Gibt es Hybrid-Elektroflugzeuge?

Es gibt experimentelle elektrische Flugzeuge. Einige sind vielversprechend genug, um als Trainer und private GA nützlich zu sein, die aus Liebe zum Fliegen geflogen werden.

Langstreckenelektrik funktioniert nicht. Das elektrische Äquivalent der Breguet-Gleichung ist R=L/D*E/W*n/g, wobei E die gespeicherte Energie und n die Antriebseffizienz ist. Für ein 100 % effizientes L/D=20-Flugzeug, das zu 100 % aus Batterien mit 250 Wh/kg Zyklustiefe besteht, sind das 20 * 250 * 3600 * 1/9,8 = 1,8 * 10^6 Meter oder 990 nmi. Das ist die harte Grenze. Mit 80% effizienten Propellern und realen Faktoren können Sie 5-8 nmi für jedes % Startgewicht erwarten, das für Batterien verwendet wird.

Hybridflugzeuge sind selbst auf dem Papier nur mäßig interessant. Flugzeuge drosseln im Reiseflug bei 45–75 % für GA, 70–90 % für kleine Jets und 80–95 % für Langstrecken-Großraumflugzeuge. Dies liegt an der "Selbstdrosselung" der Motoren - Leistung und Kraftstoffverbrauch sinken aufgrund der geringeren Luftdichte beim Steigen.

Große Verkehrsflugzeuge haben also nichts davon, auf Hybrid umzustellen, sie können ihre Triebwerke mit einem Hybridsystem nur um 5-10 % schrumpfen. Dies unterscheidet sich stark von Autos, die nur 10 % Einschaltdauer aufweisen.

Und es gibt keine Start-Stopps oder regeneratives Bremsen, um im Flug Energie zurückzugewinnen. Genauer gesagt verwenden Flugzeuge bereits regeneratives Bremsen - durch Aufstellen oder Ausfahren von Klappen wird Geschwindigkeit gegen Auftrieb eingetauscht. Damit wird bereits Bremsenergie geerntet und als Höhe (potentielle Energie) gespeichert.

Kleinere Propellerflugzeuge könnten bis zu 30 % ihrer Leistung ersetzen, sodass sie weniger geschnitten und trocken sind. Wenn man jedoch Vollgas will, will man es oft für eine Weile, wie im Steigflug. Die einzige Möglichkeit für einen Nicht-Plug-in-Hybrid, Energie zu sparen, besteht darin, einen leichteren/kleineren Motor zu verwenden, und es ist schwierig, genug zu schrumpfen, um das Gewicht des Hybridsystems auszugleichen.

Ein Plug-in-Hybrid könnte von den niedrigeren Stromkosten im Vergleich zu Avgas profitieren, aber der Kraftstoffverbrauch beträgt im Durchschnitt weniger als ein Drittel der privaten Flugkosten. Reine Elektrik hat die Chance, das Fliegen durch Einfachheit zugänglicher zu machen. Ohne Treibstoff, mit sehr einfachen und zuverlässigen Motoren, ist es sinnvoll, die Regeln zu lockern, wie es für Ultraleichtflugzeuge der Fall ist. Hybride haben die ganze Komplexität eines Flugzeugs mit Kolbenmotor und noch einiges mehr.

Für Autos ist die Hybridstrecke sinnvoll. Die einzigen sicherheitskritischen Teile eines Autos sind Lenkung und Bremsen. Die Motorleistung ist fast beliebig, die meiste Hardware ist einfach schön zu haben, und es gibt die universelle Ausfallsicherheit des Anhaltens. In einem Flugzeug müssen die Dinge funktionieren. Zwei Systeme, die beide funktionieren müssen, um sicher zu fliegen, sind eine Komplikation und werden wahrscheinlich die Kosten erhöhen.

Alternativ muss jedes System alleine Startschub liefern. Das könnte in der 19-Sitzer-Klasse funktionieren, wenn die Behörden eine hybride "zweimotorige" Einzelstütze als ausreichende Redundanz akzeptieren. Aber da gibt es viele "Wenns".

In einem Nullgewichtsszenario könnten einige Militärflugzeuge (Kampfflugzeuge, Marine) von einem Hybridsystem profitieren, da sie wie Autos über überschüssige Leistung verfügen. Hier zeigt sich die Realität: Elektromotoren sind bei gegebener Leistung leichter als Automotoren, aber deutlich schwerer als Flugzeugtriebwerke. Da sie nicht leichter sind, gibt es nichts zu gewinnen.

Es gibt eine Reihe von kleinen Flugzeugen (Ultraleichtflugzeuge, leichte Sportkategorien), die mit reinem Batteriestrom für einige Minuten bis (wie ich mich erinnere) fast einer Stunde Motorflug betrieben werden können - einige davon sind also im Wesentlichen Motorsegler Sie können die Gesamtflugzeit beim Segelflug auf mehrere Stunden verlängern.

Größere Hybridflugzeuge wurden sogar in der Klasse der Regionalflugzeuge vorgeschlagen – sie würden kleine, effiziente Jets oder Turboprops verwenden, die gerade für den Reiseflug geeignet sind, ergänzt durch elektrische Impeller oder Propeller für den Startschub, oder alternativ Wellenturbinengeneratoren, die rein fahren - elektrische Antriebsventilatoren, ergänzt mit Batterien für die Startleistung; Das Ergebnis wäre, wie bei einem Hybridauto, die Möglichkeit, einen "zu kleinen" Motor einzubauen, der viel weniger Kraftstoff verbrennt, und dennoch eine akzeptable Leistung zu erzielen.

Hier in Colorado gibt es eine Firma namens Bye Aerospace , die kürzlich einen erfolgreichen Erstflug ihres "Sun Flyer"-Prototyps, eines vollelektrischen 2-Sitzer-Trainers, feierte. Ich glaube, sie planen auch eine 4-Sitzer-Version. Sieh sie dir an!

Tatsächlich hat die NASA gerade ein neues X-Plane-Programm angekündigt. Obwohl sie noch kein Design ausgewählt haben, sieht es so aus, als ob ein Hybrid-Elektrosystem eines der Designs ist, die sie zu bauen versuchen, siehe hier . Der Sinn des Hybridsystems liegt in diesem Fall nicht so sehr darin, zusätzlichen Schub von einem effizienten System bereitzustellen, sondern vielmehr darin, Strom zu verwenden, um Energie dorthin zu übertragen, wo sie zur Verringerung des Luftwiderstands benötigt wird.