موتور های حرارتی یا برقی ، کدام بهتر است ؟

توسط : Armin تاریخ :‌ 12 تیر 1399, 11:11 بازدید : 77 دسته بندی : مقالات هوانوردی / مقالات آموزشی
چگونه فناوری‌های جدید بر نسل بعدی وسایل نقلیه هوایی تاثیر می‌گذارند

انتقال به پیشرانه الکتریکی در مقیاس جهانی در حال انجام است که این امر نشانگر افزایش تعداد اتومبیل­های هیبریدی-برقی و پهپادهای برقی در خیابان­ها و آسمان­ها می­باشد. اما چطور پیشرانش الکتریکی که از انرژی الکتریکی تامین شده توسط یک باتری یا سلول سوخت هیدروژن استفاده می­کند با پیشرانه حرارتی با سوخت فسیلی مقایسه می­شود؟

بسته به نوع دستگاه، موتورهای احتراقی می­توانند بسیار متفاوت ظاهر شوند، در هواپیماها و هلیکوپترهای بزرگ موتور احتراقی شکل یک توربین را به خود می­گیرد. در توربین، سوخت در یک محیط غنی از اکسیژن می­سوزد، هوای گرم و فشار زیادی را در یک محفظه محصور ایجاد می­کند و از این انرژی استفاده می­کند.

در وسایل نقلیه برقی، موتور از روتور و استاتور تشکیل شده است. استاتور با پالس برق از یک وسیله الکترونیکی، یک میدان مغناطیسی را در اطراف روتور تولید می­کند که این امر سبب چرخش شده و سپس محور محرک وسیله نقلیه، روتور را می­گرداند؛ این انرژی توسط یک سلول سوخت هیدروژن یا یک باتری تامین می­شود. به منظور درک بهتر این موضوع، می­توان گفت که تامین کننده توان، شبیه به باتری­های موجود در لپ­تاپ است اما قدرتی معادل چندین هزار برابر آن را دارد.

 

محدودیت های پیشرانه حرارتی

موتورهای احتراقی برای سفرهای دوربرد ایده­آل هستند زیرا سوخت فسیلی در هر کیلوگرم سوخت، توان و انرژی زیادی تولید می­کند. به عبارت دیگر، آن­ها ماموریت­های دوربرد را با انبوهی از سوخت که حمل می­کنند به پایان می­رسانند. مخازن سوخت فسیلی با توجه به حجم بالای سوخت موجود در آن­ها، بسیار سبک وزن است. اشکال اصلی این پیشرانه­ها، انتشار گازهای گلخانه­ای NOx، CO2 ، ذرات و... است. علاوه بر این، مقدار زیادی سوخت در گرمای تولیدی هدر می­رود؛ در حقیقت، سه چهارم تا دو سوم انرژی سوخت به گرما تبدیل شده و یا از طریق اگزوز از بین می­رود. پیشرفت­هایی برای مقابله با این عوامل منفی­ مانند خارج کردن مقداری از انرژی از دست رفته از اگزوز داغ برای گرم کردن هوا قبل از احتراق شکل گرفته است اما این پیشرفت­ها به طور کامل با اتلافات مقابله نمی­کند.

آیا پیشرانه‌ی الکتریکی جوابی برای این موضوع دارد؟ عملکرد موتورهای برقی و توان الکترونیکی بسیار بهبود یافته است؛ امروزه آن­ها به درجه بهتری از توان نسبت به موتورهای احتراقی دست می­یابند. علاوه بر وزن کم، موتورهای الکتریکی دامنه سرعت بیشتری نسبت به موتورهای احتراقی دارند که یکی از مزایای این امر باعث کاهش نیاز به جعبه دنده می­شود.

 

چالش­های موجود در انرژی الکتریکی

چالش اصلی انرژی الکتریکی حداقل با فناوری امروزی این است که نمی­توان آن را به طور موثر از منظر جرم و حجم ذخیره کرد. در ساده­ترین شرایط، مقدار زیادی باتری برای برابر کردن کارایی سوخت لازم است. در مقایسه با وسایل نقلیه زمینی، جرم و حجم مورد نیاز برای ذخیره انرژی در هواپیما و روتورکرفت­ها بسیار مهم است زیرا ممکن است به طور مستقیم بر بار و یا عملکرد تأثیر بگذارد و برخلاف مخزن سوخت خودرو، باتری در طول سفر سبک­تر نمی­شود و این امر یک نقطه ضعف دیگر است. ذخیره جرم و حجم نیز برای سلول­های سوخت هیدروژن مشکل­ساز است. هیدروژن یا باید در فشار بالا در حالت گاز یا به عنوان هیدروژن مایع اشباع در دمای حدود 253- درجه سانتی‌گراد نگهداری شود و به منظور دستیابی به این امر به مخازن عایق بزرگ و زیادی نیاز دارد. 

 

یافتن راه حل میانی؛ پیشرانه ترکیبی

گزینه دیگر، ترکیب بهترین­ها در هر دو حالت است. این امر به عنوان پیشرانه هیبریدی-الکتریکی شناخته می­شود، که از ترکیب موتور احتراق داخلی معمولی با سیستم پیشران برقی استفاده می­کند.

لوکا کازتی، بخشی از تیم راه حل­های نوآورانه در ایرباس که پیشرانه ترکیبی برای وسایل نقلیه هوایی را ارائه داده است، گفت: "ترکیبی کردن ما را قادر می­سازد تا بهینه­سازی کنیم. شما می­توانید از موتور حرارتی در فازهای خاصی از پرواز استفاده و در نتیجه بهینه­سازی و مصرف آن را برای آن وضعیت خاص بهینه کنید."

 

آینده­ای روشن

در آینده از چه نوع پیشرانه­ای ممکن است در هواپیماها استفاده شود؟ برای هواپیماها و هلیکوپترهای تجاری، موتورهای احتراقی از قبل پایدارتر نیز امکان­پذیر است؛ به عنوان نمونه ایرباس هواپیماهای پهن پیکرA350 XWB را که از مخلوط سوخت جت پایدار استفاده می­کنند، ارائه کرده است. به موازات آن، سیستم­های پیشرانه هیبریدی-الکتریکی پتانسیل بسیار خوبی را برای استفاده در هواپیماها و هلیکوپترهای متوسط نشان می­دهند.

پیشنهاد پیشرانه کاملا برقی

چنین سناریویی در حال حاضر برای حمل و نقل شهری در حال توسعه است، جایی که سفر از فرودگاه به مرکز شهر کوتاه و میزان بار آن با نیاز تاکسی قابل مقایسه است. امروزه بیش از 150 وسیله نقلیه هوایی شهری تحت هدایت شرکت­های نوپا، تولید کنندگان خودرو، شرکت­های هوافضایی و سایر موارد در مراحل مختلف توسعه در سراسر جهان قرار دارند. این وسایل نقلیه هوایی شهری آینده، به گونه­ای طراحی شده­اند که کاملاً برقی و در انتشار آلایندگی صفر باشند. ایرباس با توسعه Vahana و CityAirbus که هر دو پرنده‌هایی عمود پرواز الکتریکی (eVTOL) بوده و برای حمل و نقل درون شهری مناسب می­باشند در حال خرید این بازار است. صرف­نظر از مسیری که در فرآیند طراحی و تولید طی شده، مشخص است که روش­ها و مواد تولید باتری، سلول­های هیدروژنی از اهمیت ویژه­ای در سال­های آتی برخوردار خواهند بود.

مطالب مشابه


با هواپیمای BAE 146 بیشتر آشنا شوید
با هواپیمای BAE 146 بیشتر آشنا شوید

هواپیمای BAE 146 یکی از هواپیماهایی می‎باشد که در ناوگان هوایی ایران بکار گرفته

26.03.99 مقالات آموزشی
دلیل خاموش کردن موبایل در هواپیما چیست ؟
دلیل خاموش کردن موبایل در هواپیما چیست ؟

هواپیما شروع به حرکت می‌کند و هنوز به ابتدای باند پرواز نرسیده است. سرمیهماندار

12.04.99 مقالات آموزشی

ارسال نظر

عکس خوانده نمی شود

2020 © کلیه حقوق محفوظ و متعلق به شرکت دانش پرواز فخر است.
انصراف