ГТД, как привод гибридной СУ. Целесообразность, перспективность, реализация.

[questioner]

Тема так или иначе вскользь затрагивалась в различных ветках форума, но являлась больше отступлением от основных тем.
Давайте обсудим в отдельной ветке перспективы концепции турбинных двигателей в качестве СУ, образующих в паре с электротрансмиссией гибридный привод авиодвижитей.
Кто-то скажет, что тема не новая и ГТД давно используются в газотурбинных генераторах, ВСУ и т. п., но со времен актуальности этих разработок появились новые технологии, а старые развились и стали доступнее.

По большому счету современные ГТД построены на разработках середины 20 века, когда не было ни доступных мощных микроконтроллеров, ни силовой электроники для управления большими мощностями, ни легких электродвигателей на постоянных магнитах огромной энергии.

На мой взгляд красноречивее всего говорят удельные значения:

ГТД - 0.13 кг/кВт (в данном случае ему к тому же не требуется редуктор)
высокооборотистый синхронный генератор на редкоземельных магнитах - 0,1 кг/кВт
BLDC-электродвигатель - 0,4 кг/кВт
Силовая электроника - 0,02 кг/кВт

Установка на 300 кВт (~400 л.с.) будет весить 300(0,13+0,1+0,4+0,02)=300*0,65=195 ~ 200 кг!!!

Удельный вес всей гибридной системы 0,65 кг/кВт


Зачем все это нужно ЛА?
Для ЛА традиционных конструкций скорее всего - не нужно, ибо они разрабатывались под другие технологии. Для разработки новых концепций это огромные возможности. В первую очередь это мультироторные системы с электронным управлением, конвертопланы, СВВИП ...
Отсутствие валов, редукторов, КПП. Возможность электропривода всех механических систем: закрылки, шасси, ВИШ, наклон двигателей.... возможность установки любого количества стабилизирующих двигателей (например при вертикальном взлете и посадке в ветреную погоду ЛА может стабилизироваться в горизонтальной плоскости отдельными двигателями, отключаемыми в дальнейшем полете).
В случае с ЛА, сочетающим самолетный режим с вертикальным взлетом для максимальной экономии топлива может быть использовано два ГТД, один из которых используется только при взлете/посадке/зависании, а другой в самолетном режиме, чтобы ГТД работали всегда на оптимальных мощностных режимах, где у них максимальный КПД и минимальный расход топлива. Использование несколько избыточного балластного аккумулятора позволит совсем отключать турбины при инерционном торможении или снижении ЛА, и быстро их запускать, когда нужно (генератор может работать и в режиме стартера).

Надеюсь на конструктивное обсуждение.

 

[_Бывалый_]

По большому счету современные ГТД построены на разработках середины 20 века, когда не было ни доступных мощных микроконтроллеров, ни силовой электроники для управления большими мощностями, ни легких электродвигателей на постоянных магнитах огромной энергии.

@ questioner
1. Для Вашего сведения: ГТД = ГазоТурбинный Двигатель, преобразующий тепловую энергию тоалива в механическую. И только.
2. Как бужет использована механическая энергия, выработанная ГТД: на привод колес, винта, генератора, - двигателю безразлично (в прехелах ограничений, наллженных ТТЗ).
3. С чего Вы взяли, что современнын ГТД базируются на разработках середины прошлого века?
4.Какое отношенние имеют к ГТД перечисленные Вами элементы современных вторичных устройств? Они повысят пароаметры цикла ГТД и выработку механической энергии?

На мой взгляд красноречивее всего говорят удельные значения:

ГТД - 0.13 кг/кВт (в данном случае ему к тому же не требуется редуктор)
высокооборотистый синхронный генератор на редкоземельных магнитах - 0,1 кг/кВт
BLDC-электродвигатель - 0,4 кг/кВт
Силовая электроника - 0,02 кг/кВт

Покажите первоисточники приведенных цифр с примерами реально работающих механизмов и устройств (без пересчета по масштабному или мощностному фактору).
Особенно по генератору. Особенно с учетом Вашего

(генератор может работать и в режиме стартера)

Можете объяснить "похудение" двигателя с 0,4 кг/кВт до 0,1 кг/кВт при перехрде в генераторный режим?
Без этого Ваша "новая" тема явится дублем уже открытых Вами неоконченных веток по этой же тематике в других разделах форума..

ЗЫ: специально не акцентирую внимание на классификации ГТД, ГТУ; Вашего незнания процессов звауска и останова ГТД.

 

[questioner]

1. Для Вашего сведения: ГТД = ГазоТурбинный Двигатель, преобразующий тепловую энергию тоалива в механическую. И только.
2. Как бужет использована механическая энергия, выработанная ГТД: на привод колес, винта, генератора, - двигателю безразлично (в прехелах ограничений, наллженных ТТЗ).

Ну детский сад-то устраивать не надо.

3. С чего Вы взяли, что современнын ГТД базируются на разработках середины прошлого века?

Я не утверждаю, что они не изменились с тех пор, но если есть что-то принципиально новое в современных ГТД - напишите пожалуйста.

4.Какое отношенние имеют к ГТД перечисленные Вами элементы современных вторичных устройств? Они повысят пароаметры цикла ГТД и выработку механической энергии?

Электронный впрыск топлива может повысить эти показатели. Хотя, я уверен, он давно используется. Доступность 3D-моделирования и ЧПУ обработки упростит процесс прототипирования и изготовления. Компактный и легкий и точный электропривод позволяет избавиться от механического привода вспомогательного оборудования, такого, как насосы и заслонки.

Покажите первоисточники приведенных цифр с примерами реально работающих механизмов и устройств (без пересчета по масштабному или мощностному фактору).

Это я люблю делать!
ГТД - 0.13 кг/кВт http://www.airwar.ru/enc/engines/makila1a.html
высокооборотистый синхронный генератор на редкоземельных магнитах - 0,1 кг/кВт
Здесь видимо придется остановиться подробнее. Вот показатели "классического" синхронного генератора с железным сердечником статора 0,37 кг/кВт -http://www.mai.ru/upload/iblock/686...kikh-ustanovok-kosmicheskogo-naznacheniya.pdf

Уже не плохо, но все еще не 0,1. Однако автор явно "не гнался" за уменьшением массы.
Я уже делал обоснование использования для таких оборотов аксиальных роторов бОльшего диаметра с воздушным сердечником. Меня всегда удивляло, почему высокооборотистые генераторы делают столь малых диаметров, в то время как с его увеличением ЭДС растет пропорционально квадрату ?  Оказалось все дело в потерях на перемагничивание железного сердечника, которые значительно возрастают с ростом относительной скорости ротора и статора, что не позволяет использовать более толстые пост. магниты, а вынуждает увеличивать количество меди и толщину сердечника, что ведет к увеличению массы. Отказавшись от сердечника мы получаем возможность использовать настолько мощные пост. магниты, насколько требует мощность. Медные катушки выполняются плоскими спиралями (спираль Теслы), толщина провода подбирается исходя из требуемого тока, размеры же магнитов - исходя из требуемой мощности. Компьютерное моделирование такого генератора позволяет говорить о показателе 0,1 кг/кВт. Понимаю, что это лишь мои слова, но вот смоделировать такой генератор в приложении может каждый.

BLDC-электродвигатель - 0,4 кг/кВт уже приводил
раз http://www.en.net.ua/diaz/emotor/?var=motor4
два - 0,2 кг/кВт http://alienpowersystem.com/shop/br...nsored-outrunner-brushless-motor-50kv-35000w/
Силовая электроника - 0,02 кг/кВт
http://alienpowersystem.com/shop/airplane-esc/alien-450a-4-24s-sport2-72-mosfet-esc-hv/ 24S - в данном случае это показатель напряжения равный примерно 89 вольтам. Номинальная коммутируемая мощность данного контроллера 40 кВт при массе 0,84 кг

Можете объяснить "похудение" двигателя с 0,4 кг/кВт до 0,1 кг/кВт при перехрде в генераторный режим?

Да - Десятикратное увеличение оборотов. По ссылке выше на буржуйский двигатель показатель 0.2 кг/кВт и это на обычных 6000 об/мин!

Без этого Ваша "новая" тема явится дублем уже открытых Вами неоконченных веток по этой же тематике в других разделах форума..

Это не дубль а сужение темы.

ЗЫ: специально не акцентирую внимание на классификации ГТД, ГТУ; Вашего незнания процессов звауска и останова ГТД.

Давайте не будем обсуждать знание/незнание - тошнит уже от этого г..на на форуме. Есть что сказать конкретно по теме - пишите, если мне будет что возразить - отвечу, а нет - приму ваши аргументы.

 

[anatoly54]

http://www.zakon.kz/4817712-britancy-razrabotali-novyjj-generator.html

 

[questioner]

@ anatoly54

Видел. Очень интересная разработка, прямо то, что надо! Только это все далеко, и у кого-то. И когда-то этот кто-то может начнет это задорого продавать, а может и не начнет.

Представляет интерес самостоятельная постройка.

Для меня постройка ГТД была до не давнего времени чем-то вроде самостоятельной постройки модуля МКС... Откровением стали ролики самодельных ГТД из автомобильных турбонагнетателей.

Надежность автомобильных турбин на достаточно высоком уровне, цена копеечная, рабочие обороты 100-200 тыс мин[sup]-1[/sup] так что на 50 тыс мин[sup]-1[/sup] ресурс повысится многократно.

 

[anatoly54]

@ anatoly54

Видел. Очень интересная разработка, прямо то, что надо! Только это все далеко, и у кого-то. И когда-то этот кто-то может начнет это задорого продавать, а может и не начнет.

Представляет интерес самостоятельная постройка.

Для меня постройка ГТД была до не давнего времени чем-то вроде самостоятельной постройки модуля МКС... Откровением стали ролики самодельных ГТД из автомобильных турбонагнетателей.

Надежность автомобильных турбин на достаточно высоком уровне, цена копеечная, рабочие обороты 100-200 тыс мин[sup]-1[/sup] так что на 50 тыс мин[sup]-1[/sup] ресурс повысится многократно.

У меня есть ТС-20Б в полном комплекте и в конце 90-х я его успешно опробовал.Работает на бензине,керосине,солярке и их смесях,чисто на солярке слегка дымит.У него всё завязано на электричестве:насосы,стартер,зажигание,автоматика,защита турбин.В те времена не было подходящих по мощности эл.генераторов ,эл.двигателей,литиевых акк-ов и контроллеров.Теперь всё это можно "позаимствовать" у современных электромобилей,их производство развивается бурными темпами и цены на комплектующие будут более доступными.

 

[questioner]

"позаимствовать" у современных электромобилей

Ничего не нужно заимствовать. Сегодня все можно сделать самостоятельно.

 

[_Бывалый_]

Бывалый_ писал(а) 27.10.16 :: 07:59:41:
1. Для Вашего сведения: ГТД = ГазоТурбинный Двигатель, преобразующий тепловую энергию тоалива в механическую. И только.
2. Как бужет использована механическая энергия, выработанная ГТД: на привод колес, винта, генератора, - двигателю безразлично (в прехелах ограничений, наллженных ТТЗ).

Ну детский сад-то устраивать не надо.

Надо, @ questioner, надо! В вопросах авиационного двигателестроения Вы не вышди из ясельного возраста, судя по содержанию Выших сллбщений.
Вы пишете:

Электронный впрыск топлива может повысить эти показатели. Хотя, я уверен, он давно используется. Доступность 3D-моделирования и ЧПУ обработки упростит процесс прототипирования и изготовления. Компактный и легкий и точный электропривод позволяет избавиться от механического привода вспомогательного оборудования, такого, как насосы и заслонки.

- ГТД не ДВС и требуют постоянной подачи топлива. Постоянной тодачи, а не дискоетного впрыска.
Хотя ГТУ с пульсирующим/детонационным сгорания топлива разрабатываются и испытываются.
- Элекропривод топливных насосов подачи тоалива от баков ЛА до двигателя, электропривод подкачивающи насосов ТС двигателей используется с рновой половигы прошлого столетия. Используется он и для подачи топлива в Кс при сравнительно низких давления воздуха за компрессором и относительно малых подачах топлива. На ГТУ с высркими мтепенями сжатия воздуха и/или большими расходами (прокачками) топлива, электроприводные системы пока на справляются. Электроимпульсные системы подачи топлива, обеспечивают высокий упрвень давлений только при малых подачах топлива.
- 3D-моделирование - без разумной головы конструктора - не способно "моделировать" большой двигатель в малы и наоборот. Приvеров - пруд пруди.
- электродвигатель является приводом исполнительных механизмов (насоса или заслонки) и непосредственно заменить их не может.. Учитывая высркий уровень температур в рабочих зоназ мотоотсеков, где обычно устанавливаются двигательные исполнительные механизмы, электродвигатели пока являются "слабым" звеном систем.
- В части использования ЧПУ Вы отстали от жизни лет на тридцпть. В 1076 году процесс фрезерованияна (наобычных станках с крпирами) титанового моноколеса компрессора занимал до 2,5 месяцев и до 1,5 месяцев последующей ручной шлифовки/полировки при работе в две смены. В 1986 голу, с применением ЧПУ, процесс фрезеровки занимал до 4-х смен и примерно недели шлифрвки/полировки. Сейчас это же колесо изготавливают за 2-3 смены.
- О воспроизводимости размеров деталей. В конце 80-х годов ЭХО-процесс обеспечивпл изготовление до 200 лопаток компрессора, неоличимых одна от другой приборными средствами.

Это я люблю делать!
ГТД - 0.13 кг/кВт http://www.airwar.ru/enc/engines/makila1a.html

Не любите!
По Вашей ссылке показан ГТД мощностью на взлетном режиме 1357 кВТ, что более чем в четыре раза превышает заявленную мощность Вашей СУ (300 кВТ). Обычно для прототипа выбирается двигатель класса мощности, равного проектирумрмому, с отклонением по мощности плюс/минус 15%. Для любителя допускается плюс/минус 20%.
Ваша СУ будет работать только на взлетном режиме? Обычно этот режим ограничен воемкнем работы в несколько минут за ресурс двигателя. Или 300 кВт - максимальный режим Вашей СУ? Поясните.
Почему Вы не взяли в качестве прототипа существующие ГТД требуемого класса? Их не один десяток.

высокооборотистый синхронный генератор на редкоземельных магнитах - 0,1 кг/кВт

Прототип Вы предъявить не можете, а продолжаете сказку о халве:

Меня всегда удивляло, почему высокооборотистые генераторы делают столь малых диаметров, в то время как с его увеличением ЭДС растет пропорционально квадрату ?  Оказалось все дело в потерях на перемагничивание железного сердечника, которые значительно возрастают с ростом относительной скорости ротора и статора, что не позволяет использовать более толстые пост. магниты, а вынуждает увеличивать количество

Как Вам уже указывалось: кроме вопросов эдектротехники, существуют еще и вопросы прочности. Уваличение диаметра увеличивает напряжения в роторе динейно, а частота вращения - квадратично. Размеры высокооборотных генераторов являются компромиссом желаний и возможностей специалистов различного профиля.

Отказавшись от сердечника мы получаем возможность использовать настолько мощные пост. магниты, насколько требует мощность.

Да ну? Почему спецы не додумались до такого решения за многие десятиления разработки генераторов?
Как влияет ферромагнетик сердечника на электрические параметры генгеатора?
Какую дополнительну весомую функцию выиолняет сердечник и уорум статора? Эта функция яляется очень важной для ЛА и её проверка обязательна при сертификации двигателя.

Компьютерное моделирование такого генератора позволяет говорить о показателе 0,1 кг/кВт. Понимаю, что это лишь мои слова, но вот смоделировать такой генератор в приложении может каждый.

Ваше предложение виртуально.
Вы сами практически постройте модель своего генератора, снимите характеоистики и даведите их до форума.

BLDC-электродвигатель - 0,4 кг/кВт уже приводил
раз http://www.en.net.ua/diaz/emotor/?var=motor4
два - 0,2 кг/кВт http://alienpowersystem.com/shop/brushless-motors/150100s-sensored-outrunner-bru...
Силовая электроника - 0,02 кг/кВт

Я же посил Вас показать прототипы без мастабирования! Не по Вашим ссылкам БК двигателей на 100...150 кВт (о 300 кВт даже спрашивать не удобно).
По "раз" - реклама, а не производство.
По "раз" и "два" - Вы проверили предлагаемые БКД на соответствие Авиационным правилам?
Они будут работать на собственных подшипниках или Вы надеетесь на опоры врздушных винтов ЛА?
Спрашиваю, хотя эти механизмы выходят за раски темы об использовании ГТД.

Бывалый_ писал(а) 27.10.16 :: 07:59:41:
Без этого Ваша "новая" тема явится дублем уже открытых Вами неоконченных веток по этой же тематике в других разделах форума..

Это не дубль а сужение темы.

Суженный до вопроса о применимости ГТД в Вашей силовой установке?
Ответ я дал в сообщении №1:

2. Как бужет использована механическая энергия, выработанная ГТД: на привод колес, винта, генератора, - двигателю безразлично (в прехелах ограничений, наллженных ТТЗ).

Подбирайте нужный из имеющихся или заказывайте разработку ГТД под Ваше ТТЗ.

Аж притомился.

 

[_Бывалый_]

Ничего не нужно заимствовать. Сегодня все можно сделать самостоятельно. 

Начнете с геолоразведки?
Может болты, гайки и шайбы позаимствуете?
Использование в новом проекте более 6% оригинальных деталей и сборочных единиц обрекает проект на неосуществимость!

 

[bez_bashni]

Гтд с генератором широко применяют как ВСУ больших самолетов и вертолетов. В кругу смодельщиков широкую известность получила ВСУ Чинука Solar T62- ее пихали и в турбопропеллерную версию BD-5 и в вертолетики типа Москито или Экзека. 

Однако , электрический генератор от нее весит больше чем силовая установка!

В большой авиации, где подобные установки широко используются, почему-то до сих пор не придумали , как к турбине , вращающейся со скоростью под 70 тыс об.мин прикрутить генератор, который бы ничего не весил.

 

[questioner]

@ _Бывалый_

Из всего, что вы понаписали выходит лишь одно - вам надо показать работающий вариант. На самостоятельное мышление вы не способны, более того закидываете ссаными тряпками любого на такое отважившегося. Сферический фарисей в вакууме.

Какой смысл вам показывать рабочий прототип, если вы потом напишете, что это лишь реклама или не проверялось "на соответствие Авиационным правилам".

По части того, что рабочих образцов ГТД 300 кВт с показателем 0,13 кг/кВт нет - я с вами согласен, однако я здесь обсуждаю перспективы их создания, что для вас в принципе недопустимо. Вам кто-то приплачивает за троллинг на этом форуме?

Аргументы типа "Да ну? Почему спецы не додумались до такого решения за многие десятиления разработки генераторов?" комментировать излишне.

В любом случае топик свое дело делает, ведь сторонний читатель в состоянии оценить аргументацию вашу и мою.

 

[KAA]

И аргументация @ _Бывалый_выглядит куда весомей!

Использование в новом проекте более 6% оригинальных деталей и сборочных единиц обрекает проект на неосуществимость! 

Но вот это-полная чушь! Обратных примеров в самолётостроении столько, что устану их приводить. Здесь,на форуме - самолёт ЛА-50 "Патриот", где делали даже свои колёса и фару! 

 

[_Бывалый_]

Использование в новом проекте более 6% оригинальных деталей и сборочных единиц обрекает проект на неосуществимость! 

Но вот это-полная чушь! Обратных примеров в самолётостроении столько, что устану их приводить. Здесь,на форуме - самолёт ЛА-50 "Патриот", где делали даже свои колёса и фару! 

Похоже, что я высказался узко-профкссионально. Под оригинальными ДСЕ проекта у нас понимается использование при проектировании изделия новых схемных рещений, методов расчета, применения навых материалов, технологий. Особенно не прошедших достаточно полной проверки на предвагительных стадиях разработки.
Примером могло бы послужить применение шагающнго мехпнизма шасси в Вашнй разработке ЛА вместо колесного.
Вы же проектировали оригинальный ЛА на базе известных конструкторских рещений, практического опыта и технологий с минимальными отступлениями от них.

 

[KAA]

Похоже, что я высказался узко-профкссионально. Под оригинальными ДСЕ проекта у нас понимается использование при проектировании изделия новых схемных рещений, методов расчета, применения навых материалов, технологий

А это-другое дело! Ведь я под терминами "детали" и "сборочные единицы" понял именно то, что они означают! 🙂

 

[questioner]

Хороший человек поделился ссылкой:

http://smbdb.ru/products/15/19/

Просто поражаюсь твердолобости некоторых скептиков.

 

[_Бывалый_]

Оренбургский гаражно-диванный Обломов (@ questioner) с посторонней помощью смог приоткрыть один глаз и
- убелиться, что он не пуп Земли, России в части идеи о создании высокооборотного мощного электрогенератора;
- что разработкой таких генераторов давно занимаются солидные фирмы, укомплектованные специалистами, которых ТС ранее хаял за их отсталость и неработоспособность.
Наш безлобый оренбуржец даже не удосужился разобраться в информации РАЗРАБОТЧИКА по ссылке, где есть настораживающие моменты в части генератора:

Номинальная мощность: 300 кВт
Масса магнитной системы генератора: 10 кг
Удельная мощность при охлаждении:
- воздушном (20 оС) - 5 кВт/кг – масса генератора с ВО – 60 кг;
- жидкостном (10 оС) - 10 кВт/кг – масса генератора с ЖО – 30 кг;
- сжиженным газом - 30 кВт/кг – масса генератора с ОСГ – 10 кг = масса магнитной системы генератора.

т.е. в третьем варианте генератор не имеет ничего, кроме магнитной системы, но мошь вырабатывает!
Продолжай лежать на гаражном диване @ questioner и жди явления перед тобой очередного Андрея Штольца из Питера или с ближайшего оренбургского предприятия - сам-то ты ничего делать не можешь из-за необходимости дезавуировать своё сообщение №6.

 

[questioner]

Столько ненависти.... аж жалко вас ей Богу   🙁

И да, там правда ошибка моя - недоглядел. Только это совершенно ничего не доказывает и не опровергает по теме, кроме того, что у этого конкретного производителя есть определенный результат.

 

[_Бывалый_]

Прежде, чем говорить о ненависти в свой адрес, перечитай своё сообщение №10, в которм ты пышешь "любовью" в мой адрес.
Посне него ты ожидаешь, что я буду обнимать-целовать тебя, оренбургская бестолочь?
Жалей себя, а мне твоя жалость не требуется.
СМКБ (по твоей ссылке) занимается только проектными работами, а "железо" не выпускает. Ваше предприятие проводит весь цикл работ от проекта до испытаний опытных образцов и по организации мелкосерийного производства. Разницу улавливаешь?
Теиа о применении ГТД в гибридной СУ, а ты о чем?
Может заполнил формы ЖФ и понял, что гибридная СУ проигрывает СУ с чистым ГТД (на сегодняшний день).

 

[questioner]

Может заполнил формы ЖФ и понял, что гибридная СУ проигрывает СУ с чистым ГТД (на сегодняшний день).

Конечно она проигрывает по КПД! Как может быть по-другому ведь это несколько ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО соединенных дополнительных агрегатов, а в них потери, которые складываются.

Все ради возможности неограниченно использовать электротягу в ЛА.

 

[Бульдог Бронсович Дизеленко]

Ну вот, допустим, известный всем Кэпстоун. Микротурбинки на сотне с половиной тысяч оборотов, с воздушными подшипниками. Колесо турбины с сильным постоянным магнитом.
https://www.capstoneturbine.com/products

Известен исследовательский проект, когда встроили Кэпстоун С30 и аккумуляторы в фордовский минивэн S-Max, сделав из него гибрид. КПД автомобиля (НЕ турбогенератора, а именно автомобиля как гибрида в смешанном цикле езды!) вышел в 27 %.
А теперь внимание, весовая культура. Пишу по памяти, так как вариантов установок заданной мощности море, от очень тяжёлых до сравнительно лёгких - а на страничке оставили только самые тяжёлые. Так вот, вес минимального варианта установки С30 в 30 кв равен 90 кг: 30 кг ГТУ, 60 кг электрический обвес типа контролеров, трансформаторов и выпрямителей, 65-киловаттной С65 что-то около 120 или 140, с соответствующими пропорциями. Аккумы или конденсаторы - в довес.
И цена минимальной установки С30, опять-таки по памяти: 27000 вечнозелёных шкурок убитого енота.

Вес не авиационный, цена не партизанская. Сможете лучше - дерзайте.