Airbus og Rolls-Royce skrinlegger hybridfly-prosjekt med norsk generator

[Redaksjonen.]

Airbus og Rolls-Royce skrinlegger hybridfly-prosjekt med norsk generator

[Hanhijnn]

Elbil-artiklene legges på "Forside  > Teknologi og vitenskap > Diskuter artikler (Tu.no)" og denne legges her på "Forside > Motor, trafikk og maritimt > Elektrisk (Elbil mm.)". Si meg, er det snyta fulle folk som sitter og avgjør dette???

[Lynxman]

Hanhijnn. Har lurt på det samme. Har prøvd å finne artikler jeg husker ved hjelp av kategoriene men finner sjelden det jeg leter etter.

[Hanhijnn]

Lynxman skrev (28 minutter siden):

Hanhijnn. Har lurt på det samme. Har prøvd å finne artikler jeg husker ved hjelp av kategoriene men finner sjelden det jeg leter etter.

Ja det er mer enn merkelig...

[Allexpert]

Helt riktig beslutning både teknisk og kommersiell.

[1P4XZQB7]

Hele dette e-Fan X oppsettet forekommer meg noe merkelig. Har respekt for at Airbus/Rolls Royce må ta et skritt av gangen, men det gir bare ikke mening å ha en enkelt rent elektrisk turbin ute på vingen, som så skal mates med strøm av en ekstra gassturbin inne i flyet. 

 

Det logiske oppsettet må da være å montere elektromotoren/-generatoren rett på/rundt akslingen til turbofanmotoren(e,) i området mellom kompressor og turbin. Eller altså rett innenfor – eheeem – brennkammeret. Men var det noe Wernher Von Braun lærte oss, så er det at mye kan kjøles ved å føre det flytende drivstoffet innom det temperaturfølsomme området, på vei til brennkammeret… Turtallet er i alle fall høyt nok til at elektromotorens diameter kan holdes nede.

 

 

Alternativt finnes Turbofan/-prop motorer med konsentriske/koaksiale akslinger – en omsluttende høyhastighet aksling og en normalhastighet aksling i senter. På disse motorene kan elektromotoren monteres foran kompressoren. Men hva vet vel jeg.

 

 

Et siste forslag er å plassere en Aksial Flux elektromotor på hver kompressorring. Hvert enkelt pumpesteg består av en kompressorring samt en påfølgende stator bestående av styrefinner. Eller en rotor og en stator, om man vil… Men jo, jeg kan se dette forslaget bli et mekanisk mikkmakk uten like. 

 

Ønskemålet med hybriddrift må i alle tilfelle være å kunne sparke fra litt ekstra under avgang med hjelp av denne elektromotor/-generatoren, som i denne fasen henter energi fra en mindre batteripakke. En batteripakke som dernest lades opp i marsjhastighet. Eller ikke. Kanskje nøyer man seg med å lade opp på bakken før avgang. Det vil være det mest energieffektive, men gir ingen kraftreseve. Men en MegaWatt batteripakke på 3000Volt?

Endret 29. april 2020 av 1P4XZQB7

[Ketill Jacobsen]

1P4XZQB7 skrev (1 time siden):

Hele dette e-Fan X oppsettet forekommer meg noe merkelig. Har respekt for at Airbus/Rolls Royce må ta et skritt av gangen, men det gir bare ikke mening å ha en enkelt rent elektrisk turbin ute på vingen, som så skal mates med strøm av en ekstra gassturbin inne i flyet. 

 

Det logiske oppsettet må da være å montere elektromotoren/-generatoren rett på/rundt akslingen til turbofanmotoren(e,) i området mellom kompressor og turbin. Eller altså rett innenfor – eheeem – brennkammeret.  Men var det noe Wernher Von Braun lærte oss, så er det at mye kan kjøles ved å føre det flytende drivstoffet innom det temperaturfølsomme området, på vei til brennkammeret… Turtallet er i alle fall høyt nok til at elektromotorens diameter kan holdes nede.

 

 

Alternativt finnes Turbofan/-prop motorer med konsentriske/koaksiale akslinger – en omsluttende høyhastighet aksling og en normalhastighet aksling i senter. På disse motorene kan da elektromotoren monteres foran kompressoren. Men hva vet vel jeg.

 

 

Ønskemålet med hybriddrift må da i alle tilfelle være å kunne sparke fra litt ekstra under avgang med hjelp av denne elektromotor/-generatoren, som i denne fasen henter energi fra en mindre batteripakke. En batteripakke som dernest lades opp i marsjhastighet. Eller ikke. Kanskje nøyer man seg med å lade opp på bakken før avgang. Det vil være det mest energieffektive, men gir ingen kraftreseve. Men en MegaWatt batteripakke på 3000Volt?

E-Fan X-prosjektet gikk ikke ut på å utvikle et hybridfly, men å utvikle komponentene til et slikt fly (el-fanmotor, generatorsett drevet av hydrogen, batterier etc). Men har allikevel sans for din tanke om en hybridmotor med vifte først, deretter elmotor og gassturbin på samme aksel. Elmotor og gassturbin kan da virke sammen opp til marsjhøyde (i fasen der en behøver 3 x effekt i forhold til marsjfart). Deretter drives flyet kun av batteristrøm og gassturbin aktiviseres igjen kun om batteriet går tomt (nødsituasjoner, ekstraordinær motvind, omdirigering etc, kortvarig behov for ekstraeffekt).

[Limbeck]

De har det morro tenker jeg ?

[Lynxman]

Var ikke poenget med dette å utvikler systemer for helelektriske fly? Ser ikke helt hvordan hybrid skal ha noe for seg i praksis i fremtiden. Det er ikke en bil som kan rulle rundt på hjul og dermed ikke har noe problem med å bære på to driftsystemer med alt som følger med begge.

[Ketill Jacobsen]

Lynxman skrev (6 timer siden):

Var ikke poenget med dette å utvikler systemer for helelektriske fly? Ser ikke helt hvordan hybrid skal ha noe for seg i praksis i fremtiden. Det er ikke en bil som kan rulle rundt på hjul og dermed ikke har noe problem med å bære på to driftsystemer med alt som følger med begge.

Et hybrissystem som jeg skisserte (i tidligere innlegg) vil ikke gi ekstra vekt i forhold til et rent elfly eller konvensjonelt fly (samlet effekt fra to systemer samme som el/konvensjonelt fly). Fordelen med et slikt fly vil være at en kan planlegge 100% utnyttelse av batteriene i en gitt rute (reserven ligger gassturbin/hydrogen) og gir i det hele tatt et mer fleksibelt fly. Om batteriene var lette nok (høy energitetthet), kunne en naturligvis unngå slike hybrider.

[Trestein]

Fly kan avgjort ha nytte av hybrid systemer. Flymotorer går ikke på maks hele tiden. Virkningsgrad er ofte maksimal ved full belastning på jet motorer. En el motor som hjelper til ved take off og klatring vil muligens gjøre at en mindre turbin kan benyttes og at den kan gå med høyere virkningsgrad ved marshøyde.

jeg tror Rolls royce sin satsing var å utvikle el motorer slik at disse var testet ut når ev batterier var brukbare. 

[Lynxman]

Hybridfly må ha en enorm generator i tillegg til elektro motoren.Man skulle dermed tro at den vil slippe å bære på mindre generatorer for å forsyne flyets systemer, men det gjør den ikke nødvendigvis, for flyene trenger redundans, og forskjellige strømsystemer. De har gjerne forskjellige generatorer for 28V DC og 115 V 400 Hz AC feks. Den må også ha alle ekstrasystemene som drivstoff og forbreningsmotorer krever.

Eller mener du en løsning hvor den ikke har generator, og bruker opp batteriet hver flygning?

Endret 30. april 2020 av Lynxman

[Ketill Jacobsen]

Lynxman skrev (1 time siden):

Hybridfly må ha en enorm generator i tillegg til elektro motoren.Man skulle dermed tro at den vil slippe å bære på mindre generatorer for å forsyne flyets systemer, men det gjør den ikke nødvendigvis, for flyene trenger redundans, og forskjellige strømsystemer. De har gjerne forskjellige generatorer for 28V DC og 115 V 400 Hz AC feks. Den må også ha alle ekstrasystemene som drivstoff og forbreningsmotorer krever.

Eller mener du en løsning hvor den ikke har generator, og bruker opp batteriet hver flygning?

På samme måten som en hybridbil (elmotor/generator mellom motor og girkasse) behøver heller ikke et hybridfly ha generator. På en rute legges det opp til nær 100% utnyttelse av batteriene og om en ønsker noe lading i marsjfart så kjøres gassturbinen som da samtidig driver viften (propellen) og elmotoren fungerer som generator.

For hybridfly finnes mange løsninger. Dersom en ser på e-Fan X-flyet så vil en generatorpakke (gassturbin+generator) veie bare en brøkdel av batterivekten (eller av drivstoffvekten til utgangsflyet).

[1P4XZQB7]

Lynxman skrev (På 30.4.2020 den 12.28):

Hybridfly må ha en enorm generator i tillegg til elektro motoren.

Eller mener du en løsning hvor den ikke har generator, og bruker opp batteriet hver flygning?

Usikker på hvor det er folket detter av her. Det jeg skisserte og som Jacobsen noe motvillig sluttet seg til, er en kombinert bidireksjonell elektrisk hjelpemotor/-generator integrert i selve jetturbinen. La meg først få utlede hvorfor denne hybridløsningen gir mening ved å estimere hvorfor vi bare ikke kommer til å se helelektriske passasjerfly med det første. 

 

Flyet i artikkelen, en BAe 146 har en egenvekt på 24.880 kg og en maksimal avgangsvekt på 45.132 kg. Flyet har fire heller små Avco Lycoming ALF 502R-7 motorer kapabel til 4 × 31 kN statisk skyvekraft. Flyet har en marsjhastighet på 780 km/t eller altså 217 m/s. Dette er hva vi har å jobbe med.

 

Holder vi oss litt forenklet med Newtons lover finner vi at hver av disse motorene potensielt kan levere P = F • v, eller 31kN • 217m/s = 6,9 MW.

 

Bare at det gjør de ikke. I marsjfart benyttes ikke mer som ca. 1/4 av maksimal skyvekraft. Under forutsetning vi kan overføre måledata fra NASA sine Boeing 747-200 med Pratt & Whitney JT9D turbofan. En ikke urimelig antakelse da formfaktoren er den samme, om ikke størrelsen. SR-71 bruker til sammenligning ca 30% av maksimal skyvkraft til å opprettholde en marsjfart på Mach 3. Nødvendig samlet effekt for et BAe 146 skal kunne opprettholde marsjfarten sin er da 6,9MW fordelt på fire motorer. Det burde ikke være nødvendig å fortelle at det er f… mye effekt, eller sånn ca hvor mye en monster vindturbin til havs produserer. 

 

Så over til batteripakker. Dagens Litium-ion batteri har en spesifikk energitetthet på 100–265 W·h/kg og en spesifikk effekttetthet på 250–340 W/kg. La oss se på effektbehovet først — 6,9MW / 340W/kg = 23.000kg, eller altså hele egenvekten til flyet, bare i batteri. 

 

La oss så se på energibehovet. Anta en typisk flytur på halvannen time, der vi neglisjerer det firedobbelte*** behovet for effekt under avgang. Beregner utelukkende hvor mye batterikapasitet flyet trenger for å vedlikeholde oppgitt marsjfart. E = P • t = 6,9MW • 1,5t ≈ 10MWt. Noe som igjen krever en batteripakke på 10MWt / 250W•t/kg ≈ 40.000kg. Eller altså nesten hele flyets maksimale avgangsvekt bare i batterier. Legg merke til at jeg i det overstående kun har beregnet nødvendig avlevert effekt, og at alle uunngåelige tap kommer oppå dette igjen. 

 

{ *** Edit:  Med nærmere ettertanke så er ikke denne antakelsen korrekt. Motorene må nødvendigvis avgi fire ganger så høy skyvkraft, men samtidig er hastigheten bare en fjerdedel. Avlevert effekt skulle da forbli noenlunde konstant, mens forbruket av jetfuel like fullt firedobles. }

 

Følgelig utgår helelektrisk flytrafikk. I jethastigheter. Med den konklusjon burde muligens også flytrafikk utgå, men det er en annen diskusjon. Hybriddrift er likevel fortsatt en mulighet. La oss forutsette at jetturbiner gjennomgående konstrueres for å være mest mulig effektive i marsjfart. Og at deres maksimalt mulig oppnåelige effektivitet i marsjfart hindres av det faktum at de må kunne levere tre til fire ganger så meget effekt skyvkraft under avgang. Og at marsjfart kan oppnås relativt fort, si under 15 minutt. Dette begynner komme innenfor rekkevidde for en batteripakke.

 

Jetturbiner oppgis i skyvekraft, ikke effekt, da dette er hva de leverer. Noe av skyvekraften tappes likevel i turbinen til å produsere dreiemoment på akslingen frem til kompressoren. Som på sin side definitivt konsumerer rendyrket effekt. Og her kan en elektromotor virkelig hjelpe til – ved å drive kompressoren. Altså ikke hjelpe til dytte flyet direkte, men derimot hjelpe til mate brennkammeret med komprimert luft. Uten å ha noe tallmateriale å støtte meg på, så ser jeg likevel for meg at en slik assistanse kan hjelpe heve effektiviteten på jetturbinen betydelig, siden den da uhindret kan konsentrere seg om å levere skyvekraft. 

 

Hybrid jetturbin bør heller ikke sammelignes med hybrid biler. Arbeidsområdet til en jetturbin og en elektromotor er direkte sammenfallende. I hvert fall ikke motstridende. Begge motortyper er ulikt stempelmotoren rotasjonsmotorer. Og ulikt tilfellet hybrid bil, er der intet krav om å levere dreiemoment ved null turtall (på hjulene.) All effektproduksjon foregår ved tusentalls omdreininger.

 

 

Endret 22. mai 2020 av 1P4XZQB7

[Lynxman]

Ja, jeg ser hva du har skrevet. Kanskje har det noe for seg, eller kanskje ikke. Som du sier er det bare tankeeksperiment.

Her er min mening:
Det er mange måter forbrenningsmotorer kan forbedres ved å drive funksjoner med elektromotorer i stedet for å drive de med forbrenningsmotoren selv, men på en turbofanmotor som må drive kontinuerlig med kompresjon proporsjonal med effekten ut ser jeg ikke helt fordelen. Det hadde hatt noe for seg om kompressoren ikke trengte å forsyne motoren med komprimert luft proporsjonalt med effekten motoren må yte.

En elektromotor vil ha stor nytte som kompressordrift i stedet for eksosdrevet turbo i bil derimot, for den må drives ved behov, og varierende belastning. Det du foreslår er akkurat som å bytte ut kompresjonstakten på en firetakter med en elektromotorpumpe.

Selvfølgelig vil vi ikke se langdistansetransport med dagens batteriteknologi, men det er fullt mulig med kortdistanseflygninger selv i dag. Du kan heller ikke bare legge til vekten til et batteri til vekten på et eksisterende turbofan-fly. Det er så mye som fjernes og gjøres lettere på et elektrisk fly at det oppveier store deler av batterivekten. Men som jeg sa, dagens batteriteknologi kan kun gi kortdistanseflygninger, feks Oslo til sørvestlandet, eller andre lignende ruter. Skal vi late som om batterier alltid vil holde dagens nivå? Det er ikke snakk om århundrer før vi får mye bedre batterier. Vi trenger heller ikke fly i 900 km/t. 

 

Endret 1. mai 2020 av Lynxman
Presisjon og skrivefeilretting.

[1P4XZQB7]

Jaja, dagens nyheter har en viss verdi i denne forbindelse.

 

Artikkelen sa ikke noe om hvordan Rolls-Royce Siemens/Airbus produserer skyvekraft i sin helelektriske «e-Aircraft System e-Fan» flymotor. Noe som tvinger meg konkludere med at det er tale om en så kalt «Ducted Fan» topologi, eller altså kanalvifte, som jo strengt tatt utgjør et propellfly. 

 

 

En jetturbin produserer derimot skyvekraft gjennom termisk ekspansjon. Jetdrivstoff svis av i brennkammeret og varmer med det opp den allerede komprimerte luften i kammeret, som så utvider seg noenlunde i henhold til den ideelle gassteori, med det resultat at denne luften ikke lenger får plass i motoren og følgelig må tyte ut bak. I en faderlig fart. Og implisitt produserer skyvekraft.Denne oppvarmingen er øyensynlig fraværende i Siemens sin elektroturbin. 

 

Nuvel, kinesiske forskere har nå tatt MIT sitt plasmaleketøy et skritt videre, og demonstrert hvordan man kan bruke det som essensielt er en forvokst mikrobølgeovn til å varme opp passerende luft, til erstatning for det fossile jetdrivstoffet. Riktignok bare som en lab-demonstrator, der luftstrømmen pumpes gjennom et glassrør, og oppvarmes av mikrobølger på veien. Men de har allerede oppnådd skyvekraft tilsvarende en jetturbin i samme skala. 

 

 

Selvfølgelig, ingenting av dette endrer det lille regnestykket mitt med hensyn på batterivekt. Men det er morsomt å se at dagens fossile jetturbiner faktisk kan erstattes med en elektrisk ekvivalent, 1:1. For hvem vet hva som skjer på batterifronten fremover. 

 

EDIT:

Man lærer så lenge man lever. Ser nå at mellom annet NASA og U.S. Naval Research Laboratory forsker på å tildels dramatisk forbedre effektiviteten til turbinmotoren. Eller mer presist erstatte den med en Rotating Detonation Engine, som er en versjon av Pulse Detonation Engine med kontinuerlig eller sammenhengende detonasjon formet som en helix rundt en 'tønne:' 

 

 

Denne typen motor 'omgår' den ideelle gassteori gjennom supersonisk detonasjon, der gassmolekylene ikke lenger rekker sprette unna veien. Noe som utvider arealet innenfor den termodynamiske Brayton syklusen gjeldende for gassturbiner. Resultatet er tydeligvis Humphrey syklusen. Pent. Og Australierne har etter sigende lykkes fremstille en slik motor.

 

 

 

Endret 12. juni 2020 av 1P4XZQB7