« הבנת Thrust ב- Electric Air Engines

מנועי מטוסים חשמליים היברידיים מייצגים שינוי מרכזי בנעוריה אווירית, ממזגים את האמינות של מנועי סילון מסורתיים עם יעילות של כוח חשמלי. בלב השינוי הזה הוא FLT:0thrustigFLT:1 - הכוח הבסיסי שמניע מטוס קדימה.ללא ניהול קפדני של מערכות דחף, היברידיות לא יכול להשיג את הביצועים, הבטיחות והיתרונות הסביבתיים שהם מציעים כיצד צורות הפיתוח של מנועים חשמליים, מעקרונות חשמליים, לחידושים בסיסיים לחדשנות בסיסית.

מה זה Thrust ולמה זה משנה?

[הכוח המכאני שנוצר על ידי מנוע להתגבר על גרר ומניע מטוס דרך האוויר. במונחים של ניוטון, זוהי התגובה להאצת מסה של אוויר (או גזים ממצה) בכיוון ההפוך של נסיעות.עבור מנועי סילון, דחף מגיע מגירוש גזים חמים במהירות גבוהה; עבור הנעה חשמלית, הוא מיוצר על ידי מדחף או מדחף דרך נפח חשמלי מופעל, צורך כוח חשמלי גבוה יותר, צורך דחף חשמלי חזק, צורך כוח דחף נמוך יותר, צורך, 000 כוח דחף חשמלי חזק, צורך, 000 דחף גבוה יותר, צורך, לחץ דם חזק, 000 כוח דחף חשמלי חזק, צורך, 000 כוח דחף גבוה, 000 דחף חשמלי צורך, 000 דחף, 000 דחף, 000 כוח דחף גבוה יותר, 000 דחף, 000 דחף, 000 דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 דחף, 000 דחף גבוה, 000 כוח דחף גבוה, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף גבוה יותר על פני שטח, 000 כוח דחף חשמלי צורך כוח דחף חשמלי חזק יותר, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 דחף, 000 דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף, 000 כוח דחף

אדריכלות: Hybrid Electric Propulsion

מנועי חשמל היברידיים מסווגים בדרך כלל לתצורה של FLT:0seriestureFLT:1 ו-FLT:2reapleFLT 3 תצורה של סדרת היברידית, טורבינות גז או מנוע piston מניע גנרטור אשר גובה סוללות; המנועים החשמליים לבד לספק דחף.

Thrust Management in Series vs. Parallel Systems

  • (FLT:0Series פרופיל דחף היברידי:FLT:1 כל ההנעה מגיעה ממנועי חשמל, כך דחף מוגבל על ידי כוח מנוע וקצבי שחרור סוללות.זה מפשט שליטה אבל דורש אחסון אנרגיה גדול.
  • (FLT:0) פרופיל דחף היברידי של פיירל: FIRLT:1 ; שני מקורות ניתן לשלב עבור דחף שיא במהלך ההמראה, אז המנוע התרמי יכול להיות בגודל או כבוי במהלך השייט, צמצום שריפת דלק.
  • (FLT:0) פרופיל דחף דחפואלקטרי: FLT1) טורבינות פועלת במהירות אופטימלית ללא מהירות המעריצים, ומאפשרת מעריצים בעלי יעילות גבוהה, אבל משקל המערכת וניהול תרמי הופכים קריטיים.

מהנדסים חייבים לתכנן מערכות ניהול דחף (FLT:0) מעברים ללא רחמים (FLT) 1 בין מקורות כוח ללא הקרבת תגובה דחף או בטיחות טיסה.זה כולל אלגוריתמי בקרה מתוחכמת ואלקטרוניקה בעוצמה גבוהה.

אתגרים מרכזיים בפיתוח Thrust

כוח דחיינות ומשקל

מנועים חשמליים מציעים כיום מומנט מעולה, אבל יחס כוח למשקל עדיין עובר טורבינות גז.כדי להתאים את דחף של טורבינות גז קונבנציונלי, מנועים וסוללות חייב להיות קל משקל להפליא.כל קילוגרם של מערכת הנעה מוסיף למסה של המטוס, הדורש דחף נוסף להרים אותו - מחזור אכזרי.

ניהול ארסמל

מנועים חשמליים וסוללות לייצר חום במהלך פעילות גבוהה, במיוחד בנטילת יתר של דלק, חום מהפסדים חשמליים חייב להיות נדחו באמצעות מערכות קירור אשר מוסיפים משקל וגרור.FLT:0Efficient תרמית ניהול תרמי ניהול (FLT:1 הוא חיוני כדי לשמור דחף ללא חימום יתר.

3.המחירים של Battery Discharge

דרישות Thrust אינן קבועות: ההמראה עשוי לדרוש 2-3 פעמים כוח שיוט למשך כמה דקות.הבאטים חייבים להיות מסוגלים ל- C-rates גבוה (שיעורי הטעינה יחסית ליכולת) ללא מתח מתפתל או מפלט תרמי.

4.מפיק ועיצוב פאן

מנועים חשמליים יכולים לסובב ב- RPMS גבוה בהרבה מאשר מנועים מסורתיים, המאפשרים למניעים קטנים יותר, קלים יותר או אוהדים.עם זאת, RPM גבוה מגביר רעש ולהפחית את היעילות בשל מגבלות מהירות טיפ:0Variable-pitch דחףlers, רב-להב פתוח רוטטורים, ו-layer ingestion מעריציםFLT:1 נחקרים כדי לייעל את כל השלבים.

טכנולוגיות נהיגה Thrust שיפורים

מנוע חשמלי חשמלי גבוה

מנועים סינכרוניים (PMSMs) עם מגנטים חד-ארציים (FLT:0) מגנטים אקסרונומיים FLT:1 להשיג יעילות מעל 95% ותצפיות טורקים מעבר ל-20 Nm / ק"ג. Axial-flux מנוע topogies are Promises במיוחד עבור aerospace כי הם יכולים להשתלב מעריצים או לדחוף עם אורך מינימלי של חברות כמו:2FIRS: ניסויים ב-RVS.

חשמל מתקדם אלקטרוניקה

כדי לקבוע דחף חלקה, מופנים וממירים חייבים להתמודד עם מתחים גבוהים (800 V ל-1,000 V) עם הפסדים של מעבר נמוך.FLT:0Silicon carbide (SiC) ו-Geium nitride (GaN) SemiconductorsveFLT:1 מאפשר מעבר מהיר וצמצום דרישות קירור.

פיזור חשמלי (DEP)

(FLT:0DEP משתמש במספר רב של צריפים חשמליים קטנים יותרFIRLT:1) (למשל, שמונה עד תריסר) מחולקים לאורך הזרוע או הפתיל.תצורה זו יכולה להגביר את היעילות האירודינמית על ידי התפוצצות אוויר מעל פני השטח של הכנפיים, שיפור המעלית במהירויות נמוכות וצמצום דחף הנדרש עבור Takeoff.

מערכות בקרה היברידיות

מחשבים מודרניים של בקרת טיסה משלבים כעת את בקרת המנוע הדיגיטלי המלא (FLT:0) Authority digital Engine control (FADEC)BuildFLT:1 עם מערכות ניהול סוללות.בקרים אלה לתאם דחף משני המקורות, אופטימיזציה לצריכת דלק, בריאות סוללה או ירידה ברעש. אלגוריתמי למידת מכונה נחקרים כדי לחזות את הביקוש בהתבסס על שלב הטיסה ועל תנאי מזג האוויר.

התפטרות ואישור ה Hurdles

ביצועי Thrust במטוס היברידי חייבים לעמוד באותם תקני הסמכה מחמירים כמו מנועי קונבנציונאליים (למשל, FAA חלק 33, EASA CS-E) כולל הדגימה את אותם תקני הסמכה מחמירים כמו זמני תגובה, מצבי כישלונ, ובקרת במהלך תרחישים חד-מנועיים-מנועיים 1 מכיוון שמערכות היברידיות כרוכות בחשמל גבוה ותוכנות מורכבות, אמצעים חדשים של עמידה מפותחים עבור קבוצות הנעה בין-FR2 עובדים:

פתרונות עתידיים: Next-Generation Thrust Solutions

Cryogenic ו Superconducting Systems

קירור מנועים חשמליים וכבלי חשמל כדי לרתום בטמפרטורות (למשל, 77 K באמצעות חנקן נוזלי) מאפשר מוליכים-על, עלייה דרמטית בצפיפות הנוכחית וצמצום ההפסדים החשמליים.זה יכול להוביל ל-FLT:0ultra-גבוהים של חשמל משחת חשמל מ-FLT:1 (20–30 קילוואט / ק"ג) עם דחיית חום מינימלית.

תאי דלק הידרוגן - טווח Extenders

עבור מטוסים היברידיים לטווח ארוך, תאי דלק מימן יכולים לפעול כצירים טווח, מתן חשמל עבור שיוט דחף ללא סוללות כבדות. תאי דלק לייצר מים כעוצר ויש להם אנרגיה מסוימת גבוהה (kWh / ק"ג) בהשוואה סוללות.עם זאת, צפיפות הכוח של תאי דלק עדיין לא מספיקה עבור לכידת דחף דחף לאחור 1 , כך שילוב היברידי עם סוללות או טורבינות גז נשאר צורך.

מערכות סיוע מהיר-Thrust Takeoff Assist Systems

סיוע חשמלי מבוסס קרקע (למשל, לטרקטורים קטנים יותר או כלי רכב ממוחזרים בניכוי כלי רכב) יכול להפחית את הדחף על הסיפון הדרוש עבור ההמראה, המאפשר מנועים קטנים יותר וסוללות.

מסקנה

התפקיד של דחף במנועי מטוסים חשמליים היברידיים משתרע הרבה מעבר למניעה פשוטה.הוא מכתיב את הארכיטקטורה של מערכת אחסון האנרגיה, מערכת אחסון האנרגיה, עיצוב ניהול תרמי, ואפילו הפריסה האגף.כ טכנולוגיות מתקדמות - ממנועי בעלות גבוהה ועד כבלים מוליכים על פני השטח - מגזרי ייצור אנרגיה ממשיכים בהתמדה את ההחלפה ההיסטורית בין כוח ומשקל.