Четырёхмоторные самолёты с ДВС. История. Настоящее. Будущее.

[Lapshin]

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

Нет: сами подумайте и решите относительно причин.
Квадрокоптеры на тепловых двигателях - почему не делали; а с появлением сравнительно легких электрических агрегатов, зашли капитально?

 

[Давид]

Нет: сами подумайте и решите относительно причин.
Квадрокоптеры на тепловых двигателях - почему не делали; а с появлением сравнительно легких электрических агрегатов, зашли капитально?

У квадрокоптеров с ДВС одна главная проблема: при фиксированном шаге винтов невозможно стабилизировать аппарат только за счет изменения оборотов двигателя, ДВС слишком инерционен для такого. С установкой ВИШ становится легче, но все равно до отзывчивости электромоторов ДВСу очень далеко, поэтому электромоторы. У самолета вроде таких проблем нет?

 

[Денис]

Нет: сами подумайте и решите относительно причин.
Квадрокоптеры на тепловых двигателях - почему не делали; а с появлением сравнительно легких электрических агрегатов, зашли капитально?

Квадрокоптеры с ДВС не делали из-за плохой управляемости приемистостью двигателей. Пол Моллер долго мурыжил свои Скайкары, но так и не добился устойчивого висения.
Добиться устойчивости у квадрокоптера с ДВС можно только применив ВИШ с достаточным временем реакции изменения шага, но это писец как повышает сложность изделия...

 

[Денис]

У квадрокоптеров с ДВС одна главная проблема: при фиксированном шаге винтов невозможно стабилизировать аппарат только за счет изменения оборотов двигателя, ДВС слишком инерционен для такого. С установкой ВИШ становится легче, но все равно до отзывчивости электромоторов ДВСу очень далеко, поэтому электромоторы. У самолета вроде таких проблем нет?

О! Не увидел, что уже написали один в один...

 

[Lapshin]

У квадрокоптеров с ДВС одна главная проблема: при фиксированном шаге винтов невозможно стабилизировать аппарат только за счет изменения оборотов двигателя, ДВС слишком инерционен для такого. С установкой ВИШ становится легче, но все равно до отзывчивости электромоторов ДВСу очень далеко, поэтому электромоторы. У самолета вроде таких проблем нет?

А что, ВИШей делать не умели? Сложностей управления ими также не существует.
Мелко копаете, уважаемый: сделайте еще итерацию: может, и приблизитесь к истине.
Наводка о гибридам: отключая ДВС, или ТВД, глуша его и переводя винты во флюгирование, вешаете вес этой ВМГ мертвым грузом, лишаясь, к тому же, возможности оперативно задействовать ее мощность. Это лишь один из аспектов: рассмотрев ситуацию в комплексе, Вы сами увидите и иные особенности.

 

[Alex_520]

Наводка о гибридам: отключая ДВС, или ТВД, глуша его и переводя винты во флюгирование, вешаете вес этой ВМГ мертвым грузом, лишаясь, к тому же, возможности оперативно задействовать ее мощность. Это лишь один из аспектов: рассмотрев ситуацию в комплексе, Вы сами увидите и иные особенности.

Написано не для меня, но касается и моей идеи. Поэтому попробую ответить...

В моём варианте четыре движка - два бензиновых маршевых и два электрических взлётно-посадочных, которые на крейсерском режиме висят на крыле мёртвым грузом (по вашему выражению).

Все четыре движка имеют одинаковую мощность и одинаковые воздушные двухрежимные винты. Первый режим - флюгер, второй - ВФШ, "настроенный" на номинальный режим и на скорость максимальной скороподъёмности. В выключенном положении двигателя винт уводится во флюгер (просто для понимания - на РИТМ-7 управление шагом воздушного винта предполагается электрическое, гидравлики на нём нет). То есть при падении оборотов двигателя ниже режима МГ датчик оборотов включает привод реверса воздушного винта. При запуске этот же датчик даст команду на вывод из флюгера и перевод лопастей на установочный угол.
Такой воздушный винт будет заметно дешевле по цене традиционных ВИШ из Ступино и управление ими будет проще, перевод в крайние положения автоматический, по сигналу датчика оборотов. Ну и ручное дублирование можно предусмотреть. Так что неработающие вспомогательные взлётно-посадочные двигатели с зафлюгированными воздушными винтами аэродинамику существенно не испортят. Но разгрузят крыло в полёте.
Большую скорость для самолёта местных воздушных линий рассчитывать не надо - на расстояниях до 500 км это нецелесообразно чисто экономически. Так что расчётная скорость полёта будет в диапазоне 200 - 250 км/час.
Запуск вспомогательного двигателя с выводом его воздушного винта из флюгера по времени займёт не более 10 секунд. Для непилотажного транспортного самолёта это ещё вполне приемлемо. Включил тумблер запуска движка и контролируй процесс запуска по оборотам и по реакции на штурвале. Ничего сложного для пилота даже средней квалификации.
Моменты включения вспомогательных движков фиксированные - на взлёте - на линии предварительного старта в процессе выполнения карты контрольных проверок на этом рубеже. На посадке - перед выпуском закрылков на высоте круга. Выключение движков с флюгированием их воздушных винтов на взлёте - после набора заданной высоты полёта и достижения крейсерской скорости. На посадке - после сруливания с ВПП на РД. Ничего сложного!
При отказе одного из движков в полёте он автоматически уйдёт во флюгер, и флюгирование надо будет продублировать вручную. После чего запустить вспомогательный электродвигатель на полукрыле отказавшего маршевого. Если движок откажет на взлёте после достижения скорости Vr взлёт продолжаем на трёх оставшихся двигателях, отказавший же сам уйдёт во флюгер. После достижения безопасной высоты убираем закрылки и дублируем флюгирование отказавшего движка вручную. А дальше уже принимаем решение - совершить посадку на аэродроме взлёта или уходить на маршрут на трёх работающих движках (все зависит от дальности полёта, фактической взлётной массы, погодных условий и окончательного решения КВС).
Вот как-то так я мыслю про гибрид четырёхмоторный. Причём маршевые движки - поршневые, как гораздо более дешёвые в сравнении с ТВД. Мы же хотим получить дешёвый бюджетный самолёт местных воздушных линий, а не ЛМС-901 по цене лайнера. Который будет перевозить безопасно до 19-ти пассажиров (на короткие расстояния). Тогда и о рентабельности перевозок на региональных авиалиниях можно будет подумать, чтобы не выпрашивать дотации из Госбюджета...

 

[Давид]

А что, ВИШей делать не умели? Сложностей управления ими также не существует.
Мелко копаете, уважаемый: сделайте еще итерацию: может, и приблизитесь к истине.
Наводка о гибридам: отключая ДВС, или ТВД, глуша его и переводя винты во флюгирование, вешаете вес этой ВМГ мертвым грузом, лишаясь, к тому же, возможности оперативно задействовать ее мощность. Это лишь один из аспектов: рассмотрев ситуацию в комплексе, Вы сами увидите и иные особенности.

А разве аккумуляторы проработав несколько минут на взлете не висят потом мертвым грузом на протяжении всего полета? Сборка электромотор+аккум не будет весить меньше, чем равнозначная по мощности и продолжительности работы сборка ДВС+топливо. Имхо, гибриды имеют преимущество только в тех режимах работы, в которых возможна рекуперация и в которых важна малая инерционность электромотора.

Насколько я понимаю проблема тут лежит совершенно в другой плоскости, а именно в отсутствии ассортимента ДВС, которые можно было бы использовать. То есть нельзя например вместо двух РИТМ-7 по 230л.с взять четыре каких-нибудь условных РИТМ-3 по 115л.с. каждый. С электромоторами в этом плане скорее всего полегче.

 

[T-101]

При отказе одного из движков в полёте он автоматически уйдёт во флюгер, и флюгирование надо будет продублировать вручную. После чего запустить вспомогательный электродвигатель на полукрыле отказавшего маршевого. Если движок откажет на взлёте после достижения скорости Vr взлёт продолжаем на трёх оставшихся двигателях,

Какая емкость аккумулятора планируется?

 

[JohnDoe]

Попробую наглядно показать, к чему стремиться в плане экономичности:
.
Посмотреть вложение 605492
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...

Твд с рекуператором/теплообменником. Имеются на рынке.
- Алисон 250(имеется кит-рекуператор от сторонней фирмы). Установка рекуператора снижает расход на 40% с незначительным падением мощности;
- TP-R150 от французкой ТурбоТех. Есть версия с элгенератором для гибридов номинальеой мощностью 85квт(90квт взлетной). 14% потерь на генерации;
Обе версии мультитопливные(авиакеросин, дизель, биодизель, етц) "изкаропки";
- Серия ГТД для турбогенераторов электрических(микроТЭС/ТЭЦ) от Капстон. С30/60/200 и подобные. Мультитопливные(метан, дизель, етц);
Первые два готовые авиадвижки, особенно француз(в смысле на него не нужно покупать и ставить рекуператор в отличии от Алисона), Капстону нужен будет редуктор, у них элгенератор сидит прямо на валу газогенератора.

 

[Lapshin]

А разве аккумуляторы проработав несколько минут на взлете не висят потом мертвым грузом на протяжении всего полета?

- Абрам, почему вы всегда отвечаете вопросом на вопрос?
- Правда?

Сборка электромотор+аккум не будет весить меньше, чем равнозначная по мощности и продолжительности работы сборка ДВС+топливо.

Ну-ка, ну-ка, подтвердите свои идеи цифрами.

Имхо, гибриды имеют преимущество только в тех режимах работы, в которых возможна рекуперация и в которых важна малая инерционность электромотора.

Смешались в кучу кони..люди. Рекуперация для гибридных самолетах настолько не нужна, что ее реализацией не озабочен никто - это не ж.д.

Насколько я понимаю проблема тут лежит совершенно в другой плоскости, а именно в отсутствии ассортимента ДВС, которые можно было бы использовать.

Это еще почему?

То есть нельзя например вместо двух РИТМ-7 по 230л.с взять четыре каких-нибудь условных РИТМ-3 по 115л.с. каждый. С электромоторами в этом плане скорее всего полегче.

Нет проблем: есть 914-й Ротакс именно 115 л.с. мощности - мало того, пара таких весит меньше одного Ритма. И китайские товарищи пекут их, как пирожки. Однако...
Нет: "Учиться, учиться и учиться" говорил вождь пролетариата.

 

[T-101]

Вот что выдает ЭВМ при сравнении чисто бензинового варианта (4 Ритм-7) и гибрида (2 Ритм-7, 2 электромотора, буферный аккумулятор) на дистанции 10000 лётных часов.
Себестоимость летного часа равная, но чистая бензинка летит значительно быстрее, отсюда совсем другая оборачиваемость и себестоимость пассажиро- и тонно-километра и как результат сильно другая рентабельность.

 

[Alex_520]

А вы трудоёмкость технического обслуживания четырёхдвигательного бензинового самолёта считали? Особенно в морозы до -45 при подготовке к первому вылету в чистом поле на перроне, а не в тёплом ангаре? У гибрида с этим будет попроще - греть придётся всего два внутренних двигателя. Да и при проверке на ТО тоже не с 28 свечками возиться придётся, а уже с 56-ю?
Ну и всё остальное. Тут ведь деньги тоже придётся считать - авиатехник в таких условиях бесплатно работать не захочет...
И большая скорость полёта такому "лайнеру" тоже особо не нужна. Во-первых он по цене резко дорожать начнёт. А во-вторы- - он же на брюхе "ползать" будет на высотах до 900 м всего, а летом - в болтанку. И если у него скорость будет более 250 км/час, то пассажиры себя чувствовать будут не очень комфортно - весь салон заблюют при двухчасовом перелёте... Вы на АН-2 и на том же Л-410 на малых высотах летом летали? Хотя бы пассажиром....

Какая емкость аккумулятора планируется?

На один час полёта ОДНОГО электродвигателя при его работе на номинальном режиме (мощность порядка 180 л.с.).... Масса аккумуляторов будет зависеть от их типа...

 

[slav]

А вы трудоёмкость технического обслуживания четырёхдвигательного бензинового самолёта считали? Особенно в морозы до -45 при подготовке к первому вылету в чистом поле на перроне, а не в тёплом ангаре? У гибрида с этим будет попроще - греть придётся всего два внутренних двигателя. Да и при проверке на ТО тоже не с 28 свечками возиться придётся, а уже с 56-ю?
Ну и всё остальное. Тут ведь деньги тоже придётся считать - авиатехник в таких условиях бесплатно работать не захочет...
И большая скорость полёта такому "лайнеру" тоже особо не нужна. Во-первых он по цене резко дорожать начнёт. А во-вторы- - он же на брюхе "ползать" будет на высотах до 900 м всего, а летом - в болтанку. И если у него скорость будет более 250 км/час, то пассажиры себя чувствовать будут не очень комфортно - весь салон заблюют при двухчасовом перелёте... Вы на АН-2 и на том же Л-410 на малых высотах летом летали? Хотя бы пассажиром....

На один час полёта ОДНОГО электродвигателя при его работе на номинальном режиме (мощность порядка 180 л.с.).... Масса аккумуляторов будет зависеть от их типа...

Пока что этот вариант самый подходящий !😉

 

[JohnDoe]

На один час полёта ОДНОГО электродвигателя при его работе на номинальном режиме (мощность порядка 180 л.с.).... Масса аккумуляторов будет зависеть от их типа...

Ранее мною упомянуты уже одни из самых совершенных на данный момент акб и дан примерный расчет емкости и массы. Будет порядка тонны. Надеятся на некие чудесные акб утопия.

 

[JohnDoe]

А, да. Греть вместо двух "лишних" двс придется акб и элмоторы. Наилучшая по отдаче для липо температура батареи чтото около 35С. Замороженная акб резко теряет емкость. Легкие элмоторы такие легкие потому, что имеют жидкостное охлаждение(акб, кстати, тоже), систему охлаждения тоже придется отогревать. И все это требует обслуги. Так что надежды на экономию - утопия.
Имху

 

[Alex_520]

Электрический двигатель на номинале (180 л.с.) имеет мощность порядка 133 кВт (грубо). То есть за один час работы на этом режиме он израсходует 133 кВт/час.
Высоковольтная батарея электромобиля Lixiang L9 с ёмкостью 133,8 А·ч (что соответствует примерно 133 кВт·ч при напряжении 374,3 В) имеет массу 282,3 кг.
Опять же загрубим расчёт и условно возьмём ёмкость ВСЕХ аккумуляторных батарей на борту гибридного самолёта порядка 135 А*час, а их общую массу - порядка 360 кг. С двигателями и с воздушными винтами общая масса двух вспомогательных электрических силовых установок будет порядка 500 кг! Сравните с массой двух двигателей РИТМ-7 без обвеса (156 кг х 2 = 312 кг), добавьте к этому массу их воздушных винтов, обвеса двух двигателей и массу сжигаемого за один час работы на номинале бензина ОДНИМ двигателем РИТМ-7. Будете удивлены, но существенный выигрыш по массе силовой установке у бензинового движка вы вряд ли получите.

По поводу подогрева электрических движков с жидкостным охлаждением - а в чём собственно проблема, в отсутствии антифриза или же в вязкости масла в подшипниках на валу электродвигателя? Масло там можно использовать турбинное, а не минералку, а антифриз до -40 градусов Цельсия вполне ещё работоспособен, чтобы запустить движок и пару-другую минут прогреть его на оборотах на гонке двигателя на стоянке при подготовке к первому вылету. Это вам не с поршневым движком воздушного охлаждения при -45 Цельсия устраивать танцы с бубном при подготовке его к первому вылету при внеангарном хранении на перроне.

По поводу подогрева аккумуляторов - а почему вы считаете, что аккумуляторы на самолёте стоят постоянно от их ремонта до ремонта (как у электромобилей), не снимая их с борта?
В Гражданской авиации есть "привычка" (закреплённая нормативно в НТЭРАТ), что аккумуляторы в конце лётного дня в зимнее время при перерыве в полётах более определённого времени нужно снимать с борта и увозить их на подзарядку в аккумуляторную. То есть в тёплое помещение! А утром при подготовке самолёта к полёту их привозить на самолёт уже тёплыми и устанавливать на борт. То есть проблема будет только в удобстве их снятия с борта и установке на борт. А это уже можно предусмотреть ещё при проектировании самолёта. И найти на перроне базового аэропорта самоходную тележку типа электрокары (или санки-лыжу со снегоходом) для перевозки 360 кг аккумуляторов на расстояние нескольких сотен метров для вас будет проблемой? Кстати, эта "привычка" на полевых аэродромах еще и противоугонной системой попутно служит. Попробуйте запустить самолёт без аккумуляторов при его угоне...

Однажды в моей прошлой жизни был момент, когда возвращаясь на базу из Анадыря, мы экипажем АН-26 заночевали в Саскаллахе при весьма "хорошей" погоде (за бортом -48 Цельсия и ветер у земли 18 м/сек.). И чтобы на этой "помойке" сталинских времён утром не терять несколько часов на подготовку самолёта к вылету мы оставили бортмеханика в аэропорту (с его согласия!), чтобы он через каждые 2-3 часа запускал двигатели и прогревал их и все системы. А сами уехали в посёлок в гостиницу. И утром мы оторвали колёса уже через час после прибытия в аэропорт. Хотя при возвращении на базовый аэродром на самолёте пришлось менять все дюритовые шланги, которые после такой стоянки потекли нещадно...

 

[-anddy-]

На один час полёта ОДНОГО электродвигателя при его работе на номинальном режиме (мощность порядка 180 л.с.).... Масса аккумуляторов будет зависеть от их типа...

Ясен пень это будут твердотельники. Для часовой работы в крейсерском режиме 180-сильного моторчика понадобится твердотельные батарейка на 100 квт/ч. С учётом системы терморегуляции она будет весить 250 кг.
По-божески.

 

[-anddy-]

И если у него скорость будет более 250 км/час, то пассажиры себя чувствовать будут не очень комфортно

C208 как-то с крейсером 320 км/ч летает, и не жалуется .

 

[JohnDoe]

Электрический двигатель на номинале (180 л.с.) имеет мощность порядка 133 кВт (грубо). То есть за один час работы на этом режиме он израсходует 133 кВт/час.
Высоковольтная батарея электромобиля Lixiang L9 с ёмкостью 133,8 А·ч (что соответствует примерно 133 кВт·ч при напряжении 374,3 В) имеет массу 282,3 кг.
Опять же загрубим расчёт и условно возьмём ёмкость ВСЕХ аккумуляторных батарей на борту гибридного самолёта порядка 135 А*час, а их общую массу - порядка 360 кг. С двигателями и с воздушными винтами общая масса двух вспомогательных электрических силовых установок будет порядка 500 кг! Сравните с массой двух двигателей РИТМ-7 без обвеса (156 кг х 2 = 312 кг), добавьте к этому массу их воздушных винтов, обвеса двух двигателей и массу сжигаемого за один час работы на номинале бензина ОДНИМ двигателем РИТМ-7. Будете удивлены, но существенный выигрыш по массе силовой установке у бензинового движка вы вряд ли получите.

По поводу подогрева электрических движков с жидкостным охлаждением - а в чём собственно проблема, в отсутствии антифриза или же в вязкости масла в подшипниках на валу электродвигателя? Масло там можно использовать турбинное, а не минералку, а антифриз до -40 градусов Цельсия вполне ещё работоспособен, чтобы запустить движок и пару-другую минут прогреть его на оборотах на гонке двигателя на стоянке при подготовке к первому вылету. Это вам не с поршневым движком воздушного охлаждения при -45 Цельсия устраивать танцы с бубном при подготовке его к первому вылету при внеангарном хранении на перроне.

По поводу подогрева аккумуляторов - а почему вы считаете, что аккумуляторы на самолёте стоят постоянно от их ремонта до ремонта (как у электромобилей), не снимая их с борта?
В Гражданской авиации есть "привычка" (закреплённая нормативно в НТЭРАТ), что аккумуляторы в конце лётного дня в зимнее время при перерыве в полётах более определённого времени нужно снимать с борта и увозить их на подзарядку в аккумуляторную. То есть в тёплое помещение! А утром при подготовке самолёта к полёту их привозить на самолёт уже тёплыми и устанавливать на борт. То есть проблема будет только в удобстве их снятия с борта и установке на борт. А это уже можно предусмотреть ещё при проектировании самолёта. И найти на перроне базового аэропорта самоходную тележку типа электрокары (или санки-лыжу со снегоходом) для перевозки 360 кг аккумуляторов на расстояние нескольких сотен метров для вас будет проблемой? Кстати, эта "привычка" на полевых аэродромах еще и противоугонной системой попутно служит. Попробуйте запустить самолёт без аккумуляторов при его угоне...

Однажды в моей прошлой жизни был момент, когда возвращаясь на базу из Анадыря, мы экипажем АН-26 заночевали в Саскаллахе при весьма "хорошей" погоде (за бортом -48 Цельсия и ветер у земли 18 м/сек.). И чтобы на этой "помойке" сталинских времён утром не терять несколько часов на подготовку самолёта к вылету мы оставили бортмеханика в аэропорту (с его согласия!), чтобы он через каждые 2-3 часа запускал двигатели и прогревал их и все системы. А сами уехали в посёлок в гостиницу. И утром мы оторвали колёса уже через час после прибытия в аэропорт. Хотя при возвращении на базовый аэродром на самолёте пришлось менять все дюритовые шланги, которые после такой стоянки потекли нещадно...

Опять упущен параметр КПД. Эл.двигатель потребляет мощность из АКБ(и у нее есть кпд) БОЛЬШЕ , чем выдает на вал. У проводов и инверторов всяких тоже есть кпд. Максимальный кпд эл.двигателя с оборотами около 3000 об/мин(кстати, гляньте массу такого моторчика) 0,92-0,96(зависит от класса) лежит в диапазоне нагрузки 0,5-0,85 номинала. Выше/ниже кпд падает. Можно грубо считать КПД элдвигла для заданного Вами режима как 0,9. Плюс потери в проводах и инверторах, еще процентов 5-ть. Итого емкость АКБ нужно увеличивать процентов на 15-ть минимум. И соответственно ее массу.
АКБ нельзя высосать в ноль, она способна отдавать мощность лишь в некоем диапазоне напряжений на ее банках(я раньше уже говорил). Обычно падение начинается когда АКБ ввсаживают до 20-30% от ее емкости. Те для обеспечения нужных параметров емкость нужно иметь еще на четверть больше. Опять растет масса.
Про АКБ китайского авто:
кВт*ч = А*ч х В / 1000;
АКБ упомянутого авто имеет емкость. 50квт*ч, а не 133. Так что увеличивайте Вами насчитанное минимум втрое. Получите ту же тонну. Удачи с тасканием такого акб в морозы на площадке в гребенях якутской тундры. Авиатехники, о которых Вы печетесь, Вам скажут большое спасибо.

 

[JohnDoe]

Ясен пень это будут твердотельники. Для часовой работы в крейсерском режиме 180-сильного моторчика понадобится твердотельные батарейка на 100 квт/ч. С учётом системы терморегуляции она будет весить 250 кг.
По-божески.

Нет
Посмотрите уд.емкость твердотельников.