Ist es möglich, Bremsen in Flugzeugen mit Elektromotor/Generator zu ersetzen?

Bei einem Hybrid- oder Vollelektroauto ergänzen oder ersetzen die Motoren an den Rädern den Motor, und durch die Rückgewinnung von Strom beim Bremsen wird die Reichweite der Batterie verlängert.

In einem Flugzeug würden die Triebwerke noch für den größten Teil der Lebensdauer des Flugzeugs benötigt – die Zeit, während es im Flug ist. Anders als bei einem Auto haben Sie mit den Motoren selbst keinen Vorteil, wenn Sie die Motoren / Generatoren zu den Rädern hinzufügen.

Darüber hinaus ist in einem großen Flugzeug ausreichend Strom vorhanden, wenn sich Düsentriebwerke drehen. Was durch die Regenerierung des Stroms von den Rädern während der 60 bis 90 Sekunden starken Bremsens bei der Landung gewonnen wird, ist also nicht so wichtig, wenn verglichen mit dem verbrauchten und produzierten Strom während eines ganzen Fluges. Nicht annähernd so bedeutend wie eine Fahrt in der Stadt mit vielen Zyklen, in denen auf Geschwindigkeit beschleunigt und dann immer wieder bis zum Stillstand abgebremst wird.

Darüber hinaus sind die Hauptakteure das zusätzliche Gewicht und die Komplexität der Motoren/Generatoren im Vergleich zu den Gewinnen in Bezug auf (a) die Lebensdauer der Reifen durch das Hochdrehen vor der Landung und (b) die Kraftstoffeinsparung durch Manövrieren am Boden von den Radmotoren statt von den Strahltriebwerken. Wenn Sie bedenken, dass die Kosten für Flugbenzin in der Größenordnung von 1000 bis zu mehreren Tausend Dollar pro Flugstunde liegen, werden die Kosteneinsparungen durch eine längere Lebensdauer der Reifen zunichte gemacht, wenn das zusätzliche Gewicht der Motorgeneratoren gegenüber herkömmlichen Bremsen dazu führt, dass Sie Geben Sie im Laufe des Fluges mehr Geld aus, um das zusätzliche Gewicht zu tragen. Ebenso ist der Kraftstoffverbrauch während des Einrollens und des Rollens mit den Motoren nicht so groß im Vergleich zu einer Stunde oder vielen Stunden Kreuzfahrt mit hoher Leistung ... Die Leistungseinstellungen für das Rollen sind nahe oder im Leerlauf, sodass der Kraftstoffverbrauch ' nicht so hoch. Plus,

Der große Killer für diese Idee ist die Gewichtsstrafe. Motorgeneratoren sind erheblich schwerer als herkömmliche Bremsen, und wenn man bedenkt, wie viel Energie die Bremsen bei einem Hochgeschwindigkeitsstopp absorbieren müssen, bräuchten Sie einige ernsthaft kräftige Generatoren, um das zu erreichen, was Flugzeugbremsen leisten können. Oder man hätte konventionelle Bremsen zusätzlich zu den Generatoren einbauen lassen und das Gewicht würde weiter steigen.

Als Anhaltspunkt gilt, dass bei einem einstündigen Flug in einer 737 1000 Pfund zusätzliches Gewicht den Treibstoffverbrauch um etwa 10 Pfund oder etwa 1,5 Gallonen erhöhen. Klingt nicht nach viel, aber wenn man das zusätzliche Gewicht mit jeder Flugstunde multipliziert, die das Flugzeug im Laufe eines Jahres betrieben wird, summiert sich das wirklich. Darüber hinaus sind Motoren/Generatoren viel komplexer als einfache Bremsen, daher wären sie anfangs teurer und erfordern während ihrer gesamten Lebensdauer mehr Wartung. Ich vermute außerdem, dass sie durch herkömmliche Bremsen ergänzt werden müssten, die im Falle eines Hochgeschwindigkeitsstopps mit maximaler Anstrengung (abgelehnter Start, Landung auf einer kurzen Landebahn) verwendet würden.

Das Endergebnis von all dem ist, dass kein mir bekannter Hersteller festgestellt hat, dass die Kompromisse diese Art von Projekt lohnenswert machen.

Der beste Fall ist wahrscheinlich einer von wirklich langen Rollzeiten, aber in diesem Fall könnte ein Pushback-Schlepper das Flugzeug zu einem Punkt in der Nähe der Landebahn schleppen und so den Treibstoffverbrauch der Flugzeugtriebwerke sparen, bis es Zeit wäre, sie zu starten. Ich bin mir sicher, dass dies ebenfalls in Betracht gezogen wurde, und noch einmal, mir ist keine Fluggesellschaft bekannt, die diesen Ansatz verwendet (obwohl jemand außerhalb der USA dies tun könnte).

Es ist eine interessante Frage, aber die Kosten und die Mathematik hinter dem Engineering haben sich zumindest bisher nicht zu ihren Gunsten entwickelt.

Machbar? Vielleicht. Vernünftig? Ganz klar nein.

Schauen wir uns zunächst die beteiligten Energien an: Das Abbremsen einer Boeing 747 bis zum vollständigen Stillstand ändert ihre kinetische Energie um 276,4 kWh. Luftwiderstand und Reibung werden vielleicht 20 % davon schlucken, also haben wir 221 kWh oder 795,6 MJ, um sie innerhalb von 30 Sekunden in Strom umzuwandeln. Das bedeutet, dass die Generatoren für eine Last von 26,5 MW ausgelegt werden müssen. Wenn Sie mit einem längeren Verzögerungsweg leben können, hat der Generator mehr Zeit, um seinen Widerstand aufzubringen, und kann bei gleicher Gesamtbremsleistung kleiner sein, aber es wird schwierig sein, Ihre zukünftigen Piloten dazu zu bringen, zu akzeptieren, dass Ihr Design jetzt viel länger brauchen wird Runway.

Ich fand es schwierig, Online-Quellen für die Masse der Flugzeuggeneratoren zu finden, und die bisher beste Antwort war Jans Antwort hier und diese EAA-Seite . Es scheint, dass ein leichter Starter/Generator 5 kW Leistung pro kg Masse haben könnte, also sollte der 26,5-MW-Generator 5,3 Tonnen wiegen.

Als nächstes wäre die Energiespeicherung an der Reihe: Um die rekuperierte Energie für das Rollen und den nächsten Startlauf zu halten, muss die Batterie 800 kg wiegen (bei 1 kg Batteriemasse pro MJ gespeicherter Energie). Natürlich wird der Wirkungsgrad des Generators und des DC-Wandlers unter 100 % liegen, daher kann die Batterie vielleicht etwas leichter sein. Für einen Gesamtwirkungsgrad von 70 % werden nur 560 kg für die Batterie benötigt.

Wie viel Bremsmasse und Kraftstoff würde das sparen? Auch hier sind Bremsmassen für Flugzeuge schwer online zu finden, und ich wollte nicht die richtige Dimensionierung der Scheibenbremse durchgehen . Aber ich wette, es ist ein kleiner Bruchteil der Generatormasse - vielleicht 10%! Mit 43 MJ/kg und vielleicht einem Viertel des Wirkungsgrades von elektrischen Radmotoren werden nur 75 kg Kraftstoff benötigt. Hier bin ich davon ausgegangen, dass wir den Radmotoren 800 MJ zuführen und versuchen, mit konventionellen Strahltriebwerken eine entsprechende Beschleunigung zu erreichen. Bedenken Sie nun, dass dieser Treibstoff das Flugzeug nicht mehr für den Rest seiner Reise belastet, während die Batterien und Generatoren noch herumgetragen werden müssen.

Es sieht also so aus, als hätte die herkömmliche Lösung 10% der Masse einer richtigen Generatorbremse und benötigt selbst für die größten Verkehrsflugzeuge nur 75 kg Kraftstoff. Das Herumtragen des Generators und der Batterie verbraucht viel mehr Treibstoff oder erfordert, dass unsere hypothetische 747 61 Passagiere weniger befördert. Das kann keine Fluggesellschaft akzeptieren!

In Bezug auf das Durchdrehen des Rads beim Aufsetzen sagen Sie:

Dies stört die Flugstabilität, und der Ruck könnte ausreichen, um bei schlechten Landebedingungen einen Absturz oder ein Missgeschick zu verursachen. Es verursacht auch unnötigen Verschleiß und Stress für die Reifen aufgrund des bewegungslosen Gummis

Ja, das Hochdrehen führt dazu, dass ein Teil des Gummis wegbrennt (beobachten Sie einfach die Landung eines Verkehrsflugzeugs - das Hochdrehen wird durch eine Rauchwolke und Bremsspuren auf der Landebahn signalisiert ) , aber ich würde mir keine Sorgen um die Flugstabilität machen, sobald das Flugzeug ist unten, auf dem Boden. Selbst blockierende Radbremsen sind bei modernen Dreiradgetrieben keine wirkliche Gefahr für die Flugsicherheit.

Kann nicht sehen, dass in dem Thread ein anderes Problem Aquaplaning auf einer nassen Piste erwähnt wird. Lieber hart landen und die schleudernden Reifen den Wasserfilm auf der Piste durchbrechen lassen. Die Reifen würden bei nassem Wetter beim Kontakt mit der Landebahn verzögert, wenn sie vor dem Aufsetzen beschleunigt würden.