¿Podría la turbina y la cámara de combustión de un motor turborreactor ser reemplazado por un motor eléctrico de alta potencia y aún generar un empuje comparable?

Answer 1

Sí, pero con un poco de advertencia, solo podría levantar un avión relativamente pequeño del suelo y volarlo durante un tiempo y distancia muy modestos.

El concepto parece ser tan fácil de implementar. Puede ir a cualquier tienda de pasatiempos y comprar un modelo RC con ventilador de conductos. Prueba de concepto – ¿verdad? – Sí para volar modelos RC.

El mundo real no es tan conveniente para los aviones reales que transportan personas reales a distancias reales útiles a velocidades reales (omití varias comas reales, porque pesan demasiado).

El vuelo eléctrico no escala bien.

Un jet-liner de tamaño mediano típico requiere ~ 60MW de potencia aplicada continuamente para navegar a una velocidad normal de 35,000 pies, a una velocidad normal de 530 mph y hacerlo durante 4 o 5 horas. Esa es la realidad cotidiana.

Su avión con motor eléctrico no pudo cumplir, o incluso comenzar a acercarse a esos parámetros de vuelo. 60 MEGAWATTS, es decir ~ 10% de la salida continua de una estación generadora de energía nuclear promedio, una que proporciona la energía eléctrica para una ciudad de tamaño mediano.

¿Cómo se genera y luego ALMACENA ese tipo de poder? ¿Qué tan GRANDE sería su paquete de BATERÍA y cuán PESADO sería? ¿Cómo CONDUCE ese tipo de energía eléctrica a los motores? ¿Qué tan GRANDES deberían ser sus barras colectoras o cables? ¿Cuánto pesarían los conductores? ¿Qué tan GRANDES Y PESADOS serían los motores eléctricos? ¿Qué hace con el PESO MUERTO de la batería de descarga (los aviones queman su pesada carga de combustible)? Hay más, mucho más, en los problemas no iniciales de las aeronaves comerciales con motor eléctrico del mundo real.

Existen pequeños aviones eléctricos de “tamaño completo”: juguetes Cessna de tamaño 172. Nunca verás ni siquiera aviones de transporte de tamaño 737, a menos que estén hechos de nanotubos de carbono y película de mylar y que no lleven nada más que bolsas de gas de helio, para distancias moderadas a ~ 60 mph, en una mañana muy fresca y tranquila.

Answer 2

Creo que lo que tiene sentido es que el motor eléctrico alimenta solo la turbina de baja presión (el ventilador). Eso podría requerir un engranaje reductor para igualar mejor las rpm máximas de ambos. Todos los otros compresores más todas las etapas de la turbina se han ido.

El trabajo de la mayoría de esas etapas es aumentar la presión del aire para proporcionar suficiente aire para la combustión y luego convertir el calor de la combustión en energía mecánica. Con un motor eléctrico que alimenta el ventilador, todo ese equipo se ha ido.

La forma óptima real para un turboventilador alimentado directamente por un motor eléctrico podría ser diferente.

Por lo tanto, es probable que el motor resultante sea mucho más corto.

Y lo más importante, es probable que el motor resultante acumule una pequeña fracción del turboventilador de combustión de potencia similar.

Lo que no pregunta es cuánta masa de batería se necesitaría frente a la masa de combustible para aviones. Hoy en día, las baterías químicas siguen siendo demasiado pesadas para los prácticos motores de turboventilador eléctrico.

Answer 3

No. Un turborreactor tiene compresor (es), cámara de combustión, turbina (s) y una boquilla . Sin la quema de combustible para aumentar la temperatura, un compresor no produciría mucho empuje ya que se produciría una expansión insuficiente en una boquilla “fría”.

Si la pregunta hubiera sido “de un motor turbo FAN “, entonces sí. Necesita alrededor de 40–50MW para conducir el ventilador de un avión civil de línea ancha en el despegue.

La mayoría de los motores eléctricos tienen una relación potencia / peso muy pobre, esto es crítico para el uso de aviones. Siemens tiene un motor de 250Kw que tiene una potencia / peso comparable a un núcleo de turboventilador. Se necesitarían alrededor de 400 de ellos para un gran avión civil de pasajeros. Es casi del tamaño correcto para un pequeño biplaza, excepto que las baterías pesarán mucho más de lo que el combustible tendría.

El motor eléctrico récord mundial para aviones establece nuevos récords [] = Corp

La densidad de energía de la batería LiPo está en el rango de 0.36–0.95 MJ / kg. Algunas tecnologías de batería pueden alcanzar 2 MJ / Kg pero cuestan mucho más.

Combustible jet de grado A 42.8 MJ / kg.

Incluso si el (los) propulsor (es) se pueden ampliar el tamaño requerido con una relación potencia / peso, el rango será del 2.2% -5% de un Jet alimentado con líquido o comenzarán a dejar el equipaje y las personas.

Answer 4

A velocidades subsónicas, la respuesta es sí, aunque no generará la misma cantidad de empuje simplemente intercambiando directamente esos componentes; necesitaría rediseñar el motor por completo y se volvería más difícil generar un empuje comparable para aplicaciones supersónicas (aunque definitivamente es posible; al igual que los turbojets / turbofans, reduce la velocidad del aire a velocidades subsónicas, le agrega energía mecánicamente (en lugar de hacerlo mecánicamente) calor y presión de combustión) y luego use una boquilla convergente divergente para expulsar el aire energizado a velocidades supersónicas).

Para motores subsónicos grandes como los que se encuentran en los aviones modernos, más del 90% de su empuje proviene de su ventilador. Potencia eso eléctricamente y de inmediato tienes un motor de empuje comparable.