Ist es sinnvoll, Windenergie im Flugzeug zu nutzen?

Normalerweise nicht: Das Entziehen von Energie aus dem Luftstrom erzeugt einen Luftwiderstand, der durch zusätzlichen Schub überwunden werden muss. Da jede Form der Energieumwandlung Verluste verursacht, muss mehr Schubenergie zugeführt werden, als aus dem Luftstrom gewonnen werden kann.

Erst wenn die Motoren ausfallen und die Generatoren nicht mehr laufen, macht es Sinn, dem Luftstrom Energie zu entziehen. In Flugzeugen gibt es zwei Anwendungen, die durch "Windenergie" angetrieben werden:

• Ältere Flugzeuge verwenden Kreisel für den künstlichen Horizont, die mit Stauluft betrieben werden. So funktionieren die Kreisel auch nach einem Motorschaden.
• Jets verwenden Ram Air Turbines (RAT), Propeller-angetriebene Generatoren, die in den Luftstrom bewegt werden, wenn alle anderen Mittel zur Erzeugung von Strom und hydraulischer Energie versagt haben. Beachten Sie, dass dies im antriebslosen Flug geschieht und die Sinkrate erhöht.

Eingesetzte RAT ( Bildquelle )

Raketengetriebene Flugzeuge haben keine einfache Möglichkeit, Strom zu erzeugen, daher verwendete die Me-163 B eine kleine Windmühle an der Spitze des Rumpfes, um einen Generator anzutreiben.

Me-163 B ( Bildquelle )

BEARBEITEN: Mit dem neuen Fokus Ihrer Frage auf Elektroantrieb wird die Antwort anders. Jetzt werden Sie höchstwahrscheinlich Propeller haben, die von Elektromotoren angetrieben werden. Während der Landung könnten diese umgekehrt laufen und eine Batterie aufladen, die bei der Landung des Flugzeugs höchstwahrscheinlich leer sein wird. Dies kann im Endanflug bis zum Ende des Auslaufs nach dem Aufsetzen erfolgen. Es ist zu erwarten, dass jedes Elektroflugzeug ein hohes L/D hat, daher ist es sinnvoll, Geschwindigkeitsbremsen einzusetzen, um einen steileren Anflug zu ermöglichen.

Mich würde allerdings wundern, wenn ein Zusatzgerät wirtschaftlich wäre. Dieses Aufladen muss durch das reguläre Antriebssystem erfolgen, oder es würde während des größten Teils des Fluges Eigengewicht hinzufügen.

Sie haben nach Formeln gefragt, aber alles, was ich hier liefern kann, sind einige Berechnungen auf der Rückseite des Umschlags. Zunächst muss gesagt werden, dass Verstellpropeller als Windmühlen lausig sein werden, weil ihre Wölbung und Verdrehung für den Windmilling-Modus falsch sind. Ich würde erwarten, dass ihr Wirkungsgrad bei etwa 30 % liegt, was bedeutet, dass nur 30 % der durch Schleppen entzogenen Energie in mechanische Energie umgewandelt werden, die den Elektromotor antreibt.

Als nächstes erfordert der Betrieb eines Elektromotors als Generator wieder Kompromisse. Gute Motoren sind schlechte Generatoren, und eine Neuverkabelung des Motors für eine bessere Generatorleistung verringert seine Effizienz bei normalem Gebrauch. Durch die kurze Flugphase verlierst du schnell mehr als du gewinnst, wenn der Motor invertiert läuft sinnvoll ist.

Nehmen wir nun an, Sie halten Ihr Antriebssystem auf höchstem Wirkungsgrad (z. B. 90 %) und akzeptieren, dass es nur 10 % der Luftwiderstandsenergie in elektrische Energie umwandelt. Nehmen wir außerdem an, dass Ihr zukünftiges Solarflugzeug ein L/D von 30 hat, das für einen praktischen Ansatz auf 10 reduziert werden muss. Das macht man ab 1000 ft abwärts und nutzt den Windmilling-Propeller auch während des Auslaufens. Annäherungsgeschwindigkeit ist$v$, Masse ist$m$und die Anfangsenergie des Flugzeugs ist$305\cdot m\cdot 9.81 + \frac{m}{2} \cdot v^2$. Zwei Drittel der potenziellen Energie gehen in den Propellerwiderstand, und um großzügig zu sein, gehen wir davon aus, dass 100 % der kinetischen Energie auch in den Propellerwiderstand gehen, obwohl die Bremskraft der Propeller bei niedriger Geschwindigkeit wirklich mies ist und Unterstützung vom Rad benötigt Bremsen.

Jetzt ist es wichtig, wie schnell Ihr Flugzeug fliegt, denn dadurch verschiebt sich das Verhältnis zwischen potentieller und kinetischer Energie. Beides beziehe ich der Einfachheit halber auf den Energiebedarf für den nächsten Flug. 10 % der vollen kinetischen Energie beschleunigen das Flugzeug auf weniger als ein Drittel seiner Fluggeschwindigkeit – danach sind die restlichen 91 % der Energie zu erreichen$v$muss hinzugefügt werden, indem die Akkus zwischen den Flügen aufgeladen werden.

Die elektrische Energie, die der potenziellen Energie entnommen wird, hilft Ihnen, auf 60 Fuß zu steigen oder einen Horizontalflug beizubehalten$v$für eine Distanz von 1800ft. Bei einem L/D von 30 fliegt das Flugzeug eine Strecke von 30.000 Fuß ohne Schub, und durch Bremsen entziehen Sie die Energie, um 20.000 Fuß zurückzulegen, die Sie bei 10 % Umwandlungseffizienz (und 90 % Antriebseffizienz!) Übertragen nur 1800 ft.

Die meisten anderen Antworten konzentrieren sich auf den normalen Flug; Ihre (aktualisierte) Frage fragt speziell nach regenerativem Bremsen. Theoretisch ja , es ist möglich, in der Praxis nein , es ist wirklich keine praktische Idee.

Konzentrieren wir uns zunächst auf den Abstieg von der Reiseflughöhe bis zum Endanflug. Idealerweise wird dieser Abstieg mit Triebwerken in der niedrigsten Schubeinstellung (Flugleerlauf) durchgeführt, was bedeutet, dass die Triebwerke die verschiedenen elektrischen und hydraulischen Systeme mit Strom versorgen, unter Druck setzen und ein wenig Schub liefern, da Sie dies nicht wirklich vermeiden können auf einem Jet. Theoretisch könnte dies durch eine Ram Air Turbine erfolgen (nehmen wir zunächst an, dass unser hypothetisches Flugzeug mit einer ziemlich großen Version ausgestattet ist, die alle oben genannten Systeme bequem antreibt, da eine typische RAT nur begrenzten Notstrom liefern kann). Dies erhöht jedoch den Luftwiderstand erheblich, und um die Geschwindigkeit beizubehalten, wird das Abstiegsprofil steiler. Dies wiederum bedeutet, dass das Flugzeug längere Zeit in Reiseflughöhe verbringen muss, was Energie erfordert, um es aufrechtzuerhalten.

Eine andere Möglichkeit, dies zu betrachten, ist eine einfache Energiebilanz: Es gibt eine begrenzte Menge an potenzieller Energie, und es spielt keine Rolle, ob Sie sie nur zum Halten der Geschwindigkeit oder zum Halten der Geschwindigkeit und zum regenerativen Bremsen verwenden , da die Gesamtmenge an Energie, die Sie daraus gewinnen können, immer gleich ist.

Natürlich gibt es einen Moment, in dem Flugzeuge bremsen müssen , und das ist nach dem Aufsetzen. Gehen wir zunächst einmal davon aus, dass wir sehr umweltbewusst sind und keine anderen Bremsmittel als ein regeneratives Bremssystem verwenden. Das Flugzeug fliegt immer noch mit etwa 130 kts, 240 km/h oder 150 mph, also wird uns das sicherlich viel Energie geben? Machen wir eine Berechnung auf der Rückseite des Umschlags für einige Zahlen, die ich für eine Boeing 737-300 gefunden habe.

Nehmen wir an, wir landen mit einem Gewicht von 60.000 kg (nahe MLW) ​​mit auf 15 reduzierten Klappen, was uns eine Landegeschwindigkeit von 158 kt = 81,3 m / s gibt. Die Menge an kinetischer Energie ist dann$\frac{1}{2}mv^2\approx200 MJ$(ja, das sind Megajoule!). Das ist eine Menge Energie, oder?! Nicht wirklich. Kerosin (das ungefähr dem Düsentreibstoff entspricht) hat eine Energiedichte von etwa 46 MJ/kg. Wir sprechen über das Äquivalent von etwas mehr als 4 kg Kerosin in einem Flugzeug, das etwa 16.000 kg des Zeugs transportiert. Das bedeutet, dass wir etwa 0,025 % der Kraftstoffkapazität regenerieren.

Ich überlasse es dem Leser als Übung, darüber nachzudenken, ob ein regeneratives Bremssystem so konstruiert werden könnte, dass der zusätzliche Kraftstoffverbrauch aufgrund seines Gewichts und seiner Größe unter 0,025 % liegt.

Bearbeiten Lassen Sie uns die Berechnung an einem Flugzeug wiederholen, das tatsächlich die meisten notwendigen Geräte (Batterien und Elektromotoren, die vielleicht auch als Lichtmaschinen oder Dynamos dienen könnten) an Bord hat: die Solar Impulse 2. Sie hat eine satte Batteriekapazität von 4 x 41 kWh (590 MJ). Unter der Annahme, dass Start- und Landegeschwindigkeit gleich sind (20 kts = 36 km/h = 10 m/s) und bei einem beladenen Gewicht von 2300 kg beträgt die kinetische Energie bei der Landung 115 kJ. Das sind 0,0195 % der Akkukapazität – etwa so viel wie bei unserem Beispiel B733! Und beachten Sie, dass dies wiederum davon ausgeht, dass die Propeller 100% der kinetischen Energie zurückgewinnen ... Diese Idee wird niemals funktionieren. (Zum Vergleich: Es sind weniger als zwei Sekunden Energie, die von den Solarmodulen bei ihrer jeweiligen Spitzenleistung erzeugt werden.)

Nein, denn Wind hat aus Sicht eines fliegenden Flugzeugs keine Energie.

Windkraftanlagen stehen auf dem Boden und die Luftmasse bewegt sich mit einer gewissen Geschwindigkeit an ihnen vorbei, hat also kinetische Energie. Aber Flugzeuge bewegen sich relativ zum Wind, also ist der Wind das Ruhesystem und hat keine Energie. Wenn das Flugzeug also den Luftstrom und/oder Stauluftdruck nutzt, nutzt es seine Energie, nicht die des Windes¹.

Jetzt wird natürlich eine an einem Flugzeug montierte Turbine Energie erzeugen . Aber es wird auf Kosten der Flugzeugenergie gehen. Beim Flachflug unter Motor kommt die Leistung von den Triebwerken, daher ist es effizienter, sie direkt über den Generator zu extrahieren, der am Hilfsantrieb montiert ist. Aber selbst wenn das Flugzeug im Leerlauf sinkt, geht es auf Kosten seiner potenziellen Energie, die ursprünglich von den Triebwerken während des Steigflugs bereitgestellt wurde. Es ist effizienter, den Motor früher abzuschalten und ihn vollständig zum Kompensieren des Luftwiderstands während des Gleitens zu verwenden.

Das gilt für einen solarbetriebenen Motorsegler genauso wie für jedes andere Flugzeug. Es ist effizienter, die Triebwerke früher abzustellen und etwa im besten Gleitwinkel zu gleiten, als die Triebwerke länger laufen zu lassen und dann die Energie zu regenerieren, da weder die Umwandlung von elektrischer Energie in potentielle Energie über Triebwerk und Propeller noch die Umwandlung von potentieller in elektrische Energie erfolgt über Turbine und Generator ist besonders effizient.

Und es gilt auch dann, wenn Thermik oder andere aufsteigende Luft verwendet wird, um potenzielle Energie zu gewinnen. Auch hier ist es effizienter, die Umwandlung der Energie zu vermeiden und einfach die Thermik zu nutzen, um an Höhe zu gewinnen und den Gleitflug zu verlängern, während die elektrische Energie direkt von den Sonnenkollektoren bezogen wird.

Auch das Gewicht wird ein wichtiger begrenzender Faktor für Solar-Motorsegler sein. Dies bedeutet, dass Sie nicht viele Batterien an Bord einbauen können, und das wiederum bedeutet, dass das regenerative Bremsen nicht sehr nützlich ist, da Sie nicht viel Kapazität haben, um die Energie zu speichern. Es bedeutet auch, dass Sie möglicherweise eine dedizierte Turbine vermeiden möchten, um Gewicht zu sparen. Sie können immer noch etwas Energie aus Windmühlenpropellern mit etwas geringerem Wirkungsgrad regenerieren. Aber wie gesagt, es macht nicht so viel Sinn.

Die einzige Zeit, in der Flugzeuge Turbinen verwenden, ist während eines Notfalls. Wenn alle Triebwerke ausfallen, wird die Stauluftturbine verwendet, um die wesentlichen elektrischen und hydraulischen Systeme anzutreiben. Es verkürzt die Gleitstrecke etwas, aber es lohnt sich, wenn keine anderen Energiequellen zur Verfügung stehen.

Was den Wind betrifft, besteht die einzige praktische Verwendung des Windes darin, die Route so zu wählen, dass während der Fahrt so viel Rückenwind wie möglich vorhanden ist. Zum Beispiel werden die North Atlantic Tracks regelmäßig angepasst, damit die Flüge nach Osten den Jet Stream nutzen können . Das nutzt gewissermaßen die Windenergie, denn das Flugzeug verbraucht so weniger Treibstoff, um ans Ziel zu kommen.

¹ Energie ist eine seltsame Größe. Es wird in allen Trägheitsbezugssystemen beibehalten, aber einige seiner Formen werden in jedem unterschiedliche Werte haben. Sie können einen Referenzrahmen wählen, in dem Wind Energie hat, aber es wird weniger Sinn machen.

Aus den Gründen, die andere Antwortende genannt haben, lohnt es sich normalerweise nicht , weil es nicht wirklich Windenergie ist, sondern die Energie des Flugzeugs.

Eine Situation, in der es sich lohnt, Strom zu erzeugen, wenn es schwierig ist, Energie direkt aus dem Motor zu entnehmen. Zum Beispiel hatte das Oldtimer-Flugzeug, das ich fliege, ursprünglich kein elektrisches System. Um ihre Funkgeräte und Transponder (heutzutage für den praktischen Flug unerlässlich) mit Strom zu versorgen, wurden sie mit einer kleinen Turbine unter der Nase nachgerüstet. Es erhöht den Luftwiderstand des Flugzeugs leicht, aber die Alternative wäre der Versuch, eine Lichtmaschine an einem Oldtimer-Motor anzubringen oder den Motor komplett auszutauschen, beides viel größere Modifikationen.

Ich habe auch Reiseflugzeuge gesehen, die kleine Windgeneratoren verwenden, wenn sie auf dem Flugplatz festgemacht sind, vermutlich um die Batterie aufzuladen. Der Generator ist in diesem Fall eine kleine Windkraftanlage auf einem senkrechten Mast, ähnlich dem, was Sie vielleicht auf einem Hausboot oder Wohnwagen sehen. Sie werden vor dem Flug entfernt und verstaut, also sind sie nicht ganz das, woran Sie denken, aber sie sind immer noch Flugzeuge, die Windkraft nutzen.

Ich glaube, auf deine Frage ist niemand wirklich eingegangen. Ich werde es versuchen, soweit ich es verstanden habe. (Ich frage mich immer noch, warum Sie ein Flugzeug brauchen, das mit nicht leeren Batterien gelandet ist, aber nehmen wir an, es dient zum schnelleren Auftanken und Starten?)

Zunächst einmal ist es nur möglich, Windenergie (von Luft, die sich am Boden bewegt) zu ernten, wenn Sie Zugang zum Boden haben (Sie müssen eine Schnittstelle zwischen den beiden sich bewegenden Objekten sein). Eine Windkraftanlage muss geerdet werden, ein Segelboot hat Kontakt mit dem Wasser usw. Bei einem Flugzeug ist dies offensichtlich nicht der Fall, sodass es, wie in anderen Antworten erwähnt , unmöglich ist, während des Fluges kostenlose Windenergie zu sammeln .

Es ist jedoch möglich , die Windgeschwindigkeit zu nutzen, um einen Teil der Energie des Flugzeugs zu gewinnen . Erinnern wir uns daran, dass es drei Hauptenergietanks in einem Flugzeug gibt (ich verwende A320 und TB20 (sorry französischer Link für Zahlen), beide in einer regulären Mission im Flug, es würde für jedes E-Flugzeug gut skalieren):

• Kinetische Energie (Impuls) - A320 = 2,2 GJ / TB20 = 3,5 MJ
• Potentielle Energie (seine Höhe im Schwerkraftfeld der Erde) - A320=7,7GJ / TB20=66MJ
• Kraftstoffenergie (erforderlich, um mindestens 1000 nm gegen die Widerstandskraft plus die oben genannten zurückzulegen) - A320 = 180 GJ. / TB20=1000 MJ

Wie Sie sehen können, stellt die Treibstoffenergie in einem klassischen Flugzeug die potenzielle Energie wirklich um etwa 20 zu 1 in den Schatten, und das Potenzial übertrifft die kinetische um etwa 10 zu 1. Es ist der Reiseteil, der am meisten kostet, und leider sind Flugzeuge irgendwie ausdrücklich für das Reisen konzipiert :D

Da das, was Sie früher (gegen den Luftwiderstand) gereist sind, niemals wiederhergestellt werden kann , kann nur die überschüssige Kinetik und das Potenzial am Ende der Mission vorhanden sein. Sie schlagen vor, den Sinkflug und die Landung mit den Windrädern durchzuführen. Nehmen wir an, Sie haben die Windkraftanlage für den Job. Sie dürfen nur während des Anflugs und der Landung kinetische Energie und potentielle Energie während des Abstiegs mit konstanter Geschwindigkeit wieder sammeln. Selbst wenn Sie es schaffen, die gesamte Energie zurückzugewinnen, erhalten Sie nur ~5% dessen, was Sie in Ihrer gesamten Mission verbraucht haben! (und ich habe überall 100 % Effizienz verwendet, das gesamte System sollte fast 20 % effizient sein, einschließlich Turbine, Generatoren, Netzteil, Batterien usw., also sprechen wir wirklich von 1 % Nettoenergierückgabe).

Das heißt, es könnte eine Verwendung für eine Windgeschwindigkeitsturbine in ganz bestimmten Missionen geben, aber Sie würden es versuchen. Lassen Sie die Sonnenkollektoren fallen. Ich denke an Fallschirmspringer. Mission: ganz schnell hoch hinaus, Kumpel fallen lassen, absteigen, wiederholen.

Dafür ist der Energiebedarf nicht sehr hoch, da Sie nicht unterwegs sind . Ich denke an eine Missionsanforderung von 2x Pot. Energie zu:

• Kommen Sie in Fahrt
• Auf Höhe steigen
• Schlagen Sie den Widerstand beim Klettern, aber nicht beim Reisen. Dann haben Sie 1x Pot. Energie + 1x kinetische Energie zur Rückgewinnung, und die Zahlen ändern sich ein wenig: Es stehen 50 % der Energie zur Rückgewinnung zur Verfügung, sodass bei 20 % Effizienz etwa 10 % des gesamten Inputs wieder heruntergebracht werden können.

Ich sage, lassen Sie die Sonnenkollektoren fallen, weil dies sehr stromintensiv sein wird und Sonnenkollektoren einfach eine zu geringe Energiedichte haben

Hinweis: Die Energiedichte eines Systems ist gepackte Energie/Masse an Bord. Bei Batterien und Kraftstoffen ist das einfach, bei Solarmodulen ist es anders: Je länger die Mission, desto mehr Energie wird produziert, desto höher die Leistungsdichte. Diese Mission ist so kurz, dass es sich nicht lohnt.

TL;DR : Wenn Sie keine sehr seltsame Mission haben, gibt es einfach nicht genug Energie (~1%) zum Sammeln, um es wert zu sein, ein paar Windkraftanlagen für eine ganze Reisemission mitzubringen.

Flugzeuge bewegen sich ziemlich schnell (in einigen Fällen sehr schnell) und haben viel Luftwiderstand. Sie verbrauchen also viel Energie, nur um zu cruisen.

Regeneratives Bremsen ermöglicht es Ihnen, als absolute Obergrenze die gesamte kinetische Energie und potentielle Energie der Gravitation zu erfassen, die das Flugzeug hat, wenn es mit dem Abstieg beginnt (offensichtlich gibt es dann auch eine Effizienzbetrachtung, also wird es tatsächlich weniger sein). Die Arbeit, die Sie während des Fluges geleistet haben, um den Luftwiderstand bei Reisegeschwindigkeit zu überwinden, ist weg, egal was passiert. Also als erstes: Jeder Widerstand, den Ihr Doohickey dem Flugzeug hinzufügt, während es nicht bremst, kostet Energie während des gesamten Fluges. Nehmen wir an, dass es irgendwie verstaut ist, genau wie ein Fahrwerk, und stellen Sie sich vor, dass es das Flugzeug ein wenig aufbläht, aber die Aerodynamik nicht völlig ruiniert.

Welcher Anteil des verbrauchten Treibstoffs wird nun bei einem typischen Flug verwendet, um die Reiseflughöhe und -geschwindigkeit zu erreichen? Ich weiß es nicht genau, und es hängt natürlich unter anderem von der Länge des Fluges ab, aber ich bin sicher, dass einige echte Piloten mit ungefähren Zahlen beitragen können.

Die Energie zum Aufstehen ist eine Obergrenze (auch hier gibt es Ineffizienz in den Motoren) dafür, wie viel Energie Sie aus dem Prozess des Absteigens extrahieren können. Dieser Anteil des Treibstoffs, der zum Aufstehen verwendet wird, setzt also eine absolute Obergrenze für den Anteil, um den das regenerative Bremsen möglicherweise den Gesamtenergiebedarf Ihres solarbetriebenen Flugzeugs reduzieren kann. Und das ist, bevor die Ineffizienzen beider Prozesse (der Motoren und der regenerativen Bremsen) berücksichtigt werden. Um also einige Zahlen vollständig zu erfinden, angenommen, der Start macht 25 % des Kraftstoffs für eine bestimmte Fahrt aus und der kombinierte Wirkungsgrad beträgt 50 %, dann könnte das regenerative Bremsen den Energiebedarf vielleicht um 12,5 % reduzieren. Das scheint auf den ersten Blick lohnenswert zu sein, aber (a) ich habe meiner Meinung nach zu große Zahlen ausgewählt, und (b) wir haben noch nicht für den Mechanismus bezahlt, der das tut.

Können die Batterien (oder was auch immer), die die Energie von den Bremsen speichern, mehr Energie speichern, als es kostet, sie dem Flugzeug hinzuzufügen, wodurch in erster Linie ein größeres Gewicht in die Höhe transportiert wird und die Energie, die beim Cruisen verloren geht, zum Extra wird Luftwiderstand, der durch die Einbeziehung des gesamten Systems auferlegt wird? Im schlimmsten Fall, wo dies nicht möglich ist, haben Sie durch das Hinzufügen von regenerativem Bremsen einen Nettoverlust erzielt.

Regeneratives Bremsen funktioniert für Autos recht gut, insbesondere beim Fahren in der Stadt, da sie häufig langsamer werden und ansonsten viel unerwünschte kinetische Energie als Wärme verteilen. Grob geschätzt werden Flugzeuge nur einmal pro Fahrt langsamer. Und ich glaube, dass es schwieriger ist, die Energie effizient einzufangen, wenn Sie gegen Luft bremsen, anstatt gegen Haftreibung auf der Straße, und daher wird die Effizienz des Systems im Flugzeug viel geringer sein als bei einem Auto. Also ich glaube nicht, dass dein Plan im Moment in guter Form ist :-)

Die normale Art, die Energie der Luft in einem Flugzeug zu nutzen, ist ein Segelflugzeug .

Der Wikipedia-Artikel deckt es ziemlich gut ab: Finden Sie einen Bereich, in dem die Luft aufsteigt, und heben Sie das Flugzeug damit an. Es gibt keine ausgefallene Energieumwandlung im Flugzeug, alles wird direkt von den Auftriebsflächen erledigt.

Solarbetriebene Flugzeuge wurden gebaut , obwohl die notwendigen Kompromisse dazu führen, dass sie noch nicht populär sind. Einige Technologieunternehmen prüfen die Möglichkeit von automatisierten Solarflugzeugen mit hoher Lebensdauer als Funkrelais, um abgelegene Gebiete mit dem Internet zu verbinden.

Sehr kurze Antwort

Ist es sinnvoll, Windenergie im Flugzeug zu nutzen?

Ich nehme an, Sie meinen mit "Windenergie", Energie aus dem "Luftstrom" zu gewinnen. Theoretisch ja, nur im Abstieg, wenn Sie ein Design nachweisen können, das Vorteile in Bezug auf Energie, Komplexität und Wirtschaftlichkeit bringt. In der Praxis haben Sie mit Ihrer Lösung sehr schmale Spielräume, und beim Energieernten macht nur „ ein Fall “ Sinn.

Etwas längere Antwort

Lassen Sie uns die Idee analysieren:

... ein elektrisches Flugzeug zu bauen, dessen Energie aus Sonne und Wind während der Landung kommt.

Während das Flugzeug landet, sinkt es von der "Reiseflug"-Höhe zum Flughafen. Theoretisch würde es keine "zusätzliche Leistung" benötigen, da Sie viel potenzielle Energie haben, könnten Sie diese potenzielle Energie einfach nutzen, um zum Flughafen zu " gleiten ", ähnlich wie Segelflugzeuge. Ein wichtiger Hinweis : Die Energie, um die „Reiseflug“-Höhe zu erreichen, wurde bereits verbraucht, zum Beispiel, was Solar Impulse 2 tut, ist zu steigen und die Batterien während des Tages aufzuladen und zu gleiten und die Energie aus den Batterien zu nutzenwährend der Nacht. Unterschätzen Sie nicht die Effizienz des Gleitmanövers über Nacht, mit der Höhe gewinnen Sie viel potentielle Energie! Sie würden nicht die gleiche Energie gewinnen, indem Sie sie aus dem Luftstrom gewinnen, weil Sie diese potentielle Energie in elektrische Energie mit einer Transformationskette umwandeln, die Ihnen einige Verluste bringt.

Der einzige Fall , in dem es sinnvoll ist, Energie im Abstieg zu sammeln, ist der Moment, in dem Sie in „kurzer“ Zeit etwas Höhe verlieren müssen (nicht zu Boden gleiten , was die effizienteste Lösung wäre). In diesem Fall ist es wünschenswert und möglich, etwas Energie zu „ ernten “, was Sie vorschlagen:

Anstatt Spoiler als Luftbremsen zu verwenden, könnten diese separat montierten Windkraftanlagen gleichzeitig den Luftwiderstand erhöhen und Energie nutzen . Mit anderen Worten, regeneratives Bremsen.

Das ist richtig, es wird ähnlich mit Ram Air Turbinen in Notsituationen (kein Strom) auf größeren Jets gemacht. Bei einem Propellerflugzeug mit variabler Steigung könnten Sie theoretisch die Steigung des Propellers ändern, damit sie wie Windmühlen funktionieren, sodass Sie keine zusätzliche Komplexität und kein zusätzliches Gewicht hinzufügen müssten. Wenn Sie einen Elektromotor haben, der die Propeller antreibt, könnten Sie ihn möglicherweise als Generator verwenden. Falls Sie „Windturbinen“ oder ein zusätzliches System hinzufügen, sollten Sie Folgendes sicherstellen:

• Die Energie, um das zusätzliche Gewicht des Systems während der gesamten Mission zu fliegen, ist geringer als die Energie, die das System Ihnen hilft, zu ernten
• Die Kosten der geernteten Energie helfen Ihnen, die Kosten des Systems in angemessener Zeit auszugleichen.

Eine letzte Anmerkung: Spoiler werden nicht nur verwendet, um den Luftwiderstand zu erhöhen, sondern sogar um den Auftrieb zu reduzieren , der Hauptanwendungsfall hier ist der Abstieg (Notfall oder nicht)!

Flugzeuge erzeugen Auftrieb, indem sie die Fluggeschwindigkeit erhöhen, während Windkraftmaschinen Energie erzeugen, indem sie die Fluggeschwindigkeit verringern, sodass sie miteinander konkurrieren würden.

Unter der Annahme, dass es eine Möglichkeit gäbe, dieses Problem zu vermeiden, müsste diese Energie auch gespeichert werden, und Batterien mit großer Kapazität sind mit den Anforderungen eines Flugzeugs sowohl nach hoher spezifischer Energie als auch nach hoher spezifischer Leistung nicht kompatibel.

Mein Unternehmen hat gerade ein Patent für ein Energiezellen-Regenerationssystem für elektrisch angetriebene Flugzeuge erhalten (9. Mai 2017).

Ein richtig gestaltetes und effizientes Regenerationssystem kann die unerschwingliche Physik für einen Nettogewinn umkehren und eine lohnende Ergänzung für ein Elektroflugzeug sein. Ein Schlüssel ist, einen Bereich mit niedrigerem Druck unter einem Venturi der Motorhaube zu entwerfen und einen Teil der Propellerexplosion im Flug (es gibt einige) zu nutzen, die um den Rumpf herum tornados ist, aber unter der Motorhaube ist, kombiniert mit der Geschwindigkeit des Flugzeugs, eine Quelle der Kinetik Energie.

Die Turbine ist ein Zentrifugaldesign und ist unter einer Abdeckung versteckt, wodurch das System bei Nichtgebrauch nahezu widerstandsfrei ist. Der PMA kann 3 kW produzieren und wiegt 19 Pfund. Das gesamte System wiegt 31 Pfund und enthält einen Mosfet-Controller und einen Buck-Boost-Wechselrichter, die im Design denen des Toyota Prius ähneln. Als "Ladegerät" gibt es ein leichtes Maxwell-Superkondensatormodul. Der vom System erzeugte Strom lädt über einen vom Controller verwalteten Algorithmus wahrscheinlich einen Lithium-Akku, der für gleichzeitiges Laden und Entladen ausgelegt ist (siehe Patent). Je leichter wir das System produzieren können und je schneller es geladen werden kann, indem wir den Innenwiderstand der Batterie verringern, desto effizienter und praktischer wird es sein.

Wir durften es nicht im Flug testen, aber Berechnungen, die von einem Cessna 152-Maultier abgeleitet wurden, weisen auf ein gutes Regenerationspotenzial hin. Es kann als Rettungssystem, während des Abstiegs oder bei Bedarf zum Einstellen der Propellersteigung verwendet werden. Laien und Ingenieure reagierten reflexartig, bis sie die Erfindung sorgfältig studierten, dann schien Konsens zu sein "Das sollte unbedingt weiterentwickelt werden". Patent ist auf dem Markt. Patent Nr. US 9,643,729 B2

Dies wird eingebaut und fast obligatorisch sein.

Ihre Frage hat eine eingebaute Annahme: Regenerierende Energie ist nützlich. Es wäre nur sinnvoll, wenn das Antriebssystem (oder ein Teil davon) elektrisch wäre. Daher müssen wir definitionsgemäß von einem Flugzeug mit elektrischem Antrieb sprechen .

Außerdem werfen wir vermutlich keine Technologie aus der Zeit von 1880 in den Himmel. Das bedeutet, dass wir Wechselstrommotoren mit Flussvektorantrieb verwenden, dh große Halbleiter, die 3-Phasen-Sinuswellen aus Gleichstrom synthetisieren.

Wenn die Antriebsfrequenz gleich der Motordrehzahl ist, ist das träge – es fließt kein Strom und es wird kein Schub erzeugt. Bei einer höheren Frequenz gilt diese Leistung. Wenn es noch höher ist, wendet es mehr Leistung an. Wenn es langsamer ist, regeneriert es sich. Wenn es langsamer ist, regeneriert es mehr.

Wenn Sie also einen AC-Elektroantrieb haben, haben Sie bereits regen. Getan!

Es wird im Wesentlichen Schubumkehr sein. Wo kann man das verwenden? Gleitpisten sind sehr flach ausgelegt, sodass Sie normalerweise bis ganz nach unten Kraft benötigen. Schauen Sie sich an, wie sie die C-17 fliegen, sie müssten die Ansätze neu gestalten, um so zu sein, was sie auch exklusiv für elektrische und Schubumkehrmaschinen wie die C-17 machen würde.