Har det någonsin varit en dieselelektrisk helikopter?

10

Ibland kommer jag över den dieselelektriska (DE) -konstruktionen för ubåtar och godståg. De säger något som "en dieselmotor som driver en elektrisk enhet gör att de kan fungera på sina mest effektiva varvtal, och den elektriska enheten har mycket små förluster i effektivitet."

Så frågan slår mig: Har det ens varit en DE-helikopter? Finns det något om DE-systemet som gör det dåligt för flygindustrin? Vikt kanske? Men observera att vi inte behöver en massa batterier som på en ubåt. Vi behöver inte lagra kraften, vi konverterar den bara till el som går omedelbart in i rotorns elektriska enhet.

    
uppsättning DrZ214 02.09.2015 23:17

5 svar

13

Helikoptrar använder för närvarande lätta men ganska ineffektiva gasturbiner. Dieselelektriska motorer har stor energieffektivitet, vad gäller mekanisk energi som levereras per kilo bränsle. Men de är ganska tunga. Det betyder att du behöver mer hiss, vilket i sin tur innebär att mer kraft behövs. Detta negerar den ursprungliga fördelen.

Med ankomsten av lätta material minskar den senare effekten, så den här situationen kan förändras.

Dieselmotorer kan stryka upp och ner ganska, till skillnad från gasturbiner, men denna kapacitet är irrelevant för helikoptrar. Observera att helikoptrar behöver en ganska konstant mängd hiss.

    
svaret ges 03.09.2015 13:54
7

Den största fördelen med dieselelektrisk är att den erbjuder a stor vridmoment vid låga varvtal per minut [från Physics Forums]. I själva verket är vridmomentkurvan för en elektrisk motor högst vid 0 rpm och har en mycket platt minskning som rpms ökar.

Det här är av stort värde för fordon som måste dra stor vikt och för att övervinna trögheten att flytta den från en stående start. Det är av litet eller negativt värde för flygplan eftersom det är mycket mindre effektivt. Närhelst du genererar ström från ett medium och sedan använder den strömmen för att driva ett annat medium, är mycket ström bortkastad. Så omvandling av dieselolja till mekanisk energi, och därefter omvandling av den till elenergi, är alltför slösig och onödig för en helikopter, där alla värmer mycket. Med helikoptrar, som idag används främst gasturbinmotorer, omvandlas så mycket av kraften som möjligt från brinnande bränsle direkt till rotationsrörelse. Observera också att massivt vridmoment vid låg varvtal är värdelöst för rotorflygplan, eftersom det bara är vid höga varvtal att sådana båtar kan flyga.

Det är också viktigt att dual-power-system som dieselelektrisk ger mycket vikt eftersom du arbetar med två olika typer av motorer. För alla flygplan, speciellt helikoptern, kan det till och med vara en större nackdel än bortkastad energi - även om dessa saker kan ses som två sidor av samma mynt.

    
svaret ges 22.09.2015 18:48
5

Dieselelektronik är vald som en lösning på en uppsättning problem som inte är riktigt relaterade till varvtalet. Den främsta orsaken när det gäller tåg valet drivs av oförmågan att effektivt använda mekanisk koppling för att driva ett antal hjul.

Det finns en gräns för mängden kraft och vridmoment som kan överföras via en överföring innan det blir opraktiskt att omöjligt. Tåg med 2000HP-dieselmotorer kräver en överföring som är överdriven i storlek och vikt för att överföra 100 000 lb fot vridmoment till hjulen. Ytterligare komplicerande detta är behovet av att dela upp produktionen över flera axlar. Det är komplicerat, tungt, opålitligt och ineffektivt, och det var tydligt på mycket tidiga dieselmotorer trots att de inte matchade de ångmotorer som de ersatte.

Lösningen för att få bättre dragkraft var att köra flera elmotorer med varje motor som driver en enda axel (ibland mer än en). Detta krävde ersättning av den mekaniska överföringen med en generator / generator och den nödvändiga krafthanteringsutrustningen.

Det finns självklart några överliggande förluster i storleksordningen 25% på grund av omvandlingsprocessen från mekanisk till elektrisk plus behovet av att driva tilläggssystem som värmeväxlare, laddningsbatterier etc. Men ökningen av flexibilitet, pålitlighet, prestanda och förenkling gör omkostnaden en billig avvägning jämfört med alternativ.

Specifikationer för tåg och helikopter:

  • Ett typiskt lokomotiv -motor är 4 400 hk och 21 000 ft lb vridmoment som arbetar vid 1 100 rpm. Generatorn / generatorn kommer att ge 2,1 MW i elektrisk energi. Hela lokomotivet väger 400 000 lb. Den elektriska motorn inom en typisk uppsättning av sex kommer att ha vridmoment på ca 6.200 ft Storlek: (Prime Mover, Generation och Drive gear): Massiv.

  • En lätt helikopter som R22 har 124 hk och 241 ft lbs vridmoment vid 2700 rpm MTOW 1.400 lbs.
    Storlek: (Powerplant & transmission) En stor resväska.

  • En tung helikopter CH-53E har tre motorer som levererar 4,380shp @ 14,280 rpm med ~ 1,610 ft lbs vridmoment som kör genom multi-stegs överföring som levererar nästan 600 000ft lb vridmoment till huvudrotoraxeln. MTOW 73 500 lb. Storlek: (Powerplant & transmission) 10 000 pund i volymen av mini cooper.

Bottom

  • Ett lokomotiv kräver omedelbart högt vridmoment för att övervinna vikten av sig själv och motstånd från lasten. Tiden för att börja rörelsen är kritisk, tåget måste kunna starta rörelse vid behov. Helikoptrar har tid att spola motorn och sätta rotorn i drift. Det erforderliga vridmomentet stiger från noll RPM till drift RPM vid vilken tidpunkt rotorn kräver fortsatt baslinjemoment med väsentligt overhead.

    • extremt olika arbetsmiljöer och kuvert
  • Att göra en helikopterdieselelektrisk kräver installation av en mycket tung generator, axelbromsar / motståndsbankar, värmeväxlingar, växlar, svänghjul plus flera hundra kilo kopparledningar och elmotorer. Alla i tillägg till primemover (s), ingen av dem har en lön i form av förmåga. De extra komponenterna förbrukar värdefullt internt utrymme och lägger till betydande vikt långt över de mycket kapabla befintliga mekaniska länkarna som inte kan elimineras i multimotoriska helikoptrar.

    • Komplex, tung och äter intern volym utan fördelar
  • svaret ges 01.08.2016 03:43
    3

    En sak som jag inte ser adresserade än i andra svar:

    Anledningen till dieselelektriska system är att dieselmotorer (i själva verket alla ICE-motorer) är effektiva endast vid vissa RPM-värden. För vägfordon som accelererar och decelererar mycket betyder det att din direktkopplade motor inte fungerar effektivt på det mesta. För att lindra detta problem kan du antingen ha en bra växellåda (till exempel dubbelkoppling eller CVT - eller ens en vanlig växellåda kommer att göra), eller ha en generator och en elektrisk motor: det här är en väldigt praktisk växellåda sedan elektroner är så lätt att manipulera. Vissa (prototyp) hybridbilar använder också detta system.

    Helikoptrar arbetar nästan alltid med en fast RPM som ställs av guvernören. Det betyder att oavsett vilken motor som används, kan du bara låta den springa med bästa RPM med en enkel, fast växellåda. Faktiska variationer i hissen görs med bladhöjd, ej motorvarvtal. Hela punkten att ha ett elektriskt system, (vilket bara är en väldigt snygg transmission som en slags CVT), negeras då, vilket är anledningen till att detta system aldrig kommer att användas i såväl propeller som fastvingar och helikoptrar.

        
    svaret ges 25.09.2015 22:28
    3

    Fördelar med att använda elmotorn med dieselmotorer är:

  • Högt vridmoment från noll varvtal. Detta är extremt viktigt för tåg, eftersom tåg har mycket högre rullfriktion i de första få foten innan de hjuldrivna oljepumparna lyckas smörja lagren tillräckligt. Dieseltåg som använder mekaniskt drivgear har även ofta flera kortvariga kraftkällor som ångturbiner för att hjälpa till med det.

    Observera att denna anledning översätter även till bilar, som använder dieselmotorer, men med mekaniska drivtåg. Och för helikoptrar behöver de inte ens en växellåda, för de driver ändå rotorn med konstant varvtal.

  • Batterier kan enkelt ingå. Detta är viktigt för ubåtar, eftersom de inte kan köra dieselmotorn under periskopdjupet, eftersom det behöver mycket syre (vid periskopdjup kan de använda snorkel). Men det här är specifikt för ubåtar.

    Andra fordon kan också ha det för det, till exempel hybridbilar använder den för att få högre toppkraft med mindre motor som kan köras mer effektivt. Men helikoptrar behöver ganska konstant kraft, så de har inte stor nytta för det heller.

  • Så är helikoptrar med dieselmotor möjliga, och åtminstone arbetar Airbus helikoptrar på den, men den elektriska delen har helt enkelt ingen användning. De fanns inte hittills, för dieselmotorer var för tunga, men de blir tillräckligt lätta att de skulle kunna användas i framtiden.

        
    svaret ges 25.09.2015 13:35