Är det möjligt att byta bromsar på flygplan med elmotor / generator?

På en hybrid- eller allelektrisk bil kompletterar eller delar motorerna på hjulen motorn, och genom att regenerera el från bromsningen, sträcker den ut batteriet.

På ett flygplan skulle motorerna fortfarande behövas för större delen av flygplanets arbetsliv - tiden medan den är i flygning. Så, i motsats till en bil, får du ingen fördel med motorerna själva genom att lägga till motor / generatorer till hjulen.

Utöver detta är det på ett stort flygplan tillräckligt med el när du har jetmotorer att vrida, så det som uppnås genom att regenerera elen från hjulen, under 60-90 sekunder med tung bromsning vid landning, är inte allt det signifikanta jämfört med den el som används och produceras under en hel flygning. Inte lika betydande som en enhet i staden med många cykler som accellererar till fart och sedan avtar till ett stopp, om och om igen.

Förutom detta är de stora aktörerna den ökande vikten och komplexiteten hos motor / generatorer, jämfört med vinsterna i fråga om (a) däckliv, från att spinna upp dem före landning och (b) bränsle som sparas genom manövrering på marken från hjulmotorerna istället för jetmotorerna. När du anser att kostnaden för jetbränsle är i storleksordningen $ 1000 till tusentals dollar per flygningstid, kommer kostnadsbesparingarna på längre däckliv att förlora om extragenomgången hos motorgeneratorerna över konventionella bromsar innebär att du " re spenderar mer pengar under flygningen för att bära extravikt. På samma sätt bränner bränslet under taxi i & taxi våra på motorerna är inte så bra jämfört med en timme eller många av hög-power cruise ... kraftinställningar för taxi är nära eller vid tomgang, så bränsleförbrukningen är inte så hög. Dessutom är det vanligt att taxi utan att alla motorer kör, vilket ytterligare minskar bränsleförbränningen på marken.

Den stora mördaren för den här idén är vikten. Motorgeneratorer är betydligt tyngre än konventionella bromsar, och när du överväger hur mycket energi som bromsar måste kunna absorbera under ett snabbstopp, skulle du behöva några allvarligt biffiga generatorer för att uppnå vilka flygbromsar som kan göra. Eller annars skulle du ha konventionella bromsar installerade för att komplettera generatorer, och vikten går upp längre.

Som en ballpark, på en timmes flygning i en 737, ökar en extra 1000 kg av vikt bränsleförbränningen med ca 10 kg eller ca 1,5 liter. Låter inte så mycket, men när du multiplicerar den extra vikt varje flygningstid som flygplanet drivs under ett år, läggs det verkligen till. Utöver det är motor / generatorer mycket komplexare än enkla bromsar, så de skulle vara dyrare i början och kräva mer underhåll under hela sitt livslängd. Plus, jag misstänker att de skulle behöva kompletteras med konventionella bromsar som skulle användas vid en höghastighets maxhanteringsstopp (avvisad start, landning på en kort landningsbanan).

Slutresultatet av allt detta är, ingen tillverkare som jag är medveten om har funnit att avvägningarna gör denna typ av projekt värt.

Det bästa fallet är förmodligen en av riktigt långa taxitider, men i så fall skulle en backa bogserbåt kunna dra upp flygplanet till en punkt nära banan, vilket sparar brännskador på flygplanets motorer tills det var dags att starta dem. Jag är säker på att detta också har beaktats, och igen, jag är inte medveten om någon operatör som använder detta tillvägagångssätt (även om det är utanför USA, kan någon vara).

Det är en intressant fråga, men kostnaderna & matematiken bakom ingenjören har inte fungerat till sin fördel, åtminstone hittills.

genomförbart? Kanske. Förnuftig? Klart nej.

Låt oss först titta på de involverade energierna: Bromsa en Boeing 747 till ett komplett stopp kommer att ändra sin kinetiska energi med 276,4 kWh. Drag och friktion kommer kanske att svälja 20% av det, så vi har 221 kWh eller 795,6 MJ att konvertera till el inom 30 sekunder. Det betyder att generatorerna måste ha en storlek på 26,5 MW. Om du kan leva med längre decelerationsavstånd, har generatorn mer tid att applicera sitt drag och kan vara mindre för samma övergripande stoppkraft, men det blir svårt att få dina potentiella piloter att acceptera att din design nu behöver mycket längre landningsbana.

Jag fann det svårt att hitta online källor för massan av flyggeneratorer, och det bästa hittills var Jans svar här och detta EAA-sidan . Det verkar som en lätt start / generator kan ha 5 kW kraft per kg massa, så 26,5 MW-generatorn bör väga 5,3 ton.

Nästa skulle vara energilagring: För att hålla den återvunna energin för taxi och nästa start, måste batteriet väga 800 kg (förutsatt 1 kg batterimassa per MJ lagrad energi). Givetvis kommer generatorns och DC-omvandlarens effektivitet att vara under 100%, så kanske batteriet är lite lättare. En total effektivitet på 70% behöver bara 560 kg för batteriet.

Hur mycket bromsmassa och bränsle skulle det spara? Återigen är flygplansbromsmassor svåra att hitta på nätet, och jag ville inte gå igenom en riktig skivbromsmått . Men jag vet att det är en liten del av generatorns massa - kanske 10%! Med 43 MJ / kg och kanske en fjärdedel av elmotorns effektivitet är bränslebehovet bara 75 kg. Här antog jag att vi matar 800 MJ mot hjulmotorerna och försöker uppnå en motsvarande acceleration med konventionella jetmotorer. Nu anser att detta bränsle inte längre belastar flygplanet för resten av sin resa medan batterierna och generatorer fortfarande behöver transporteras runt.

Så det ser ut som att den konventionella lösningen har 10% av massan av en ordentlig generatorbroms och behöver bara 75 kg bränsle även för de största flygbolagen. Genom att bära generatorn och batteriet kommer använd mycket mer bränsle eller kräva att våra hypotetiska 747 ska bära 61 passagerare mindre. Inget flygbolag kan acceptera det!

När det gäller hjulupphängning vid beröring säger du:

This disrupts flight stability, and the jolt could be enough to cause a crash or mishap in poor landing conditions. It also causes unnecessary wear and stress to the tires due to the motionless rubber

Ja, spin-up orsakar att några av gummit brinner bort (titta bara på flyglinjer landning - spin-up signaleras av ett moln av rök, och skidmärken på banan) men jag skulle inte oroa mig om flygstabilitet när flygplanet är nere på marken. Även Låsade hjulbromsar är inte en riktig fara för flygsäkerhet på moderna trehjulingar.