高原缺氧,能否將直升機改為純電動不需要燃油???


可以!無非就是飛多久的事情,飛個半小時找充電樁就行了。

高原還是無能為力,因為高原壓根不是渦軸發動機的問題,是旋翼的問題,空氣稀薄升力不夠。

提升旋翼轉速看似可行,但實際上此路不通。旋翼轉速都是額定的,翼尖速度都限制在0.6馬赫以下,同時匹配發動機最佳效率轉速。再快就離音障太近了,危險。

增加旋翼量(長度、實度、軸數)是個辦法,但靠的還是發動機功率頂上去。

還有就是儘可能減重瘦身,提高功重比。可是聽說你要上電池?好嘛!100公斤電池未必抵得過10公斤油的航程,頭比身子重。

因為渦軸機本來就功重比高,對海拔不敏感,最佳轉速下熱效率高,剛好匹配直升機的恆定旋翼轉速,簡直是直升機的絕配。

電機的優勢是對轉速不敏感,這對車來說是巨大優勢,但對直升機可以說是屁用不頂!

想飛高原打小印度,讓祖國母親研發大功重比渦軸啊!高薪養人才啊!解放思想禁錮啊!技術挂帥啊!開放民企市場啊!除此以外還有什麼出路?


傳統的載人直升機從未有過完全依靠電池來進行垂直起飛,巡航和降落的工作。流動性電氣化已在每個行業或多或少地打擊了每個行業,直升機行業採用電力的速度一直很慢,但已經有苗頭了。2019年加利福尼亞的諮詢公司Tier 1 Engineering和LungBioTechnology將一架R44直升機轉換為電力,實現了34.5英里(30海里)的飛行。

從技術上講,這是一種用於器官傳遞的電動半自動旋翼機(EPSAROD),它的飛行在洛斯阿拉米托斯陸軍機場開始,以92英里/小時(80節)的速度持續了22分鐘,飛行高度為800英尺。

電動直升機創造了吉尼斯世界紀錄,這是最遠的電力驅動的直升機飛行


直升機在高原性能下降不是因為缺氧,而是空氣稀薄,旋翼產生不了足夠的升力。

另外,電池的能量密度太低,會使得原本就下降的載重能力更加捉襟見肘。

簡單算一下吧,1公斤煤油熱值43MJ,渦軸發動機熱效率按25%算,產生的機械能就是10.75MJ。

電池能量密度按最樂觀的每公斤300Wh算,電機效率100%,產生同樣的機械能需要電池重量是9.95kg。十倍於燃油的重量。


現在的直升機,遇到的不是缺氧的問題。

活塞發動機的固定翼,一般飛一兩萬英尺就很掙扎了,上三萬英尺需要各種魔改。

渦槳發動機,輕輕鬆鬆飆上去。

直升機配兩台渦輪軸發動機,轉子吸力那麼強,高空吸氧輕輕鬆鬆,功率絕對沒問題。

問題出在空氣稀薄,那麼旋翼產生升力就費勁。固定翼飛機可以慢慢加速到高亞音速甚至超音速,而旋翼速度是有上限的,這直接限制了直升機的發揮。高原型直升機不是沒有,但是載重都一般。

而你的想法是把幾百公斤的動力系統,直接換成一兩噸重都無法供應同等功率的笨重且廢物一般的電池。

真是優秀呢。


如果只是單純地回答「直升機螺旋槳能否依靠電力起飛」,不考慮所謂的高原因素,那麼我的回答是:

當然有可能。

大疆的四軸無人機就是最典型的例子。依靠電池提供能量起飛。四軸無人機也可以看做是直升機。

即使不提四軸機,淘寶上一大堆的遙控直升機玩具。一般便宜的幾十塊,稍好點的一百來塊。這些都是電池驅動電機起飛的,我自己都玩壞過好幾台了。

直升機航模入門級的基本上都是電池動力。

所以直升機當然是可以依靠電池+電機來起飛的。

一眾答案都在嘲諷電池驅動的直升機,可是提的問題並沒說是載人的直升機啊!

當然,如果是載人的直升機,有沒有可能用上電池驅動呢?

我們做一個簡單的核算。以普通單人輕型直升機為例,一款典型的直升機參數如下:

發動機功率:48kW;空機重量150kg,最大載重量145kg,燃油攜帶量38升。

如果換成電機+電池,比亞迪幾年前在秦DM上就能做到28kg的電機達到110kW的功率。那麼現在一台額定功率50kW的電機,重量控制在20kg以內是很容易做到的。

電池的話,假設能夠讓直升機續航1小時,則需要50kWh的電池。按照目前動力電池最先進的水平,能量密度可以做到250Wh/kg,則電池需要200公斤。

這顯然已經超過了直升機的空重。

那能不能把思路轉變一下,設計出續航較短但是使用成本極低的觀光型直升機呢?我們只需讓其續航達到30分鐘(實際使用時間為20分鐘左右)即可。這樣電池重量就只需要100公斤。電機20公斤,再加上其他機身材料,空重可以控制在180公斤左右。

那麼載重就可以達到約120公斤,這已經足夠單人特種作業了。

或者把電機功率到100kW,電池容量到50kWh,則空機重量可能控制在300公斤以內。載重量可以做到150-200公斤,足夠乘坐2名乘客,續航30分鐘,就能達到觀光直升機的水準了。

電池驅動的直升機,續航時間肯定是不如燃油直升機的,但是它最大的優點就是:

維護簡單,使用成本低廉。

燃油直升機的發動機機械部件維護需要成本。但是電機幾乎免維護,冷卻要求也更低。

同時,輕型燃油直升機差不多每小時的燃油成本在100-200元,但電動輕型直升機每小時耗電量只有幾十度電,成本可能只有20元左右。如果放到每次20分鐘飛行時間看,可能連10元都不到,這樣使用成本差距非常明顯。

電池驅動的直升機,從理論上是可能獲得一部分市場的。這部分市場可能對使用成本較敏感,但對滯空時間和載重量沒那麼高的要求。例如觀光直升機、巡查直升機等。

我造訪過拉斯維加斯,當地有一個特色旅遊項目就是觀光直升機。這類直升機不需要多大的航程,單次航程可能只有十幾分鐘,但體驗價格相當昂貴,99美元起。國內也有一些直升機旅遊項目,價格一般都是200元每次起。如果能做到單次使用的能源成本只有10元左右,那麼單次飛行體驗的價格有可能做到99元,這將會引爆更大的市場。

所以我還是認為,這個問題的答案是可能的,而且還有很大的前景。


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