星期四, 6月 21, 2018

油電混合飛機的第一步

油電混合動力車,已經證明具有絕佳的省油性能,是全電動化之前極佳的過渡設計,但在飛機上呢?

飛機引擎主要的運作模式幾乎是定速巡航,電動馬達走走停停時省能源的特性幾乎用不到,那在飛機上有使用油電混合的可能性嗎?我還是找到了可能的應用方向。

那就是飛機電動輪

飛機唯一走走停停的時機,就是在機場內移動的時候,這個時候的燃油效率很差,很多航空公司也在思考如何減少地面油耗的問題,如果機輪內有馬達動力的話,那引擎維持怠速運轉即可,甚至可以在降落後熄火移動。(起飛前應保持引擎熱機狀態)

而且馬達是可以倒轉的,所以飛機可以自行後推離開機坪,還可以省下拖車後推的費用。(地勤拖車司機失業)

不過只省下地面的油耗,感覺誘因不大,但再延伸想想,其實電動機輪也可以省下空中油耗。

飛機引擎的的最大推力,是以全載起飛時的需要來設計,有了電動機輪之後,至少0~100km/h這段的加速會變快,這樣一來引擎就可以小一點,小一點的引擎在空中巡航時當然會省油,這樣一來就有採用電動機輪的動機了。

電動機輪的設計,最豪華的方式當然是三輪全裝,這樣加速最快,但也不見得要這麼花錢,可以考慮只在鼻輪裝馬達的省錢設計。

在鼻輪裝馬達,就可以達成自力後推與地面省油移動的目標,不過對起飛加速的幫助不大,因為鼻輪的荷重不大,無法裝太有力的馬達,因為裝太有力的馬達只會讓輪胎打滑而已,對加速幫助不大。

飛機主要的荷重都在中間主輪,如果想讓馬達對起飛的幫助最大,那當然是在主輪裝馬達加速最快。

所以民航機要搞油電混合的話,還是在主輪裝馬達比較好。至於要不要在鼻輪裝馬達,讓地面大角度轉向更順利,那就是另一項考慮。

不過私人飛機只在鼻輪裝馬達很有誘因,因為只要機輪有動力,就可以去很多沒有拖車的小機場,或是在拖車司機沒上班時移動飛機。(私人飛機省油誘因不大)

但馬達所需的電力來源呢?

以目前對鋰電池的燃燒疑慮,民航機上應該是不會裝上大型鋰電池,所以能用的選項為超級電容與真空飛輪。

超級電容的危險性為超高電壓,不過飛機飛行時常常被更高電壓的雷劈,所以高電壓似乎不算危險。

真空飛輪的危險性更低,也是可以考慮的選項,而且飛輪儲能的來源,除了用發電機之外,也可以考慮塞在渦輪扇軸心罩內,由渦輪直接驅動儲能。

這時就可以考慮油電混和飛機的第二步了,那就是單引擎驅動兩側渦輪扇。

一般飛行時為了左右推力平衡,所以兩側引擎的渦輪出力是一樣的,但渦輪扇內有飛輪之後,也可以反過來由飛輪驅動風扇。這樣就可以只用一顆渦輪驅動兩側的渦輪扇達成推力平衡,另一顆渦輪可以怠速來省油。

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