Sind Propeller die einzige Antriebsmöglichkeit für ein Elektroflugzeug?

Dies ist für ein Elektroflugzeug (also keine Kraftstoffe zur Verbrennung):

  1. Sind Propeller die einzige Option?
  2. Ist ein Turbinenstrahl nur mit Lufteinlass, elektrischer Verdichtung und einer Turbine und Düse möglich und bekommt den gleichen oder mehr Schub als ein Propeller wie ein Wasserstrahl, aber dann mit Luft?
Vielleicht möchten Sie angeben, an welche Höhe und Leistung Sie denken. Ein langsames Flugzeug, das für den Einsatz bis zu sagen wir 3-5000 Fuß bestimmt ist, ist mit einem Propeller wahrscheinlich effizienter, sehr große Höhen wie über 30000 Fuß könnten mit einer höheren Abgas- / Düsengeschwindigkeit effizienter sein, wie Ihre Option "2".
Propeller sind nicht die einzige Option. Ich denke an einen Impeller.
Wenn Sie einen Superflug benötigen, müssten Sie einen Strahl verwenden, z. B. den Einlass verwenden, um die Strömung auf Unterschall zu verlangsamen, sie weiter komprimieren und als Überschallströmung ausstoßen. Sie könnten es nicht mit einem Propeller oder sogar einem Propeller mit Impeller machen, weil sie mit schnellem Durchfluss (sogar mit hohem Unterschall) und mit hoher Geschwindigkeit nicht gut laufen.

Antworten (6)

  1. Propeller in irgendeiner Form sind wirklich die einzige Option. Es ist derzeit die einzige effiziente Möglichkeit, mit Luft als Medium Schub zu erzeugen. Sogar Strahltriebwerke sind in gewisser Weise nur ein sehr ausgeklügeltes Propellersystem.

  2. Der Grund für die Turbine besteht darin, eine Umgebung zu schaffen, um Kraftstoff effizient zu verbrennen ( saugen, drücken, knallen, blasen ), um so viel Schub wie möglich zu erzeugen. In einem Elektroflugzeug ist dies daher irrelevant. Vielleicht interessieren Sie sich für den Airbus E-Fan , der Mantelpropeller verwendet, um die Effizienz zu steigern. Es ist jedoch immer noch „nur“ ein Propeller mit einem Elektromotor in der Mitte.

Es geht nicht darum, Kraftstoff effizient zu verbrennen, sondern darum, Wärme effizient in Arbeit umzuwandeln. Weitere Informationen finden Sie im Wikipedia-Artikel zum Brayton-Zyklus.

Sie können wählen, welchen Antrieb Sie bevorzugen, müssen aber die Konsequenzen akzeptieren. Eine elektrische Turbine ist einfach zu bauen, benötigt aber viel Strom, um den Kernstrom zu erwärmen. Anstelle von Brennern müssen Sie Heizelemente installieren, was einen längeren Strömungsweg und mehr Volumen zwischen Kompressor und Turbine erfordert, aber im Großen und Ganzen wird das elektrische Turbinentriebwerk einem brennstoffverbrennenden Triebwerk sehr ähnlich sehen.

Sie können auch alle Turbomaschinen entfernen und nur den Lüfter mit einem großen Elektromotor antreiben. Aber das hätte einen geringeren Wirkungsgrad als stattdessen das Drehen eines Propellers. Nur wenn Ihre Fluggeschwindigkeit Überschallpropellerspitzen verursacht, könnte ein elektrisch angetriebener Lüfter eine bessere Alternative sein.

Daher liefern Propeller bei Geschwindigkeiten unter Mach 0,7 mehr Schub pro kW Leistung, und ihre Effizienz ist bei niedrigen Geschwindigkeiten am besten . Die viel geringere Energiedichte der elektrischen Speicherung erfordert einen Flug mit niedriger Geschwindigkeit, oder Ihre Flugzeit wird sehr kurz sein. Daher sind Propeller die beste, aber keineswegs die einzige Lösung.

Eine potenziell noch effizientere Methode könnten ionische Triebwerke sein, bei denen eine Hochspannung verwendet wird, um Luft zu ionisieren und zu beschleunigen, um Schub zu erzeugen. Konstruktionen mit ionischen Triebwerken würden die gesamte Flugzeugzelle zur Schuberzeugung nutzen und müssten mit Zehntausenden von Volt betrieben werden, aber ihre potenzielle Effizienz übertrifft sogar die von Propellern mit niedriger Geschwindigkeit – theoretisch. Der verlinkte Artikel ist jedoch eine Verlegenheit für das MIT. Ein 1-kW-Strahltriebwerk, das nur 2 N Schub erzeugt, muss sehr schnell fliegen (500 m/s, um genau zu sein), während die für das Ionentriebwerk angegebenen 110 N bei gleicher Leistung bedeuten, dass es sich nicht schneller als 9 m hätte bewegen können /s.

Warten Sie, schlagen Sie wirklich vor, Heizelemente zu verwenden, um eine elektrische Turbine herzustellen? Ich verstehe, dass es ein ziemlicher Sprung ist, nur von einer "elektrischen Turbine" zu sprechen, aber Strom in Wärme umzuwandeln, ist wahrscheinlich das Schlimmste, was man damit machen kann.
@VladimirCravero: Er hat nicht gesagt, dass es eine gute Idee wäre.
@FredLarson Ja, aber das ist, als würde man sagen, dass Gas zum Antreiben von Booten ineffizient ist, denn wenn Sie es vom Heck werfen, bewegt sich das Schiff kaum
@VladimirCravero: Eine Turbine entzieht dem Flüssigkeitsstrom Energie. Andere Arten von Geräten wie Laufräder und Lüfter werden verwendet, um Energie in einen Flüssigkeitsstrom umzuwandeln. Die Verwendung von elektrischer Wärme zum Antrieb eines Turbinenstrahls wäre albern, aber im Grunde besteht der Zweck eines Turbinenstrahls darin, die Expansion von Gasen in Schub umzuwandeln, und es gibt nicht viele Möglichkeiten, die meisten Arten von Gas elektrisch zu expandieren, außer durch Heizung.
Ich weiß, dass die elektrische Dichte derzeit ein Problem ist, aber im Laufe der Zeit werden neue Technologien dieses Problem lösen. Eine der Ideen ist, aus Platz- / Geräuschgründen elektrisch abzuheben und dann auf einen Verbrennungsmotor umzusteigen, der elektrische Systeme / Propeller / Jet antreibt.
Wenn Sie sich Boote ansehen, haben Sie Propeller und Wasserstrahl. Ein Wasserstrahl saugt im Grunde genommen Wasser an und drückt es durch eine kleinere Düse. Meine Frage war, ob dies auch für Luft funktionieren würde - saugen Sie also Luft an und drücken Sie sie durch eine kleinere Düse, um mehr Geschwindigkeit zu erzielen, da die Propeller eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 350 Meilen pro Stunde erreichen. Hauptsache es funktioniert elektrisch.
@Arturo Wasser ist anders - es ist flüssig und (fast) unverständlich. Sie möchten ein Elektroflugzeug, das über 350 Meilen pro Stunde fliegt?
Die Idee ist ein Hybridflugzeug mit Verbrennung + Batterie. Das für leise Geräusche mit Batterie startet und dann auf einen Verbrennungsmotor umschaltet, der in Strom umgewandelt wird, um die elektrischen Propeller / Wasserstrahl / Autoräder anzutreiben oder die elektrische Energie am Boden im Notfall als Generator zu nutzen. Für Fluggeschwindigkeiten von 350 mph bis 550 mph (wenn möglich) wäre ideal.
Dies würde nicht allein durch die Batterie erfolgen, sondern auf den normalen Motor umgeschaltet werden. Während des Fluges würden die Batterien für den Batterielandevorgang (niedriger Ton) aufgetankt.
Ich kenne den Status aktueller Batterien, aber neue Batterieerfindungen mit einer 4-fachen Verdichtung und einer Ladezeit von 5 Minuten werden in den kommenden 3-10 Jahren verfügbar sein. (z. B. ein Tesla mit theoretischen 2.008 km Reichweite und Aufladen in 5 min)
Ich denke, diese Antwort ist im Wesentlichen richtig, aber ich sollte erwähnen, dass "Heizelemente" wahrscheinlich nicht die beste Option sind. Die getesteten Nuklearjets verwendeten Wärmetauscher, um Wärme aus dem Reaktor in die Luft zu bringen, denke ich. Das wäre wahrscheinlich auch besser für Elektro. Sie können über einen Luftspalt eine elektrische Entladung verursachen, so dass Wärme in der Luft erzeugt wird. Oder Mikrowellen mit einer von Stickstoff absorbierten Frequenz. Oder eine inerte Flüssigkeit elektrisch erhitzen und damit die Turbine antreiben. Aber ich stimme voll und ganz zu, dass Propeller hier der richtige Weg sind. Fügen Sie einfach eine Gasturbine mit Generator hinzu, um daraus einen Hybrid zu machen.
Ionische Triebwerke! Jetzt gibt es einen marktfähigen Satz!
@Koyovis: Ja, ich habe gestern davon erfahren und dachte, sie sollten hier erwähnt werden. Aber je mehr ich sie recherchiere, desto mehr klingen sie wie Quacksalberei. Der Schubvergleich mit Jets ist totaler Unsinn, und auch die Ionisation ist verschwenderisch, sie produziert Ozon und Stickoxide.
@PeterKämpf Ist ~900km/h theoretisch möglich m. ein Elektromotor, abgesehen von Überlegungen zur Energieabgabe? Wäre dies mit einem Impeller trotz der vermutlich überschallschnellen Propellerflügelspitzen zu erreichen?
@Stanislasdrg: Ja, wenn Sie genug Akkukapazität haben, um so schnell zu beschleunigen. Außerdem sollten Sie dies bei hoher Temperatur und großer Höhe tun, damit Dichte und Mach gering sind. Ich würde langsam laufende, große Propeller bevorzugen . Siehe hier für mehr.

Bei einem elektrisch betriebenen Motor gibt es keine heißen Verbrennungsgase. Das einzige Gas, das Ihnen zur Verfügung steht, ist die Luft um Sie herum, und eine Art Propeller ist der logischste Weg, diese Luft zu beschleunigen.

Die Düse, die Sie sich vorstellen, kann verwendet werden, um einen großen, langsamen Luftstrom in einen schnelleren, aber kleineren Luftstrom umzuwandeln. Dies kann selbst keinen Schub liefern, da es kein angetriebenes Motorteil ist.

Der elektrisch betriebene Kompressor ist der "angetriebene Motorteil" im zweiten Schema in der Frage.
@DavidRicherby: In der Tat. Aber das dort vorgestellte Schema (mit einer Turbine) macht nicht wirklich Sinn. Der Kompressor wird bereits elektrisch angetrieben und muss nicht von der Turbine angetrieben werden. Auch wäre die Turbine nicht in der Lage, den Verbrennungsgasen Energie zu entziehen.

Impeller statt Außenpropeller erhöhen die Leistung bei hohen Drehzahlen und umgehen so die meisten Probleme.

Sie werden nicht wirklich Treibstoff UND Batterien mitnehmen wollen, daher ist eine Art Impeller die beste Lösung für ein Hochgeschwindigkeitsflugzeug.

Sie sehen zwar ein wenig wie Düsentriebwerke aus, sind aber im Grunde nur Propellertriebwerke in einem Rohr, sodass sie den Luftstrom besser kontrollieren können, was bei hohen Geschwindigkeiten zu Problemen bei freiliegenden Propellern führen kann.

Das wirft die interessante Frage auf, können Sie einen für Reiseleistung ausgelegten Impeller verwenden und Kraftstoff in den komprimierten Luftstrom (wie Nacherhitzer oder Nachbrenner) für die Startleistung einspritzen und verbrennen? Ja, das Kompressionsverhältnis ist wahrscheinlich zu niedrig ...
Nein, sie sind nichts wie Düsentriebwerke.
@Drenzul: Er hat nicht gesagt, dass sie wie Düsentriebwerke sind - nur, dass sie von außen wie Düsentriebwerke aussehen (aufgrund des großen runden Verkleidungskanals).
Der Vorschlag, dass sie ein ähnliches Nachbrennersystem wie Düsentriebwerke verwenden könnten, würde bedeuten, dass er dachte, dass zwischen ihnen mehr Ähnlichkeit besteht, als tatsächlich vorhanden ist, wahrscheinlich weil sie von außen ähnlich aussehen.

Für Ihre Anforderung, eine Batterie für geräuschlosen Start und Landung zu verwenden, wären elektrisch angetriebene Propeller (oder Impeller) sicherlich gut genug.

Die von Ihnen erwähnte Anforderung für 350 mph bis 550 mph gilt wirklich nur für Kreuzfahrten, bei denen vermutlich ein Turbofan (oder möglicherweise Turboprop) verwendet wird - und gleichzeitig die Batterie aufgeladen wird.

Ich würde also vermuten, was Sie wollen, ist ein ziemlich leistungsstarker Impeller, der entweder von einem Elektromotor für Ruhe oder von einer herkömmlichen Turbine bei Kreuzfahrt angetrieben werden kann - ein bisschen wie ein Turboprop. Die Frage ist dann, wie Sie einen Austausch zwischen den beiden Stromquellen arrangieren. (Ich nehme an, zwei Sätze von Motoren wären nicht möglich, obwohl sie es vielleicht könnten?)

(Bearbeitet, um hinzuzufügen ... Ihre Elektromotoren benötigen zum Abheben immer noch die volle Leistung. Warum also nicht den Motor die ganze Zeit laufen lassen und einen Hilfsturbinenmotor verwenden, um die elektrische Leistung bei Reiseflug bereitzustellen? Ähnlich wie bei einem Hybridauto.)

Ja, zwei Motorsätze. 1. Batterie für leisen Start. 2. Verbrennungsmotor, der in Elektrizität umwandelt, die dann den elektronischen Propeller antreibt.
Mit anderen Worten - so etwas wie eine leistungsstärkere Version des E-Fan (mit dem MikeFoxtrot verbunden ist) mit einer Hilfsturbine zur Stromerzeugung beim Cruisen. (Vorausgesetzt, es können geeignete Motoren gefunden werden und ein Impellerdesign, das sowohl beim Steigflug als auch im Reiseflug die erforderliche Leistung erbringen kann.)
Denken Sie daran, dass ein Großteil des Lärms bei Flugzeugen mit Propellerantrieb vom Propeller selbst stammt. So ähnlich wie ein elektrischer Lüfter ganze Haufen Lärm macht, obwohl er elektrisch ist.

Der Hauptunterschied zwischen Luft und Wasser besteht darin, dass das zweite nicht komprimiert werden kann, während das erste dies kann, und wenn Sie dies tun, wird es erhitzt, wobei eine auffällige Menge an Energie verloren geht. Je mehr Sie es komprimieren und je länger Sie warten, bevor Sie es loslassen, desto mehr Energie verlieren Sie.

Ein Propeller komprimiert auch die Luft: Dies ist notwendig, um sie zu beschleunigen, ermöglicht es jedoch, mit minimaler Kompression hohe Luftgeschwindigkeiten zu erreichen. Es ist auch ein sehr einfaches und leichtes Design, außerdem ist einer der Gründe für einen internen Wasserkompressor die Möglichkeit, ihn zu filtern, was bei Luft nicht erforderlich ist.

Sind Propeller die einzige Antriebsmöglichkeit für ein Elektroflugzeug?
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