Električna varijanta avijacijskog mlaznog motora

• 5Ovo se svidja korisnicima: Luka, buster, victoria, BSD, amaterSRB
  
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Poštovanje svima,

Već oko godinu i po dana razmišljam o ovome. Na početku karijere sam kranuo prvo sa elektromotorom za električna vozila, koji bi izbacio čak i onaj dvobrzinski menjač za električna vozila, pa čak i četvorobrzinski menjač za teškaše.

Kod električnog motora, za letilice, prvo sam računao pandan motoru NK-12. U istim gabaritima se dobija mašina efikasnosti reda 98%, što je fantastično. Masa je svakako van konkurencije, jer tu glavnu priču i dalje vodi turboelisni motor. Smanjivanjem mase i prečnika električne varijante turboelisnog motora dobija se manji stepen korisnog dejstva (spusti se do 95% ili manje) i onda imamo i električni turboelisni motor sa kontrarotirajućim statorom i rotorom. U principu nepraktična računica, ali dobra za razgibavanje mozga.

No, kako sam prešao na idejno razmišljanje o električnom mlaznom motoru, stvari su se drastično popravile. Naime, električni mlazni motor može da ima i preko 99% stepen korisnog dejstva, ako razmišljamo pametnije. Naime, električni mlazni motor i može da ima lošiji stepen korisnog dejstva, ali da ima vodeno-vazdušni izmenjivač, koji bi bio smešten iza poslednjeg kola kompresora.

Dakle, u principu, električni kompresor, koji je u svom jezgru asinhroni elektromotor sa rotorom, oko statora. Stator je u jezgru i ne mrda, a rotor oko statora se vrti. Sam rotor treba da je asinhroni, jer varijanta sa permanentnim magnetima otpada zbog toga što je takav rotor hladan, a nama treba rotor, koji napumpa vazduh i još ga i dogreje (da se zameni varijanta spaljivanja kerozina sa toplotnim gubicima), dok sam stator treba da ima izmenjivač toplote, koji izvlači toplotu iz statora i sa izmenjivačem toplote je odaje u komori dogrevanja iza kompresora (iliti rotora motora).

Sam takav aviomotor može da u toj komori dogrevanja vazduha ima i npr hlađenje vodoničnih gorivnih ćelija (trenutno najlakši izvor električne energije...) putem izmenjivača toplote, pa bi tako izmenjivač toplote mogao biti integralni za sve pogone na avionu koji imaju značajne toplotne gubitke i potrebuju hlađenje vodeno-vazdušnim izmenjivačem.

Mene od avio stručnjaka interesuje mogućnost izvodivosti ovakvog motora i koja su masena ograničenja naspram gabarita, te koji su potrebni brojevi obrtaja ovakvog rotora. Sa druge strane, kako broj obrtaja raste, smanjuje se potreba za gvožđem u magnetnom kolu motora, pa se i masa smanjuje. Opet, ako želimo da imamo efektivan sistem u pogledu mase i performansi, treba imati na umu da svako smanjenje mase uzrokuje povećanjem gubitaka, ali i otežavanjem u pogledu odvođenja istih, što ako biva rešeno i pravilno iskorišćeno, ne predstavlja nikakav problem. I na kraju, čak i ako je nužno "igrati se" na polju toplotno-maseno-elektromagnetno-režimskog optimiranja u skladu sa zahtevima stvaranja mlaznog električnog motora, čak i na ovu temu možemo razgovarati, jer ovo predstavlja u tom slučaju novi izazov za moju teoriju elektromagnetno-termotehničkog optimiranja elektromotora.

Da napomenem, kolo turbine i komora sagorevanja su nepotrebni, jer kompresor se sam pokreće, tj. nema potrebe za turbinama iza kola kompresora. Postoji i mogućnost dvoprotočnog motora, ali bi se onda stator obrtao (doduše u suprotnom smeru od rotora) i rotor i stator bi bili "spojeni" preko planetarnog prenosnika sa suprotnim smerom obrtanja, pa bi stator mogao da obezbeđuje obrtaje ulazne turbine, a rotor obezbeđuje obrtaje kompresora, ali ovakav sistem bi bio manje efikasnosti.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Prema mom laičkom znanju takav motor nebi imao snage ni da digne letelicu za borbenu ili civilnu upotrebu. Mogao bi da digne eventualno ultralaku letelicu. Klasičan mlazni motor sa turbinom naime proizvodi snagu potiska od usmerene kontrolisane eksplozije, proizvedene od mešavine goriva i vazduha (kiseonika) pod velikim pritiskom. Turbine kod takvih motora imaju zadatak smanjenja potrošnje goriva principom nabijanja pritiska u više stupnjeva. Turbina odnosno ventilator gonjena eletromotorom nebi imala dovoljno snage.

Za koje tipove letelica bi se upotrebljavao takav motor, za modelarstvo, UAV, motorne jedrilice...? Elektromotor jedino može da pokreče direktno elisu (propeler) za efikasnu upotrebu. Tu opet ostaje problem dobivanja elektrike za elektromotor. Dali generatorom na gorivo dali baterijom. Baterije su vrlo teške pa dužina leta nebi bila velika.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Ovo što sam ja računao za turboelisni je za snage reda 10-12MW, što odgovara NK-12 motoru za TU-95.

Nema razloga da mašina za brojeve obrtaja, slične onima, koji se ostvaruju u kompresoru ne ostvari i onih 25MW koliko daje varijanta PS-90A motora, za mobilne sinhrone generatore i to u masenim ograničenjima, koje postavljaju mlazni motori.

Inače, ja kao i na mom poslu, uvek gađam na najveće ciljeve i tako i ovaj motor treba da bude u klasi motora, koji su na postojećim letelicama.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Nije problem napraviti električni motor veličine koja bi odgovarala turboelisnom motoru iste snage. Nego težina elektromotora bi bila sigurno veća. Nismo još rešili pitanje odakle ti elektrika? Dali bi bio generator i motor na istoj gonjenoj osovini? Pa da okretaji propelera gone i generator? Još uvek treba nezavisan izvor elektrike.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Ovako, što se tiče mase, može i ona postići da bude ista. Prvo je bilo neverovatno za elektromotor za automobil postići isti odnos snage i mase, pa se ispostavilo da elektromotori pružaju i veći odnos snage i mase.

Ja sam hteo otići korak dalje i napasti mlazne motore elektromotorom. Automobilski elektromotor sam razvio u istim odnosima snage i mase kao i svetska konkurencija, samo što je moja varijanta motora osetno jeftinija, jer sam ja razmišljao o prostijem i tehnologičnijem pristupu, ali bez stalnih magneta, koji su skupi.

Što se tiče izvora električne energije, na taj deo ne želim trenutno da se osvrćem, jer u tim vodama ne plivam. Uveren sam da neko drugi na tome već vredno radi, a kao što napisah u prvom postu, trenutno se gorivne ćelije smatraju za najefektivniji izvor električne energije sa povoljnim odnosom snage i mase.

Što se tiče samog električnog mlaznog motora, on ne bi bio na istom vratilu na kom je i generator, jer uopšteno gledano, bilo kakav motor-generator sklop na bilo kakvom vozilu ili letelici je umanjenje stepena korisnog dejstva. Raditi na varijanti sa baterijama ili gorivnim ćelijama, ali sa velikom rezervom u energiji, bi ovde bilo povoljno, ali kao što rekoh, nisam vladar tih znanja. Moje polje je energetska elektronika i električne mašine, sa posebnim interesovanjem na signalnu elektroniku i rasprostiranje talasa.



Samo da dodam, da se zahvaljujem na začetku rasprave

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Kažeš da već jedno godinu dana razmišljaš o tome, al treba da prođe još koja, da se malo uzmu u obzir sve opcije, pa da vidiš onda dali je tu još uvek prisutan taj početni entuzijazam ili te ideje "ne prolaze" više pa su možda koji drugi koncepti bolji.
I ja sam u mladosti imao svakakve ideje i crteže ali se samo nešto od toga realizovalo - sećam se jedne ideje od pre nekih 25 godina koju sam imao da bi avionski motor npr. mogao da pri polazu kroz oblake sakuplja vlagu i u letu sa elektrolizom dodatno proizvodi vodionik za svoj pogon, ali kada sve staviš na papir i sve energetske bilance vidiš da ipak nebi išlo, a i oblake svi izbegavaju radi turbolencija Prema nekim mojim proračunima u svakom oblaku bilo bi više nego dovoljno vodionika za pogon, al jedno su želje a drugo realnost..
Anyway, ..jedna od prvih stvari koje bi trebao da uradiš je diagram energetske bilance sistema, tj. održivost - to su ti one debele strelice svih energija koje ulaze u sistem i izlaze, pre nego šta se uopšte krene sa razmatranjem same konstrukcije.
Računaj da kod avionskih turbina ima i ceo sklop dodatnih pogona, el-generator za radare i ostale sisteme, hidro pumpe - dakle ceo set potrošača je priključen na vratilo kompresora/turbine, a ako još želiš da dodaš nešto to ga još dodatno usporava itd..

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

@jazbar


Citat:Okoli 16. ure so ekipi podjetja Pipistrel v Ajdovščini priredili sprejem. "Mi smo prepričani, da bo v bodoče letalski transport gnan na električni pogon, zato smo tudi del te nagrade namenili temu, za prvo nadzvočno električno letalo, ki naj bi se pojavilo v naslednjih letih.

http://www.rtvslo.si/znanost-in-tehnologija/pipist.....oju/267857

• 1Ovo se svidja korisniku: jazbar
  
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Dobar je Ivo, znam ga i prićao sam sa njim više puta na raznim sajmovima po evropi i sedeo u taurus-u. Leteo sam sa sinusom i virusom, jedino one kočnice iznad glave su malo nezgodne kao u nekom hidroavionu hehe
..a šta će da bude sa njegovom kompanijom kada njega više nebude, eh to je ono pitanje..
A u vezi elektro-supersonika - bili živi pavideli, al sumnjam da bi to doživeo..

• 1Ovo se svidja korisniku: amaterSRB
  
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

acatomic ::@jazbar


Citat:Okoli 16. ure so ekipi podjetja Pipistrel v Ajdovščini priredili sprejem. "Mi smo prepričani, da bo v bodoče letalski transport gnan na električni pogon, zato smo tudi del te nagrade namenili temu, za prvo nadzvočno električno letalo, ki naj bi se pojavilo v naslednjih letih.

http://www.rtvslo.si/znanost-in-tehnologija/pipist.....oju/267857
Možda on razmišlja o nekom drugom konceptu? Ili samo mašta?

Dopuna: 17 Mar 2015 17:13

Kaplar ::Ovako, što se tiče mase, može i ona postići da bude ista. Prvo je bilo neverovatno za elektromotor za automobil postići isti odnos snage i mase, pa se ispostavilo da elektromotori pružaju i veći odnos snage i mase.
Nije isto klipni i mlazni motor. Ipak je mlazni motor mnogo lakši i manji u odnosu snaga motora/dimenzija. Mada teško je i uspoređivanje snage na potisku plinova i na osovini.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Napisano: 18 Mar 2015 8:42

Prvo da počnem priču na ovaj način:

http://www.scientificamerican.com/article/impossib.....es-flight/

Daleko bilo da postoji poređenje između klipne mašine i rotacijske mašine. Ja samo skrećem pažnju na odnos snage i mase i da je dostignuće sasvim moguće. Elektromotor, kao rotacijska mašina je bliža poređenju sa mlaznim mašinama. Naravno, da bi se uopšte uzelo u razmatranje da li elektromotor može da ima odnos snage i mase kao mlazni motor, treba malo iskočiti iz okvira posmatranja problematike.

Prvo treba zamisliti "golišavi" elektromotor i to sa rotorom, koji se vrti oko statora. Dakle, treba imati u vidu da se na takav rotor spolja trebaju postaviti lopatice kompresora. Dalje treba zamisliti i to da je broj obrtaja ovakve mašine ne onih 3000rpm ili 3600rpm, koliko je brzina dvopolnih mašina, nego se ova brzina može podići i na nekoliko puta veće vrednosti. Uvećanjem frekvencije napajanja, smanjuje se potreba za dinamo-limom. Sa druge strane, kvalitet dinamo-lima rotora nije od presudnog značaja, tako da on može imati karakteristike daleko jačih i žilavijih legura sa manjim elektromagnetnim kvalitetom. Sa treće strane - umanjenjem potreba za dinamo-limom ovakve mašine, umanjuje se i potreba i za veličinom tj. masom mašine, odnosno veličinom i masom statora.

Sama električna mašina treba da je sa malim prečnikom i velikom dužinom.

Što se tiče samih energetskih bilansa mašine, s obzirom na to da sam zamolio za pomoć da mi neko saopšti pre svega, kolika je snaga turbine u turbomlaznom motoru, meni za početak igra ulogu samo adekvatan proračun elektromotora, kako bi se prvo on sam najkvalitetnije izračunao.

Što se tiče održivosti celog sistema, to bi bio sledeći korak. Dakle, postoje već naznake u ovim smerovima.

Recimo samo i ovo da, sam samo jutros, tražeći po internetu slične ideje i rešenja, nabasao i na ovaj članak:
http://www.evworld.com/article.cfm?storyid=1248

Dakle, nisam ni znao da nisam jedini koji razmišlja u ovom smeru iako nije bilo teško pretpostaviti da je ovakav smer razvoja, iako mlad i trenutno bez neke dalje vizije od strane drugih stručnjaka iz drugih oblasti, itekako dobro vizioniran.

Što se tiče samog ciklusa rada mlaznog motora, kao što napisah u privatnoj poruci, jednom gospodinu, koji se predstavio kao stručnjak u oblasti turbokompresorskih pogona, moja zamisao je da se ne pravi imitacija turbo-džet motora sa brajtonovim ciklusom, nego da se kolo turbine i komora sagorevanja, kao energetski važna karika u lancu mlaznog motora, sada nalaze unutar kompresora u vidu elektromotora.

Samu energiju, kao što rekoh, sumnjam da će na ovom nivou razvoja obezbediti baterije, ali se spominju gorivne ćelije kao veoma perspektivna varijanta. Dakle energija cele letilice bi se sada obezbeđivala iz jednog električnog izvora i na taj način smanjila bi potrebe za nekim drugim sistemima, a komande leta, na primer, na ovakvoj letilici bi bile električne, dok pomoćna jedinica za obezbeđivanje energije letilice bi zapravo bila nepotrebna, jer bi se sve nalazilo u jednom sistemu za dobijanje energije.

Svakako ovaj poslednji pasus je za mene opšta priča i idejno stvaranje koncepta jedne letilice u smislu njene energije i tokova energije. Ja bih se svakako držao teme i naglasio da je reč trenutno samo o električnoj varijanti avijacijskog mlaznog motora, a ne i o sistemima za dobijanje energije na letilici.

Dopuna: 31 Jan 2017 8:01

Posle konsultacija sa jednim našim inženjerom, koji je radio na turbinama za termoelektrane, probali smo čisto inženjerski - iz postojećih delova i tehnologija doći do ostvarivog koncepta. Izabran je JT8D dvokonturni mlazni motor, koji je pokretao Boing 727. Ucrtano je mesto gde može da se razmesti elektromotor i koga on zapravo treba da zavrti. Koncept je veoma sličan ( da ne kažem identičan idejno) sa onim što sam kasnije otkrio da i na istoku i na zapadu razni KB nude kao perspektivni.
Do ovde se stiglo:




Izračunao sam i asinhroni motor sa klasičnim rotorom unutar statora , po engleski "inbound rotor". Po meni, bolja varijanta bi bila takozvani "outbound rotor", odnosno rotor, koji se okreće oko statora. Rotor bi se nalazio u titanijumskoj košuljici, na čijem obodu bi bile ugrađene lopatice. Istina, veća bi bila zamajna masa, veće bi bile centrifugalne sile na samu košuljicu, ali konceptualno bi mašina bila daleko robusnija i lakša za održavanje i remont. Da ne kažem da bi sa uskim tolerancijama u izradi, ova mašina imala bukvalno rasterećenje ležajeva usled postojanja magnetnih sila.

Radim trenutno (kada mi vreme dopusti) varijantu rotora sa stalnim magnetima. To bi dalo još manju i lakšu mašinu. Imam čak u planu i uvođenje nekih novih tehnologija za izradu statora, što bi u ukupnom dovelo do veoma jeftine mašine i veoma pogodne za visokoserijsku proizvodnju. I sadašnje tehnologije su veoma pristupačne, ali ova bi bila sledeći korak.