03.03 飞机能用电飞行吗?

Dambuster


小飞机本来就有电动飞机,无人机就更不用说了。客机的话,目前来看还是很难实现的,用电量太大,目前的电池容量远远不足。

首先,飞机是依靠气动性能飞行的。这点类似于船只航行于水面,不同的是,当飞机速度达不到足够要求时,不但可能导致飞行高度达不到,还有可能升力抵消不了重力而掉下来。

而飞机主要动力源就是发动机,依靠燃烧航空煤油,转化热能为动能。那么现在如果你要用电力飞行,也需要有足够的前推力。也就是说你要用足够的电力来带动发动机叶片旋转,产生巨大的吸力和向后的推力。

以官方公布的数据来看吧,波音787飞机,由于发动机减少了引气系统,减少了35%的发动机功率损耗。也就是说,如果飞机空调、机翼防冰、设备冷却等都用电动的,最终节省了35%的发动机引气消耗。

那么这35%的引气最后需要消耗多少电呢?787飞机由于不用引气,加装了三个发电机,最终六个发电机,发电功率1500KVA左右。这样才能勉强够的上飞机消耗,包括电刹车、电空调、电防冰、电液冷却计算机、客舱设施用电等。

以这样来推算的话,其中1000KVA的电力是因为不用引气额外消耗的。这样算的话,三相电乘以cosΦ也就是0.8,也就是800KW。除以35%,那么发动机功率如果不考虑效能问题的话,应该不低于2285KW。

那么整架飞机所需电力是2285+1500*0.8=3485KW。这个功率消耗可是不小的。

飞机上有两组电瓶,很先进的锂离子电池,一组八块,一组28.5公斤,合计供电32V,供电150A一小时。计算电池功率的话就是150*1*32=2400W。费那么大劲,当初还因为过热起火,最后57公斤东西2400W。

按照上述计算波音787飞机飞行两小时,需要6970KW电,需要2904个现在飞机装的成对电池。所需重量大约是165537千克,165吨左右,飞机最大起飞重量才219吨,空重111吨。光装这些电池都不够了,别说载客和载货了。

这还不算把32V直流电转换成235V交流电、115V交流电中间的损耗。

总结,除非电池有极大的发展,指望现在的电池容量,别指望能运用在客机上了。再重复一下,小飞机和无人机有不少电动的,就不再说了。

对了,还忘记算了一点,现在貌似787飞机的电瓶为了防止燃烧影响其他部件,又加装了厚重的外壳,一个电瓶估计得有40公斤左右了。那么实际结果大约要232吨左右。

至于用发动机发电,再用电动机带动发动机叶片旋转,这样能源来回转换,只会更加浪费。


只有相思


电动机当然能够驱动螺旋桨,从而使飞机飞起来,但最大的挑战在于哪里来的那么多电,能源源不断地供给电动机。

从理论上说,电池早就发明了,当然可以用电池,人类在潜艇上也早就使用了蓄电池,起码能在水下保证一定时间的航行。但对飞机来说,重量是一个极为敏感的因素,蓄电池的笨重却是出了名的。因而这么多年没人笨到为飞机装蓄电池去飞行。

后来出现了太阳能电池板,为这个想法带来了新的机会。早在2005年4月,美国一架名为SoLong的太阳能无人机就首先实现了24小时连续飞行。它的能量来自光电板和锂离子电池,6月又连续飞行48小时16分钟。不过这架飞机总重仅12.8公斤,没有太大实用价值,成本也非常高。

不过如果只飞行有限距离,太阳能飞机也在1980年就实现了首次载人飞行,1981年成功地飞越了英吉利海峡,1990年美国的埃里克·雷蒙德驾“寻日者”太阳能动力滑翔机分21段飞越了美国大陆,历时两个月,最长航段距离400公里。1995年,无人太阳能飞机“探路者”创造在15400米高空飞行11小时的纪录。2001年这一纪录又被“太阳神号”提升到29524米。

在“太阳神号”上,燃料电池只是太阳能电池的补充,用于为夜间飞行提供能量。2005年美国公司开始研制完全依靠燃料电池的无人机“环球观察者”,2010年实现了在17000以上高度连续飞行一周。

到2017年,美国缩比复合材料公司得到国家航空航天局的合同,开始用一架泰克南P2006T双发活塞通用飞机改装电池和巡航电机,使它成为X-57麦克斯韦分布式电推进验证机。X-57打算安装重359公斤锂离子电池,用两台60千瓦的电动机替换两台活塞发动机,同时将机翼换成大展弦比新机翼。另外,在两翼前缘安装12个小型电动机和螺旋桨,在低速时增加升力。这将是人类首次完全依靠电池动力实现具有实用意义的载人飞机飞行,可望将私人小飞机巡航飞行时所需的能量需求降低5倍。


吴戈


从理论上讲是可以的,飞机飞行靠的是机翼的升力,发动机只要可以克服飞行的阻力即可,不限于何种能源。电动在小型飞机上是可以的,但商用飞机目前还没电动的,主要是电池的能量/质量比太差,无法长时间续航,而且不像燃油烧掉后,飞机质量会越来越来越轻,经济性也不好。


风土水火


首先明确:飞机完全可以用电飞行!

当前,世界上军用或民用飞机的主要动力,主要包括涡轮喷气发动机、涡扇喷气发动机、涡桨发动机、涡轮轴发动机等等,这些发动机原理上都属于内燃机驱动的动力,也就是由化学燃料燃烧转化成高速喷射气流或者经变速装置直接带动螺旋桨等,从而驱动飞机飞行。

电动飞机,也就是直接使用电力驱动飞行的飞机,带动飞机螺旋桨的不再是高温燃气,而是电机!电机的电力电源包括燃料电池、太阳能电池、超级电容器、无线能量传输或其他种类的电池等。目前,已经研制成功的可载人电动飞机主要包括太阳能飞机、蓄电池电动飞机和燃料电池飞机等类型。

当前,电动飞机最突出的优点是结构简单、操作方便、节能环保,\t噪声和振动水平很低,乘坐舒适性好。但是,电动飞机也面临诸多技术难题:电动力推进系统实用性、安全性和可靠性有待提高,仅能满足电动飞机的最低使用要求。

因此,目前的电动飞机主要应用在特种领域,如高空长航时无人机、航模飞机等,大型实用化载人电动飞机仍要等待更大的技术突破。


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