Четырёхмоторные самолёты с ДВС. История. Настоящее. Будущее.

[Alex_520]

Я выше уже написал про китайские разработки твёрдотельных аккумуляторов.
Пока они их доводят до ума и до массовых продаж (зная как быстро китайцы реагируют на запросы рынка) мы (даже при наличии стабильного финансирования!) успеем сделать лишь одну опытную машину для того, чтобы её в воздух поднять. Всё реально!
Кроме того, первую машину можно сделать четырёхмоторной с теми же РИТМ-7, т.к. и по массе своей и по габаритам мотогондол, и по мощности и даже по воздушным винтам они будут ИДЕНТИЧНЫ! Облетать самолёт как бензиновый (более дорогой в эксплуатации, согласен!), а после получения доступа к китайским аккумуляторам просто модернизировать его в гибрид. И такой вариант возможен. И до сертификации самолёта как тип ВС, и даже после её, как расширение сертификата типа.
Чем не вариант? Или мы по старой российской привычке опять будем "догонять и перегонять" импортные образцы?
А можно просто скооперироваться с теми же китайцами уже в процессе НИОКР и попытаться сделать совместно российско-китайский региональный самолёт? Китайцы будут этому только рады! Это для них буде выход на российский региональный авиарынок, который сегодня практически пустой. А для них - производство, сервис и капремонты. Плюс вложения инвестиций в перспективные проекты (денег в бюджете у них хватает и они их с удовольствием вкладывают в перспективные проекты)...

 

[slav]

Chery тестирует твердотельный аккумулятор: он сулит 1500 км запаса хода - Китайские автомобили

 

[Alex_520]

Ну так а я о чём написал выше? Время ещё есть и надо успевать... 😂

 

[JohnDoe]

Ну так а я о чём?
Чисто электрический самолёт в России с её расстояниями и полным отсутствием приличной инфраструктуры пока не нужен.
А вот гибрид (про который я выше написал) вполне бы сгодился. По крайней мере на региональных авиалиниях МВЛ 2-й категории на расстояния до 1000 км и на аэропортах класса Е (по нашим руководящим документам). То есть в тех местах, где кроме вертушек и АН-2 никакой другой тип ВС регулярно не работал.

Блин, снова здорово! 😡
Потери в гибридной схеме минимум 20%, а в реальности выше - 30-50. Те гибриду двс/гтд потребуется почти вдвое более мощный, чем чистому двс/гтд приводу винта. Плюс масса, габарит, стоимость, расходы. Эту инновационную дурь, как и "рекуперацию от вв на снижении" я "гению" Лапшину разжевал еще хз когда. И много раз делал жто в разных темах. Нет, блин, регулярно эта дичь лезет!

 

[JohnDoe]

Я выше уже написал про китайские разработки твёрдотельных аккумуляторов.
Пока они их доводят до ума и до массовых продаж (зная как быстро китайцы реагируют на запросы рынка) мы (даже при наличии стабильного финансирования!) успеем сделать лишь одну опытную машину для того, чтобы её в воздух поднять. Всё реально!
Кроме того, первую машину можно сделать четырёхмоторной с теми же РИТМ-7, т.к. и по массе своей и по габаритам мотогондол, и по мощности и даже по воздушным винтам они будут ИДЕНТИЧНЫ! Облетать самолёт как бензиновый (более дорогой в эксплуатации, согласен!), а после получения доступа к китайским аккумуляторам просто модернизировать его в гибрид. И такой вариант возможен. И до сертификации самолёта как тип ВС, и даже после её, как расширение сертификата типа.
Чем не вариант? Или мы по старой российской привычке опять будем "догонять и перегонять" импортные образцы?
А можно просто скооперироваться с теми же китайцами уже в процессе НИОКР и попытаться сделать совместно российско-китайский региональный самолёт? Китайцы будут этому только рады! Это для них буде выход на российский региональный авиарынок, который сегодня практически пустой. А для них - производство, сервис и капремонты. Плюс вложения инвестиций в перспективные проекты (денег в бюджете у них хватает и они их с удовольствием вкладывают в перспективные проекты)...

Твердотельные АКБ имеют меньший габарит, но не не улучшают уд.емкость. Те, как было в лучшем случае 0,25 квт*ч/кг, так и будет, а скорее всего меньше. Это автомобилю можно какбэ наплевать на рост массы акб в тех же габаритах, он по земле уатается, ему себя в воздухе поддерживать не надо, а вот самолёту фиг! Так что оставьте влажные мечты.

 

[slav]

Нет, блин, регулярно эта дичь лезет!

Отстаёте от прогресса !🙂

Спойлер: про

https://www.ozon.ru/product/akkumul..._att=1&origin_referer=yandex.ru&sh=lEROMJTOXg

 

[JohnDoe]

Отстаёте от прогресса !🙂

Спойлер: про

https://www.ozon.ru/product/akkumul..._att=1&origin_referer=yandex.ru&sh=lEROMJTOXg

кВт*ч = мА*ч(емкость акб) * Вольт (нарп.акб) / 1 000 000;
кВт*ч/кг = кВт*ч / массу;
Упомянутый Вами АКБ имеет уд.емкость 0,29 квт*ч/кг. Причем это реклама от производителя, в реальности будет меньше по разным причинам. От 10 до 30% осетра можно урезать. Скажем, супер-пупер акб очередной конвертопланно-мультироторной вундервафли, аэротакси Джоби имеет заявленную удельную емкость 0,235 квт*ч/кг, что вроде как подтверждено испытаниями. Те именно на эту уд.емкость можно расчитывать ПРИ ПОЛЕТЕ. А то такто батарейка, которая уже не тянет лентопротяжку плейера еще вполне может питать светодиодный фонарик. Недолго.

 

[Alex_520]

Вы не улавливаете основной сути предлагаемого варианта гибридного лёгкого самолёта.
Мы бы хотели в итоге получить безопасный на взлёте и на посадке (при отказе двигателя на этих этапах) лёгкий самолёт нормальной категории с характеристиками УВП. Чтобы эксплуатировать его с ГВПП длиной 500 - 600 м (аэродромы класса Е). И в то же время ЭКОНОМИЧНЫЙ в лётной эксплуатации ( то есть рентабельный, а не дотируемый из госбюджета).
А этого можно достичь лишь в случае многомоторности (количество двигателей НЕ МЕНЕЕ ТРЁХ при продолженном взлёте!), работы на доступном и сравнительно дешёвом топливе (АИ-95, к примеру) и при работе маршевых бензиновых двигателей в крейсерском полёте на режимах с минимальным удельным расходом топлива (то есть на номинале).
Двухмоторные лёгкие самолёты нормальной категории в этом случае "не пляшут!", увы!
Они априори не могут продолжить взлёт при отказе одного из двигателей, а в горизонтальном полёте их двигатели работают на невыгодных режимах (с точки зрения удельных расходов топлива).
При использовании концепции "полуторадвигательного самолёта" (с двумя маршевыми двигателями и двумя вспомогательными взлётно-посадочными двигателями) лёгкий самолёт будет находиться в нормальной категории, но при этом сможет выполнить продолженный взлёт и уход на второй круг при отказе одного маршевого двигателя. В том числе и за счёт обдувки 60-64% площади крыла воздушными винтами.
При этом он сохранит характеристики УВП, то есть сможет работать с коротких ГВПП аэродромов класса Е. А в горизонтальном крейсерском полёте его маршевые двигатели будут работать на наивыгоднейших для них режимах с минимальными удельными расходами дешёвого и доступного автомобильного топлива. А электрические вспомогательные взлётно-посадочные двигатели в горизонтальном полёте будут зафлюгированы, а их тяговые аккумуляторы при этом будут подзаряжаться на протяжении всего крейсерского полёта. То есть суммарная ёмкость этих аккумуляторов (и их масса соответственно) может быть минимальной. Только для того, чтобы обеспечить беспрерывную работу ОДНОГО из вспомогательных электрических двигателей на номинальном режиме работы НЕ МЕНЕЕ ОДНОГО ЧАСА. Всего!
То есть и безопасность выполнения полётов будет обеспечиваться НА ВСЕХ этапах выполнения полёта и экономика эксплуатации будет лучше, чем у двухдвигательных самолётов.
Вот в чём суть этой идеи. Проигрывая в одном можно получить выигрыш в другом!

 

[JohnDoe]

Вы не улавливаете основной сути предлагаемого варианта гибридного лёгкого самолёта.
Мы бы хотели в итоге получить безопасный на взлёте и на посадке (при отказе двигателя на этих этапах) лёгкий самолёт нормальной категории с характеристиками УВП. Чтобы эксплуатировать его с ГВПП длиной 500 - 600 м (аэродромы класса Е). И в то же время ЭКОНОМИЧНЫЙ в лётной эксплуатации ( то есть рентабельный, а не дотируемый из госбюджета).
А этого можно достичь лишь в случае многомоторности (количество двигателей НЕ МЕНЕЕ ТРЁХ при продолженном взлёте!), работы на доступном и сравнительно дешёвом топливе (АИ-95, к примеру) и при работе маршевых бензиновых двигателей в крейсерском полёте на режимах с минимальным удельным расходом топлива (то есть на номинале).
Двухмоторные лёгкие самолёты нормальной категории в этом случае "не пляшут!", увы!
Они априори не могут продолжить взлёт при отказе одного из двигателей, а в горизонтальном полёте их двигатели работают на невыгодных режимах (с точки зрения удельных расходов топлива).
При использовании концепции "полуторадвигательного самолёта" (с двумя маршевыми двигателями и двумя вспомогательными взлётно-посадочными двигателями) лёгкий самолёт будет находиться в нормальной категории, но при этом сможет выполнить продолженный взлёт и уход на второй круг при отказе одного маршевого двигателя. В том числе и за счёт обдувки 60-64% площади крыла воздушными винтами.
При этом он сохранит характеристики УВП, то есть сможет работать с коротких ГВПП аэродромов класса Е. А в горизонтальном крейсерском полёте его маршевые двигатели будут работать на наивыгоднейших для них режимах с минимальными удельными расходами дешёвого и доступного автомобильного топлива. А электрические вспомогательные взлётно-посадочные двигатели в горизонтальном полёте будут зафлюгированы, а их тяговые аккумуляторы при этом будут подзаряжаться на протяжении всего крейсерского полёта. То есть суммарная ёмкость этих аккумуляторов (и их масса соответственно) может быть минимальной. Только для того, чтобы обеспечить беспрерывную работу ОДНОГО из вспомогательных электрических двигателей на номинальном режиме работы НЕ МЕНЕЕ ОДНОГО ЧАСА. Всего!
То есть и безопасность выполнения полётов будет обеспечиваться НА ВСЕХ этапах выполнения полёта и экономика эксплуатации будет лучше, чем у двухдвигательных самолётов.
Вот в чём суть этой идеи. Проигрывая в одном можно получить выигрыш в другом!

Это влажные мечты "инноваторов", которые видят лишь плюсы, а минусы игнорируют. Очобенно повеселило аро работу ееа номинале одного эл.двига в течении часа. Посчитайте, какая ему для этого потребуется АКБ. И прослезитесь.)))
Хотите легкий ероплан увп с безопасным взлетом и посадкой путем добавления/дублирования су? Лихко! Ставьте второй двс/гтд такой же мощности. Это будет выигрышнее по всем статьям электропотрохов. Современные твд с рекуператором вплотную приблизились к бензомоторам по уд.расходу, см. 140-сильный твд от французов из ТурбоТеха. На 50% мощности(такой же как в крейсере у р-912улс) он жрет чуть больше, чем р-912улс. В сумме два таких твд в крейсере будут как один твд. Ровно то, что Вы хотели. Но без шаманских плясок с гибридами, проводами и пр. Правда впарить под соусом "аналоговнета" и "сделаноунаса" всяким дилетантам из президентских кресел с доступом к бюджетной кормушке трудновато будет.

 

[JohnDoe]

А, да. Безопасность, отказоустойчивость и пр. такие требования прописаны в документах ИКАО, емнип. И любой самолет имеющий сертификат должен им соответствовать. Так что эти пляски с "более лучшей безопасностью" просто маркетинговые заманухи. Понятно, для чего.
Имху

 

[Давид]

Согласен, самый дешевый и эффективный вариант улучшить взлетные характеристики - это добавить еще один бензиновый двигатель. Все эти гибриды эффективны пока что только на автомобилях и только в городских режимах езды. А на трассе они жрут столько же бенза, сколько и обычный автомобиль, чудес не бывает и закон сохранения энергии пока не отменен, ее можно только эффективно использовать в дерганых городских режимах за счет рекуперации и меньшей инерционности электрической силовой установки. Но у самолета таких режимов нет, есть только короткие взлет и посадка, а потом 95% времени крейсерский полет в котором гибрид никакого преимущества не дает. И вообще, посмотрите сколько весят гибридные автомобили по сравнению с такими же чисто бензиновыми. Но для автомобиля это несущественный минус, а для самолета - критический.

 

[Антон Алексеев]

Авиагибриду аккумы совсем необязательно таскать - есть ведь варианты питать его с земли по СВЧ-лучу или воздушному трансформатору. Даже с учетом потерь экономика может получиться веселее классики.

 

[Alex_520]

Давайте для начала прикинем какая потребная мощность потребуется для выполнения горизонтального полёта. И какая будет потребная при выполнении взлёта и набора высоты.
Взлётная масса лёгкого самолёта нормальной категории (не более по АП-23) - 5700 кГ.
Аэродинамическое качество его (с подкосным крылом и неубирающимся шасси!) - порядка 8.
Хотя у нашего "аккордеона" с подкосным крылом и неубирающимся шасси было порядка 11,2.
Потребная тяга Pпотр=G/K, то есть 5700/8 = 712,5 кГ.
При воздушном винте фиксированного шага диаметром 2,54 м и оборотах вала винта порядка 2000 об/мин с каждой лошадиной силы можно снять порядка 2,5 кГ. Но мы специально "загрубим" и возьмём в расчёт всего 2 кГ/л.с.
В итоге потребная мощность для выполнения горизонтального крейсерского полёта составит всего 356,25 л.с. Условно возьмём все 360 л.с. Делим на 2 (маршевых бензиновых двигателя) - получаем потребную мощность каждого из двух маршевых двигателей порядка 180 лс.
Двигатель РИТМ-7 выдаёт на взлёте 230 л.с. То есть режим работы двигателей для поддержания горизонтального полёта составит порядка 78% от взлётного. А это самый экономичный режим работы двигателя по удельным расходам и без ограничений по времени его работы на нём.
Вывод - двух маршевых двигателей РИТМ-7 вполне достаточно для выполнения крейсерского полёта с максимальной взлётной массой лёгкого самолёта.
Для уверенного набора высоты (на первоначально этапе выполнения взлёта) на самолёте с негерметичной кабиной располагаемая тяга должна быть примерно в 2,5 раза больше, чем потребная тяга для выполнения горизонтального полёта.
То есть в нашем случае она должна быть порядка 712,5 х 2,5 = 1781,25 кГ. Что соответствует потребной суммарной мощности всех силовых установок (маршевых и взлётно-посадочных) порядка 890,625 л.с. Два маршевых двигателя и два взлётно-посадочных электрических двигателя (той же мощности, что и маршевые!) в сумме выдадут 920 л.с. То есть даже немного больше, чем надо.
Учитывая, что я в расчёте специально занижал коэффициенты К, Pпотр. и пр. могу сказать, что предлагаемый мною вариант вполне жизнеспособен по своим энергетическим возможностям. То есть взлететь, набрать высоту до 1200 - 1500 м от уровня земли на скороподъёмности порядка 3 м/сек у него займёт не больше 500 секунд (менее 9-ти минут!). Условно за весь полёт вспомогательные двигатели будут работать не более 15-ти минут (10 на взлёте и 5 - при заходе на посадку).
Дальше всё можете сами рассчитать - и потребную ёмкость ВСЕХ аккумуляторов для работы одного тягового электродвигателя на номинале продолжительностью не менее одного часа и массу этих аккумуляторов. Условно считайте, что на номинале этот двигатель будет выдавать на вал винта 200 л.с.

Авиагибриду аккумы совсем необязательно таскать - есть ведь варианты питать его с земли по СВЧ-лучу или воздушному трансформатору. Даже с учетом потерь экономика может получиться веселее классики.

Экономика и с аккумуляторами при таком раскладе будет заведомо "веселее классики" двухмоторной.
Но зато автономность будет 100%, то есть самолёт не будет зависеть от наземного оборудования.

 

[JohnDoe]

Дальше всё можете сами рассчитать - и потребную ёмкость ВСЕХ аккумуляторов для работы одного тягового электродвигателя на номинале продолжительностью не менее одного часа и массу этих аккумуляторов. Условно считайте, что на номинале этот двигатель будет выдавать на вал винта 200 л.с.

Не будет. На вал винта Ваш эл.двигатель будет выдавать 200 л.с. не на номинале, а на взлетном режиме. Либо потребляемая им мощность будет выше на величину потерь, тк. эл.двигателя тоже имеется кпд. И у проводов, и у инверторов и у пр. электрики. Условно, грубо, потреблять такой эл.двиг в заданных Вами умловиях будет порядка 170 кВт*ч, АКБ такой ёмкости будет весить под 3/4 тонны. Плюс масса самих моторов, инвертеров, проводов, системы охлаждения и тд. Тонна минимум, но скорее выше. У Джоби, например, почти две. Эту массу смело вычитаем из коммерческой нагрузки, топлива. Скока Ваш "суперероплан" увезет тогда, на какую дальность? Заряжать акб в гребенях, чтобы улететь обратно от чего будете, от тумбочки? Аааа, может маршевые в режиме генератора гонять? Тут снова вспоминаем про считай 30-50% процентов потерь при генерации. На час заряда поьратим два часа бензина. Гениально!)))

 

[Lapshin]

Согласен, самый дешевый и эффективный вариант улучшить взлетные характеристики - это добавить еще один бензиновый двигатель. Все эти гибриды эффективны пока что только на автомобилях и только в городских режимах езды. А на трассе они жрут столько же бенза, сколько и обычный автомобиль, чудес не бывает и закон сохранения энергии пока не отменен, ее можно только эффективно использовать в дерганых городских режимах за счет рекуперации и меньшей инерционности электрической силовой установки. Но у самолета таких режимов нет, есть только короткие взлет и посадка, а потом 95% времени крейсерский полет в котором гибрид никакого преимущества не дает. И вообще, посмотрите сколько весят гибридные автомобили по сравнению с такими же чисто бензиновыми. Но для автомобиля это несущественный минус, а для самолета - критический.

Ваша логика имеет несколько существенных ошибок.
Вы правильно заметили, что взлет занимает мало времени, а крейсерский полет требует в разы меньшей мощности: зачем же тогда иметь мотор на полную мощность, когда основное время он будет работать менее, чем в полсилы, имея режим совсем не экономичным?

 

[T-101]

На самом деле в расчетах всё не так ужас-ужас-ужас.
Конечно полностью электрическая схема абсолютно тупиковая, масса большого аккумулятора сжирает большую часть грузоподъемности, а его стоимость ложится неподъемным стремительным домкратом на цену летного часа и пасажиро-киломтера.
Подсчитаем последовательный гибрид. Берем Ан-28 выкидываем ТВД, ставим 4 современных электромотора по 220 киловатт с композитными винтами, буферную батарею на 80 киловатт/часов и турбогенератор на 450 киловатт. Суммарно проводами и инверторами это хозяйство как раз потянет на массу двух ТВД с винтами и мотогондолами, поэтому коммерческая нагрузка не пострадает.
Плюсов много: мгновенная приёмистость электродвигателей, у ТВД с этим грустно, расход значительно ниже - турбогенератор работает на оптимальных оборотах и не дросселируется, а взлетную мощность движки добирают из буферной батареи. Расчетный расход на крейсере - 120 кг на 240 км/ч. У оригинала сильно больше хоть он и летит быстрее. Но если заменить древний ТВД-10 на ВК-800СМ, то грамм/пассажир/километр получается примерно одинаковый с гибридом. В случае отказа турбогенератора батареи хватит на 12 минут в крейсерском режиме полета у экипажа появляется солидный запас времени на поиск подходящего места вынужденной посадки. С 3000 метров с учётом времени планирования это 23 минут времени и 66 км дальности. Но ТВД-вариант при отказе одного движка может лететь значительно дольше. 🙂
Электромоторы имеют ресурс по 10000 часов, турбогенератор - 5000 часов, батарея - около 4 лет. Тут всё шоколадно.
И явных минусов гибрида: силовая проводка, она будет под напряжением 800 вольт и её будет много. Нужна очень надежная изоляция. 🙂

Расчётная стоимость полетного часа у гибрида и вариант с ВК-800СМ примерно одинаковая. Но если рассмотреть дизельный или бензиново вариант ремоторизации то они будут заметно дешевле. Ну и сертифицировать самолёт с ДВС значительно проще чем проводкой на 800 вольт. 🙂

 

[JohnDoe]

Условно считайте, что на номинале этот двигатель будет выдавать на вал винта 200 л.с

А, да. Согласно Ваши же подсчётам этой мощности для гор.полета не хватит.😉

 

[JohnDoe]

...ставим 4 современных электромотора по 22 киловатт с композитными винтами...

Нолик не пропустили, часом?

 

[Давид]

Ваша логика имеет несколько существенных ошибок.
Вы правильно заметили, что взлет занимает мало времени, а крейсерский полет требует в разы меньшей мощности: зачем же тогда иметь мотор на полную мощность, когда основное время он будет работать менее, чем в полсилы, имея режим совсем не экономичным?

Тогда можно так же как в гибридной схеме иметь не два, а четыре бензиновых мотора и два из них флюгировать в полете, а оставшиеся два работают в экономическом режиме. Понятно, что дорожает обслуживание и наверно уменьшается удельная мощность, но что-то мне подсказывает, что гибридная версия в этом плане тоже где-то рядом болтается и существенных преимуществ иметь не будет.
З.Ы. В целом высокотоковое электричество на самолетах это тот еще геморрой, иногда кажется, что старый добрый бензин гораздо проще. А потом выясняется, что не кажется🙂

 

[SMotors]

Попробую наглядно показать, к чему стремиться в плане экономичности:
.

Вот пример использования оптимального удельного расхода на Приусе. Синяя линия- это там, где мотор всегда находится. По аналогии, после 3600- взлётный режим, а до него- крейсер. Это то, к чему нужно стремиться. Уж, даже не знаю, как, или ВРШ, или что-то типа вариатора нужно, чтобы в крейсере загнать мотор в минимально достаточные обороты, при, почти полном дросселе на крейсере. Грязно-жёлтым- линии постоянной мощности.
Видимо, при фиксированном шаге винта, или в крейсере получаются избыточные обороты, с недостаточно открытым дросселем, или, на взлётном режиме, винт не даёт мотору выйти на обороты максимальной мощности, отсюда, недобор тяги. Хочется сделать силовую установку на этих принципах...