и электрическими ввиду отсутствия финансовой поддержки госорганов на основных рынках сбыта.
lingvo
29.11.2017 23:53Не пойму, что они хотят достичь таким гибридом. Какие преемущества гибридной силовой установки, в основе которой лежит газовая турбина-генератор и электрический турбовентилятор?
vassabi
30.11.2017 02:291) более широкий диапазон крейсерской скорости
2) у электромоторов меньше движущихся деталей
3) может быть выше кпд (ибо генератор в стабильном режиме)
4) должен быть простой реверс (ибо электромотор)bobcatt
30.11.2017 10:02Простой реверс изменением направления вращения для раскрученной до пары тысяч оборотов турбины или пропеллера? Ну-ну…
vassabi
30.11.2017 10:44то есть машину электромотором плавно затормозить (и включить потом реверс) — можно, а пропеллер/турбину — нельзя?
простой — в смысле механики: никаких редукторов\коробок передач и т.д.bobcatt
30.11.2017 10:50Суть реверса в авиации — он нужен здесь и сейчас, сразу после касания. Пока пропеллер будут тормозить с максимальных оборотов и раскручивать обратно — самолёт уже будет торчать в заборе за пределами ВПП.
pavelchavyr
30.11.2017 13:23Справедливости ради — для создания сопротивления потоку пропеллер не обязательно раскручивать в обратную сторону, достаточно остановить или просто замедлить. Насколько такой прием будет эффективен — считать надо.
voyager-1
01.12.2017 16:07Суть реверса в авиации — он нужен здесь и сейчас, сразу после касания.
Переключение одним реле электродвигателя с питания на резистор быстрее чем время реагирования ДВС или ТРД на механизм управления, при любых раскладах. А если автомат перекоса используется — то ему абсолютно всё равно от ДВС/ТРД он вращается, или от электродвигателя.
Пока пропеллер будут тормозить с максимальных оборотов и раскручивать обратно — самолёт уже будет торчать в заборе за пределами ВПП.
А вы в курсе что кроме ТРДД (которым реально нужен реверс) в авиации существуют и прекрасно применяются турбовинтовые двигатели (которые и без реверса с задачей справляются — см. авторотация)?
Есть еще одна проблема. По мере выработки углеродного топлива самолёт становится легче и потребление топлива падает. Опять таки посадочная масса — далеко не все ВС могут совершить посадку с полной заправкой и должны сбросить горючее в воздухе.
Ай яй яй, не хорошо так делать — вы только что прямо ткнули в преимущество электросамолёта (для аварийной посадки ему не надо терять время на сброс топлива как обычному) но у вас это почему-то исключительно недостаток оказался. И такие случаи бывают даже в практике авиационных перевозок — вспомните хоть Ту-154 под Сочи и чудесное спасение A-320 в Нью-Йорке (был бы там пилот менее опытный там бы тоже была катастрофа).
На батарейках же самолёт имеет практически одинаковую массу и на старте и на финише. Следовательно нужно упрочнять шасси, что опять таки проводит к росту массы.
При этом у авиационного топлива плотность энергии 42,8 МДж/кг — не далеко от теоретического предела в 40,1 МДж/кг для литий-воздушных батарей (и это думаю далеко не лучшая технология, которую можно создать). А бензин/керосин в этом плане тупик — вы не выжмете из него больше теоретического предела (а водород в качестве топлива или имеет низкую плотность, или оказывается слишком опасным при сжатии). Лучше развивать перспективные технологии, чем топтаться на месте пытаясь выжать ещё 0,1% эффективности из ДВС или ТРД.
0xd34df00d
02.12.2017 01:13вы только что прямо ткнули в преимущество электросамолёта (для аварийной посадки ему не надо терять время на сброс топлива как обычному)
Естественно, не надо терять, если сбрасывать нечего. Только как это стало преимуществом, непонятно. Вы батареи сбрасывать собрались, что ли?
niksfromru
02.12.2017 22:41Переключение одним реле электродвигателя с питания на резистор быстрее чем время реагирования ДВС или ТРД на механизм управления
Открою «страшную тайну» — двигатель управляется не «одним реле», а достаточно сложной системой управления. Не говоря уже об инерционных перегрузках, которые возникнут во вращающихся частях, как только 2 МВт будут закорочены на мега-резистор. Про токи коммутации, «стремящиеся к бесконечности» при резком торможении ротора, тоже забывать не следует.
При этом у авиационного топлива плотность энергии 42,8 МДж/кг — не далеко от теоретического предела в 40,1 МДж/кг для литий-воздушных батарей
И как это поможет достичь скорости истечения потока воздуха с вентилятора, сравнимого со скоростью истечения реактивной струи? А тяга двигателя прямо-пропорциональна разнице скорости истечения и скорости полета. Нет смысла в самом «экономичном» двигателе, если он не способен создать тягу, необходимую для полета.
andersong
30.11.2017 11:33Реверс (как и изменение тяги) в винтовых движителях осуществляется изменением шага винта. И механики в этом случае предостаточно.
0xd34df00d
02.12.2017 01:11Шаг чего именно вы будете менять в турбореактивном двигателе? Не зря реверс что на гражданских лайнерах, что на некоторых редких боевых (см. Viggen) реализуется створками за двигателем.
andersong
03.12.2017 14:49Я писал про винтовые движители. В турбореактивном двигателе движителем является струя газа.
В статье говорится об электрическом авиадвигателе и в нем движитель — винт, а не реактивная струя газа. Есть, конечно, и электрические реактивные движители, например ионные, но пока только в космосе)
niksfromru
30.11.2017 12:53Не вижу оснований для расширения диапазона крейсерской скорости. Скорее — наоборот, т.к. в турбовентиляторном двигателе присутствуют два «источника тяги» — реактивная струя и поток, создаваемый вентилятором. Первый, с высокой скоростью истечения газов, эффективнее на больших скоростях, второй — на малых. С 2014г. в США развернута программа AETD, направленная на создание нового двигателя с изменяемой в широких пределах степенью двухконтурности (отношения расхода воздуха, проходящего через вентилятор, к расходу воздуха через внутренний «горячий» контур). «Электро-вентилятору» тут крыть нечем.
zilm
30.11.2017 02:29-1По их прикидкам экономия в неоптимальных режимах работы (взлёт/посадка, набор скорости до крейсерской) перевесит потери от возросшего веса силовой установки. Последовательный гибрид не рассматривают, так что по КПД на крейсерской скорости потерь не будет.
ash_otherside
30.11.2017 10:02Один из способов повысить кпд турбореактивного двухконтурного двигателя — это позволить турбине вращаться быстрее, а вентилятору медленнее. Этого можно достичь путем использования редуктора. Например на американских двигателях Pratt & Whitney PW1400G, которые стоят сейчас на российском МС-21 использован планетарный редуктор. Создать редуктор, который работает при столь больших нагрузках, и при этом имеет большой ресурс — очень сложная техническая задача. Думаю это одна из причин появления технических решений гибридных силовых установок, где вентилятор раскручивает электромотор, обороты которого можно задать по оптимальному закону.
niksfromru
30.11.2017 12:37Пока что практика подтвердила безусловные преимущества только одного «гибрида» — тепловоза, созданного Я.М. Гаккелем в 1924 г. ;) Видимо, эффективность подобных технических решений проявляется в достаточно узком массо-габаритном диапазоне для каждого класса транспортных средств. Например, обитаемые атомные подводные лодки имеют значительно лучшие характеристики, чем дизель-электрические, но не могут быть уменьшены до размеров последних.
r1000ru
30.11.2017 00:00+1Импеллеры — лютый враг КПД. Странно что не выбран электродвигатель с винтом изменяемого шага + ВСУ в качестве генератора. Возможно на отсутствии трансмиссии и работе ВСУ на максимально эффективных оборотах вполне можно было бы сэкономить топливо. Хотя на авто такие схемы не прижились...
WFF
30.11.2017 11:47Предел скорости для винтомоторного самолета порядка 820 км/ч. Кроме того, КПД импеллера увеличивается по мере роста скорости самолета.
grey_kristy
30.11.2017 13:25У Ту-95 скорость выше 900 км/ч.
alexk24
30.11.2017 14:39Только за счет винтов которые хоть как-то эффективны на этой скорости у него запредельная шумность.
nikolayv81
01.12.2017 08:53Отказ от сверхзвука и общие тенденции говорят о том что скорость сама по себе не так сильно волнует, интересует окупаемость за единицу времени, и если увеличение интервала в полётах покроет расходы то на это пойдут.
niksfromru
02.12.2017 23:08Так скоро авиацию поезда вытеснять начнут. Даже на тихоходном «Сапсане» сейчас из Питера в Москву доберешься быстрее, чем на самолете, учитывая потерю времени на регистрацию и в пробках к/от аэропортов.
niksfromru
02.12.2017 22:45Кроме того, КПД импеллера увеличивается по мере роста скорости самолета.
Правильнее сказать, изначально более низкий КПД импеллера снижается со скоростью чуть медленнее, чем у «классического» воздушного винта.
kababok
30.11.2017 00:57- Собственно, Сименс уже примерно год как вовсю эксплуатирует полностью электрический одноместный самолёт:
https://www.siemens.com/press/en/feature/2015/corporate/2015-03-electromotor.php
- Большая часть ноу-хау и хайтека в электроприводе заключена совсем не в электромоторе, а как раз в инверторе, который сам по себе обычно сконструирован в виде хитрого компьютера с операционной системой реального времени, помимо преобразования типов энергии решающей и ещё кучу других задач.
agat000
30.11.2017 03:26По идее такой двигатель будут иметь ещё одно преимущество — шумовые характеристики. Для Европы критичный параметр.
Ну и стоимость межполетного и регламентного обслуживания ниже.
Интересно, Боинг+GE уже работают над этой темой? А то можно и от поезда отстать
darthmaul
30.11.2017 03:56ИМХО, электрификация транспорта, даже автомобильного — затея сомнительная. Можно, конечно, верить в чудо и ждать пока придумают аккумуляторы, не уступающие по плотности энергии топливу, но время показывает что каждый прорыв оказывается пшиком и ничего лучше литий ионных так и не придумали. А с такими энергетическими характеристиками и мечтать о замене жидкого топлива без многократной потери в потребительских качествах нечего.
p_fox
30.11.2017 10:00Илон бы улыбнулся, читая это.
semmaxim
01.12.2017 11:02Ну пока у него есть только в лучшем случае тесные двухтонные автомобили стоимостью в 10 Lada Vesta и с вдвое меньшим пробегом. Сейчас электромобили — это хайп и дотации. В равных условиях они совсем не конкуренты обычным бензиновым.
solariserj
01.12.2017 15:11Так разные сегменты, даже не разные а электромобильный сегмент это подмножество бензинового. Можно сказать. Городской автомобиль для прогулок возле города. К примеру я за год не сделал более 10 поездок более чем 200 км от дома. А в пробках жгу бензин постоянно.
Alex_Sa
02.12.2017 01:33Тесла Model S весьма просторна (намного более просторна чес Лада). А запас хода 300миль (480 Км) хоть и несколько поменьше, но вполне соизмерим.
Garbus
30.11.2017 10:05Полвека назад квадрокоптер с камерой или смартфон(планшет) были бы не меньшей фантастикой. Что же странного в переходе электромобиля из забавной диковинки в полезный транспорт? До идеала очень далеко, но ездить каждый день за десяток-другой километров до работы уже можно совершенно не напрягаясь и не бегая к зарядке два раза в день.
niksfromru
30.11.2017 13:03Квадрокоптер с камерой — не совсем удачный пример. Это решение частной задачи — сделать какой-то снимок с какой-то высоты — исключительно за счет миниатюризации электроники. Человека «миниатюризировать» пока не научились. Да и для получения высококачественных аэрофотоснимков значительных территорий по-прежнему требуется большая и тяжелая оптика, определяемая оптическим диапазоном длин волн. Физику сложно обмануть.
Garbus
30.11.2017 14:47Это просто к тому, как что-то переходит из категории единичных экземпляров и цен как на «чугунный мост», в что-то массовое и доступное каждому желающему.
Compost
30.11.2017 06:28Я один задаюсь вопросом: почему до сих пор нет самолетов на водороде? При такой-то плотности.
San_tit
30.11.2017 07:31Потому что LZ 129 «Гинденбург» (нем. Hindenburg) :-)
Водород очень горюч и очень летуч. С такой интенсивностью воздушного движения, как сейчас, катастрофы будут регулярны (скорее всего на земле)
red75prim
30.11.2017 07:33Там энергия на килограмм, а плотность у водорода низкая. Ну и сложности с хранением. Вот если метастабильный металлический водород научатся получать… Но это скорее из области фантастики.
Arxitektor
30.11.2017 09:03метастабильный металлический водород
Это конечно было бы отлично. Но суля из статьи про плотность энергии металлического водорода. При катастрофе на месте аэродрома будет кратер.
Даже если и могут производить в нужных количествах то только для многоразовых ракет.
Там да можно и на 1 ступени взлетать и садиться. По самолётному даже ).darthmaul
30.11.2017 14:53Самолёту тоже плотность энергии не помешает: не нужно тратить энергию на перевозку самого топлива.
Tachyon
30.11.2017 09:03Во время испытаний один из его турбовентиляторных реактивных двигателей BAe 146 заменят на двухмегаваттный электродвигатель Siemens. Когда система докажет свою жизнеспособность, будет предпринята попытка заменить ещё одну «турбину».
Да уж, это вам не электромобиль- заменили всю тягу на электро, что-то пошло не так- стоим на обочине, ждём ремонта(зарядки). Здесь если что-то пошло не так — аварийная посадка в лучшем случае.
И вот ещё какая мысль — разве вся эта схема с гибридной установкой это не усложнение движителя (читай увеличение кол-ва деталей, уменьшение ресурса, повышение вероятности выхода из строя )?lingvo
30.11.2017 09:28Вы не заметили, но электромобиль — это уже не ДВС в в плане надежности: в последних версиях часто идут два электромотора — на переднюю и заднюю ось. При отказе одного из них или его инвертора электромобиль способен продолжать движение. Также батареи соединены в последовательно-параллельные сборки. При отказе одной или нескольких из них электромобиль тоже способен ехать. КПП нет.
С точки зрения гибрида в самолете тоже не сильное усложнение — получаем четыре простых независимых электромотора и два генератора(на случай, если один откажет) в итоге имеем гибкую систему с избыточностью — при отказе одного из генераторов, другой все равно способен питать все 4 мотора(с уменьшенной мощностью, конечно).
Также не стоит забывать, что электромоторы имеют очень хороший коефициент перегрузки ( пример — Тесла — средняя мощность мотора не более 20кВт, кратковременная — 150кВт и выше). Не думаю, что у самолетных двигателей есть такие способности.darthmaul
02.12.2017 23:52получаем четыре простых независимых электромотора и два генератора
простых??? Два мегаватта при малой массе и суровых условиях работы (перепад температуры и давления) это просто?
Bossa_Nova
30.11.2017 10:02Для сравнения, у бензина — 11000 Вт•ч/кг
С поправкой на КПД ДВС(менее 40%) разница не такая уж великая. (КПД ТРД скорее всего еще ниже)
У алюминий-воздушных топливных ячеек точно плотность энергии выше. С мощностью там не очень правда. Но как только найдем легкую альтернативу меди в обмотках электродвигателей — полетит сразу!bobcatt
30.11.2017 10:19Есть еще одна проблема. По мере выработки углеродного топлива самолёт становится легче и потребление топлива падает. Опять таки посадочная масса — далеко не все ВС могут совершить посадку с полной заправкой и должны сбросить горючее в воздухе.
На батарейках же самолёт имеет практически одинаковую массу и на старте и на финише. Следовательно нужно упрочнять шасси, что опять таки проводит к росту массы.
В общем, всё непросто и думается в ближайшей перспективе всё ограничится опытными моделями и лёгкими компактными электролётами. Для межконтинентальных полётов нужны качественно новые источники энергии, которых пока нет даже в проектах.
Dmitry_7
30.11.2017 12:24Попробуй удивится — максимальный КПД системы батарейка-потребитель ровно 50%. Половина уходит на нагрев батареи.
Bossa_Nova
30.11.2017 12:51Я конечно попробую (Если вы меня просите). Но есть такой термин — Coulombic efficiency. Так вот он как раз измеряет соотношение между энергией, потраченной на зарядку и доступной энергией в цикле разряда. И у литий-ион батареек он для первой зарядки не ниже 85%, а для последующих — более 98%. Может что-то другое греется?
niksfromru
30.11.2017 13:16По моим наблюдениям, для применяемых сегодня в авиамодельном спорте литий-полимерных аккумуляторах с повышенной токоотдачей (более 20C) их эффективность не превышает 70-75%. Возможно, для слаботочных с малым током саморазряда этот показатель будет несколько выше, но никак не 98%. И естественно, «отдаваемая» емкость сильно зависит от тока разряда, т.е. от его мощности. Никому не нужен аккумулятор с эффективностью 99.99%, если его масса и габариты не позволят самолету оторваться от земли.
Bossa_Nova
30.11.2017 13:35А, понял, речь о rate performance. Там да, на 20С доступная энергия — небольшая. Конечно оптимизировать под авиамоделизм тоже можно. Вот не самая плохая картинка (тут LFP cathode 10Ah ячейка)
niksfromru
30.11.2017 13:57Для авиации критически важным параметром является удельная мощность силовой установки (Квт/кг) Не случайно, первые самолеты смогли устойчиво летать только с появлением легких (по отношению к паровым) двигателям внутреннего сгорания. Причем в массу силовой установки входит и система охлаждения двигателя, и конденсатор для паровой машины и т.п. Что можно быстро сделать для облегчения ЛА, если удельная мощность недостаточна для полета? Слить часть топлива (и/или воды и дров ;), при этом мощность силовой установки не уменьшится, полет состоится, хотя и на меньшую дальность. При установке же более легкого аккумулятора мы автоматически теряем в токоотдаче, т.е. в удельной мощности. Остается только совершенствовать аэродинамику, но на сегодня этот ресурс почти исчерпан. Резюме: пока удельная энергия накопителей электроэнергии не сравняется с таким же показателем для жидкого топлива, Илон Маск будет продолжать генерить все новые проекты ;)
Wolframium13
30.11.2017 14:20Ммм, самолёт, который возит аккумуляторы, вместо пассажиров, всегда мечтал.
niksfromru
30.11.2017 15:00Собственно, первые аэропланы такими и были ;) По-моему, в монографии Шаврова о летательных аппаратах того времени написано примерно так: «летные характеристики самолетов сильно зависели от мастерства, а иногда, и массы летчика». Весь вопрос в том, насколько данное направление перспективно на ближайшее время.
kaichou
30.11.2017 14:48Странно, что играются с самолётом с реактивным двигателем.
Логично было бы с винтовыми в первую очередь, с прямым приводом на вал.
Вспомнить Ту-95ЛАЛ и электрический Ан-24 — куда проще…
А тут аж гибрид, хрен там они его сертифицируют.niksfromru
02.12.2017 21:03В линейке Airbus есть единственный самолет с ТВД — транспортный А400М. По иронии, его в последнее время преследуют проблемы со штатными двигателями.
qpwoei
30.11.2017 16:44только еще как то не учтено:
1. топливо выгорает, планер становится легче — как следствие нужно создавать меньшее давление под планером (изменение угла атаки (лобового сопротивления) + уменьшение тяги двигателя = увеличение КПД)
2. за бортом минусовая температура и если не поддерживать температуру аккумуляторов в нужном диапазоне они потеряют свою энергетическую эффективность.niksfromru
01.12.2017 12:04Вторая проблема решается хорошей теплоизоляцией и большими рабочими токами в полете. И теплым ангаром или тепловой пушкой на предполетной подготовке. :D
qpwoei
01.12.2017 12:55это если полет короткий и транспортный самолет, а если пассажиры, чем то подогревать салон ведь придется, или придется каждому пассажиру электрофуфайку прилагать, но это пол тонны дополнительного веса :)
niksfromru
02.12.2017 20:52Подобная проблема уже решена на космических аппаратах. Там, правда, обитаемые объемы поменьше, но и энергетики такой нет, а за бортом — температура, близкая к абсолютному нулю.
General_Failure
02.12.2017 21:28За бортом — да, почти абсолютный ноль
Но при этом всё пространство заполнено, думаю, лучшим в мире теплоизолирующим материалом — тепло через него проходит только в виде излученияniksfromru
02.12.2017 23:23А на высоте 10-12 км «количество», а точнее плотность воздуха составляет около 30% от того, что на уровне моря. Не вакуум, конечно, но и температура всего минус 40 градусов по Цельсию.
qpwoei
03.12.2017 00:1830% — ога, а над крылом самолета в вихрях все 10%, а под крылом самолета влетевшего в дождевое облако и попавшего в восходящий поток воздуха горизонтального смерча? :)
не задумывались почему бугатти вейрон кушает 1 литр бензина на 1 км расстояния при скорости в 400 км/ч? может потому что плотность воздуха у автомобиля на носу очень сильно приближается к плотности воды? :)
idiv
Побуду занудой
здесь под литий-полимерным понимается тот же самый литий-ионный, но в мягком пластиковом корпусе зачастую без предохранителя, а вот литий-ионный — скорее всего цилиндрический или в жестком корпусе любой другой формы. Отсюда и такая «прорывная» разница в энергетической плотности.
niksfromru
Вообще-то, литий-ионные и литий-полимерные — это разные технологии, различающиеся, в основном, типом применяемого электролита. В первом случае применяется жидкий электролит(первоначально на основе кобальта и марганца), которым пропитывался пористый сепаратор. Во втором — гелеобразный электролит на основе проводящих полимеров, что позволило существенно улучшить эксплуатационные характеристики. И те, и другие аккумуляторы могут заключаться в жесткий корпус и оснащаться схемами защиты от глубокого разряда и/или перезаряда. Различие в удельных показателях даже в рамках одного типа определяется тем, по каким характеристикам аккумулятор «оптимизирован»: максимальный разрядный ток, минимальный саморазряд и т.п. Да, я еще та зануда! ;)
Bossa_Nova
Не существует распространенных и выпускаемых коммерчески полимерных твердых или гелеобразных электролитов. Все (ну или совсем почти все) электролиты в современных батареях — жидкие. Полимерные электролиты пока «недотягивают». На случай, если вы знаете конкретные хим. формулы я говорю о PEO-, PVDF-HFP-, PMMA-based полимерных электролитах. Дальше публикаций и тестов дело не пошло. Надо допилить. То ионной проводимости не хватает, то стабильности, то температурной устойчивости. Литий-полимерных батареек на рынке нет!
niksfromru
Верю своим глазам и akbinfo.ru:
idiv
Для заявления
нужно не использовать аргументы
Следующее утверждение не соответствует правде:
Гелеобразный электролит получается связыванием с помощью химических реакций обычного жидкого электролита и фактически потом, не смотря на отсутствие влаги при контакте, в таком электролите до 50% того же жидкого электролита. И там используется не «проводящий» полимер, а самый обычный. Проводящий полимер — это как раз и есть то, что дало название полимерным аккумуляторам и на данный момент экономически оправданные варианты в продаже отсутствуют.
Мнение ученых относительно гелевого электролита разделились. Кто-то считает его подвидом твердого электролита ( в оригинале назвалось это «твердый полимерный электролит», было сокращено в маркетинговых целях на одно слово), другие возражают, что есть свинцовые аккумуляторы с гелевым наполнителем и в строгом смысле слова это гибридный аккумулятор, но никак не полимерный. Они от этого совершенно другими не стали.
Чтобы не плодить комментарии, отвечу и на ваш нижний комментарий.
Недостаток сайтов с подобной информацией в рунете — отсутствие собственно исследовательской базы и разработчиков в постсоветском пространстве. Потому зачастую есть набор мифов рядом с фактами по переводным статьям, но из-за смешивания выходит ерунда.
Это все правильно для перспективных твердых электролитов.
Ответил выше. Гибридный в лучшем случае.
Есть только в научных разработках и малых сериях. Пользователь Bossa_Nova расписал подробнее, не вижу смысла повторяться.
Во-первых, сепаратор литий-ионного с жидким электролитом и есть микропористый. Если называть полимерными такие аккумуляторы, то свинцово-кислотные AGM вообще уникальная вещь — свинцово-стеклянные аккумуляторы. Во-вторых, в самом заурядном литий-ионном аккумуляторе используются неводные растворы солей на основе органических веществ вроде диметил- или этанолкарбонатов (название переводное, я не химик, на английском называются эти вещества Ethylene carbonate и Dimethyl carbonate).
niksfromru
Возможно, имеется путаница между «научными» и «коммерческими» названиями? Тем не менее, для многих универсальных зарядных устройств для заряда типы «Li-Ion» и «Li-Pol» различны. Для одних требуется указать «штатное» напряжение 3.6В, для других — 3.7В. Чем обусловлено это различие?
idiv
Тут тоже маркетинг, а не наука. Напряжение определяется типом электродов. Тот же аккумулятор с LiFePO4 имеет ниже напряжение, чем с LiCoO2. И обе могут быть литий-ионными с жидким электролитом.
niksfromru
Для LiFe там отдельная программа заряда. А для этих двух типов максимальное напряжение при заряде до 4.2В.
idiv
Как ниже написали, напряжение определяется материалами катодов, а не электролитом. Тем более, что он, как я выше писал, практически одинаковый. Есть еще такие, как литий-титанатные (это анод). У них 2,6 В. А в комбинации с литий-железо-фосфатным катодом выйдет вообще 2,2 В. И ведь мало кто про это на корпусе пишет.
Bossa_Nova
Напряжение зависит в основном от химии катода. 3.6V это обычное напряжение NCM 532(LiNiCoMnO2)ячеек. 3.7V- характерно для старых версий LCO ((LiCoO), современные LCO — 4.2V (до 4.3V)
LFP — 3.2V или 3.4V