电动汽车驱动,有电动汽车,为什么没电力驱动的飞机?现在科技设计制造很难吗?

地上跑的容易造,天上飞的不好搞!飞机与汽车原理完全不同,汽车只要轮子转动就能跑,随便一个发动机都可以驱动。而飞机不一样,飞在天空需要更大的驱动功率。发动机功率大电动汽车驱动、持续工作时间长、稳定性要好,这就是电动机/动力电池不能用在飞机上的主要原因。当然,一些打药、航拍的微型飞机除外,这些小飞机更适合用电力驱动。

电动汽车驱动,有电动汽车,为什么没电力驱动的飞机?现在科技设计制造很难吗?

理论上飞机完全可以采用电力驱动,但是实际应用会有一定的难度。可以持续大功率工作的电动机容易解决,但是如何解决体积与重量是一个难点。我们看一下航空用的涡轮轴发动机参数:

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20世纪90年代的发动机功率已经达到1566kw、而重量只有241kg。小羚羊直升机发动机功率小一些只有441kw,但是自重也没有超过160kg。电动机功率如果达到400kw,那么重量就要用吨去计算了!光一个电动机就让飞机增加上吨的自重,可以说是一件恐怖的事情!只能想想而已,没有实用价值。

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即便是只能乘坐1~3人的小型直升飞机,也难以用电力驱动。

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这种小的直升飞机采用活塞式发动机,

发动机马力在190匹左右,理论上可以用电机来替代。但是该机自重仅500kg左右,起重力在1000kg左右。如果用电机代替发动机,那么电机自重会有效降低飞机起重能力,得不偿失。

这些还没有考虑动力电池带来的问题。电池容量决定电机功率大小,也决定了飞机的续航能力。比起电机,电池能量密度更是一个棘手的问题。目前动力电池组能量密度在150wh/kg左右,一组容量为100kwh的电池组自重达到666kg。

然而100kwh的电池组只能供100kw的电机工作1-2个小时。而上图中的小型直升飞机加注240升燃油后可以持续飞行5-6个小时,100kwh的电池组根本不够用,假如电池组容量翻一倍,那么光电池的重量就已经超过一吨了!这个小飞机做成以后恐怕空载都飞不起来,自重已经超过起重能力了!

对比之下汽车的驱动功率要小很多,而且汽车对电机功率要求并不高,汽车只有起步时客服各种外力需要大功率、当汽车速度提上来以后其驱动功率会大大降低。因此电动汽车不需要配备额定功率过大的电机,配额定功率一半的电机就可以!因为电机在短时间内可以超载使用,最高可以超一倍!

例如某电机额定功率

65kw,但是短时间内超载使用时最大功率可以达到120kw。因为汽车加速就是几秒钟的事情,速度提升后维持巡航功率非常低,20kw的功率就足够了!

因此汽车上锂电容量并不是特别大,就是因为汽车不需要持续的高功率运转。而飞机不一样,飞在天空上始终需要高功率、所以只有一些小一点的飞机用电力驱动,其他飞机则没有办法采用电力驱动。

分布式驱动电动汽车是相对于集中式驱动电动汽车而言的。依照动力源布置形式的不同,电动汽车可以分为两种,即:单一动力源集中式驱动(通常简称为集中驱动式电动汽车)和多动力源分布式驱动(通常简称为分布式驱动电动汽车)。集中式驱动电动汽车的动力系统类似于传统内燃机汽车,由单个电机提供的动力通过传动机构传至驱动轮,从而驱动汽车;而分布式驱动电动汽车由两个或两个以上电机独立驱动,每个电机通过各自的减速器及传动半轴传递给驱动轮(此为轮边电机驱动)或直接将动力传递给驱动轮(此为轮毂电机驱动)。相比于集中驱动式电动汽车在动力传递过程中的功率损失,效率较低等问题,分布式电动汽车将驱动电机直接安装在驱动轮内或者驱动轮附近,其动力传动链短、传动效率高。

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分布式驱动电动汽车依据动力传动结构的不同通常可以分为两种:第一种就是依靠电机与减速器组合驱动而成的,第二种则是轮边/轮毂电机驱动。在第一种驱动方式下,驱动电机与固定速比的减速器相连,动力一般通过半轴传至驱动车轮,由于电机和减速器布置在车架上,因此该驱动形式在现有车身结构的基础上只要稍加改动,就可以推广应用,十分方便;在第二种驱动方式下,它是将驱动电机安装在副车架上,驱动轮从其对应侧输出轴获取驱动力,而轮毂电机驱动形式是将电机和减速机构等直接放在轮辋中,这种结构取消了半轴、万向节、差速器、变速器等传动部件,因此具有结构紧凑、车身内部空间利用率高、整车重心低、行驶稳定性好等优点。

电动汽车驱动,有电动汽车,为什么没电力驱动的飞机?现在科技设计制造很难吗?

2022-06-10

2022-06-10