我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。

“我們不太可能再製造太陽能噴氣式飛機了。GE90渦扇發動機的功率輸出為75兆瓦。”

太陽能的能量通常在每平方米1KW(0。001MW)左右(當接近兩極時會更少)。這意味著為一個相當於GE90的電池板供電,將需要一個75000平方米的太陽能電池板。777飛機有兩個。

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

因此,一個15萬平方米的太陽能電池就可以供起一架777飛機。但是777飛機的橫截面積只有小小的801719。

從重量上看,太陽能電池板(可能會變得更輕)的平均重量約為20公斤/平方米。我們需要15億平方米。或者,300萬公斤!

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

假設這些問題都可以解決,但若是需要在晚上飛行,要怎麼辦?硼化釩(VB2)熔融空氣電池,作為單位重量具有最高容量的電池,其能量密度為5200Wh/Kg或5。2KWh/Kg。透過計算,我們需要重達14423kg的電池(不包括電池外殼)來為一個GE90等效的電池供電一小時。而像之前所說的,777飛機有兩個GE90,所以它需要重達28846kg的電池來提供一小時的電量。

777飛機的平均飛行時間是6小時。所以,6 x 28846kg的結果就是,我們需要一個重達173076kg的VB2(電池的設計者假設空氣會被吸入電池,所以空氣的重量無關緊要)

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

777飛機起飛的最大重量是351500公斤。飛機的空重(僅機身本身)為188241kg,還剩163259kg留給燃料,電池和其他負荷。假設我們用VB2給它“加油”,並忽略了飛行員(非常小)的重量,我們可以駕駛777飛機大約56。4分鐘。但是,我們仍然需要考慮太陽能電池板的重量(假設有一些技術可以為VB2充電)。而且一架沒有乘客的飛機是不會賺錢的。然而,有時由於跑道或密度較低(飛機“認為”的高度),飛機必須在低於MTOW的高度起飛。

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

但是,在這種情況下,VB2空氣電池會存在一些問題。首先,它們是不可充電的。其次,它們需要在700-800°C下工作。這與40000英尺的-57°C溫度相差甚遠(是的,我有意混合米制和英制測量,因為英尺幾乎總是用於海拔高度)。所以,你需要把電池加熱上升857攝氏度才能從電池中獲得能量。但你首先需要電力來加熱電池。

現在我們把它和GE90中使用的電源噴氣機A做個比較,噴氣機A的功率是46。4MJ/Kg。由於功率是隨時間變化的功(能),我們可以使用公式P=W/t,其中:

P=功率,W=以焦耳(J)為單位的功,以及t=時間。

所以,P=46400000j/3600s,等於128888wh/Kg。這幾乎是VB2的2。5倍。

這意味著在6小時的飛行中,69832kg的噴氣機A會被燒燬, 173076kg的VB2飛機則不會。

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

液體燃料(即噴氣式飛機A)比電化學燃料的能量密度更高。液體燃料的能量密度只有核動力和物質反物質湮沒才能超過。

此外,VB2的價格為1009美元/公斤(9美元散裝釩,500美元散裝硼x2)。同時,在Tipton機場(我工作的地方)噴氣式飛機A的價格為3美元/加侖,或0。79美元/升。

777飛機的燃油容量為181283升(143213。57千克,因為噴氣機a為0。79千克/升),適用於-300ER型。考慮到這些數字,用噴氣式飛機A在Tipton為777加油至其標準燃油容量將使您失去143213。57美元(請不要試圖在3000英尺的跑道上降停一架777飛機或試圖從12000加侖的油箱中加油)。

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

假設我們在VB2上沒有盈利,把你的777加到這裡的MTOW,你就要花費164728331美元加上稅金(超過飛機本身成本的一半),才得到56。4分鐘的飛行時間。

我有沒有提到VB2是不可充電的?它會像噴氣式飛機A一樣被消耗掉,唯一的好處就是你不會在白天消耗掉它。

現在讓我們看看太陽能電池板的成本。典型的1平方米太陽能電池板的價格是87。25美元(再強調一次,這是有可能改進的)。把87。25美元乘以150000就是13087999美元。GE90每臺發動機的價格約為24000000美元。777飛機有兩個。因此,太陽能電池板實際上節省了34912001美元。但是你要怎麼把它們裝在這麼小的飛機上呢?

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

“我們不太可能再製造太陽能噴氣式飛機了。GE90渦扇發動機的功率輸出為75兆瓦。”

用電動機轉動壓縮機葉片。在這一點上,只不過是一個管道螺旋槳與許多重物。但是使用一個無重物的外露的螺旋槳會讓設計更高效。

用電加熱在燃燒室裡的空氣是有可能的。在這種設計中,我們只需要換一個熱源,用電而不是噴氣式飛機A。我們仍然需要投入75兆瓦的電力來加熱空氣。

一個“離子”設計。老實說,這是我(可能還有其他人)提出的一個想法(這意味著它可能行不通)。原理就是,吸入空氣並電離它,然後用磁鐵從後面射出去。它與深空探測器上使用的發動機基本相同,只是用進氣代替了氙氣。我不知道這需要多少能量。然後你需要更多的動力來進行機艙增壓、加熱、空調、電力和液壓。

我們有製造太陽能飛機的技術嗎?

然後是維修問題。大多數A& Ps(機身和發電廠機械師)都受過修理和維護活塞和渦輪發動機的培訓,但並沒有太陽能發電的相關培訓。他們必須接受再培訓。不過很可能那些沒有很多噴氣式飛機的小型維修店甚至不會費心對員工進行再培訓。

總之,我們見識了太陽能的侷限性。如果我在雲層下開飛機或者使太陽能電池板遠離太陽,會發生什麼?我相當於開始“點燃”VB2。如果我已經使用了VB2,我的引擎就要停止工作了。

簡單地說,當前製造太陽能噴氣式飛機是不切實際的。

讓我們看看發動機的設計。我看到了三種可能的設計:

1。維基百科全書

2。天文學名詞

3。forbes- Sheryll

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯絡作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處