Welche Geschwindigkeiten sind mit einem Elektroantrieb erzielbar

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Ta152

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Es gibt ja diverse Konzepte für Passagierflugzeuge mit Elektromotoren. Unabhängig davon welche Batteriekapazität notwendig ist, welche Geschwindigkeiten kann man eigentlich mit Elektromotoren erreichen? Klassische wäre ja ein Motor + Propeller. Da wird es spätestens ab 600km/h schwierig. Kann man mit einem Mantelpropeller mehr erreichen? Gibt es irgend welche Ansätze wie man mit einem E-Motor in die Bereiche kommt die heute Passagierflugzeuge mit Turbofan erreichen?
 
HoHun

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Moin!

Es gibt ja diverse Konzepte für Passagierflugzeuge mit Elektromotoren. Unabhängig davon welche Batteriekapazität notwendig ist, welche Geschwindigkeiten kann man eigentlich mit Elektromotoren erreichen? Klassische wäre ja ein Motor + Propeller. Da wird es spätestens ab 600km/h schwierig. Kann man mit einem Mantelpropeller mehr erreichen? Gibt es irgend welche Ansätze wie man mit einem E-Motor in die Bereiche kommt die heute Passagierflugzeuge mit Turbofan erreichen?
Die Tupolow Tu-114 kann vielleicht als Maßstab dienen. Da allerdings ein Flugzeug mit Elektromotor nicht als Nebenwirkung des Energieverbrauchs im Flug seine Masse deutlich reduziert, wie es bei einem Verbrennungsmotor der Fall ist, darf man zum Vergleich nicht die Startmasse der Tu-114 heranziehen, sondern eher so etwas wie das mittlere Fluggewicht.

Die Breguetsche Reichweitenformel zeigt für die Tu-114 einen Reichweitengewinn von ca. 40 % durch die mit dem Energieverbrauch erzielte Massenabnahme. Bei einem Elektroflugzeug wären das 0 %.

Man würde also in erster Näherung eine Energiemassendichte der Akkumulatoren benötigen, die 40 % über der von Kerosin liegt, um die Geschwindigkeit und Reichweite der Tu-114 zu erreichen. Kerosin liegt wohl etwa bei 43 MJ/kg, das sind 12000 Wh/kg. Akkumulatoren liegen derzeit bei 250 Wh/kg, also um Größenordnungen unter dem Referenzwert. (Daher spare ich mir die Feinheiten der evtl. unterschiedlichen Wirkungsgrade der Umwandlung der gespeicherten Energie.)

Wenn Du elektrisch schnell und weit fliegen möchtest, sind derzeit Akkumulatoren keine Option. Man kann Elektrität natürlich auch anders erzeugen ... in den 1950ern hat man zum Beispiel ernsthaft über Atomreaktoren an Bord von Flugzeugen nachgedacht.

Tschüs!

Henning (HoHun)
 

Ta152

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Aber wird mit bei der Tu-114 und ähnlichen Flugzeugen ein nicht zu verachten Teil des Antriebs durch den Restschub der Gasturbinenen erzeugt? Sprich wenn man statt den 4 Gasturbinen mit je 11.186 kW da vier Elektromotoren mit der gleichen Leistung drann schraubt wird das Flugzeuge bei gleichem Gewicht deutlich langsamer sein. Bei späten Kolbenmotorjagdflugzeugen hieß es das bei Höchstgeschwindigkeit bis zu 10% der Vortriebsleistung durch die Abgase erfolgte, die gibts ja bei E-Motoren nicht.
 
Intrepid

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Bis erneuerbare Energien in der Großluftfahrt Verwendung finden, sind wir bei Power to Liquid angekommen (und brauchen zehnmal so viel Strom, um diese sagenhafte Flüssigkeit zu erzeugen, als wenn wir die elektrische Energie sofort einem Antrieb zuführen würden).

Ich glaube, wir müssen uns um Geschwindigkeiten > 600 km/h mit E-Antrieb keine Gedanken machen. Gehen tut das bestimmt, wenn ich die Hot Section eines Triebwerks mit hohem Nebenstromverhältnis durch einen E-Motor ersetze. Aber eben nur für kurze Zeit, bis der Akku leer ist. Vielleicht gibt es mal Hybrid-Flugzeuge, die mit Akku-Energie ihren Steigflug unterstützen und dann auf Kerosinbasis ihren Reiseflug ausführen (um dann im Sinkflug zu rekuperieren).

E-Antriebe in der Luftfahrt werden dort Verwendung finden, wo heute noch Autos mit Verbrennungsmotor für in Gebrauch sind.
 

jackrabbit

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Hallo,

E-Antriebe in der Luftfahrt werden dort Verwendung finden, wo heute noch Autos mit Verbrennungsmotor für in Gebrauch sind.

... auf dem Weg zum Flughafen zu den "richtigen" Fliegern? :rolleyes1:


(war nur ein Witz: ich bin für Elektro :wink2: )

Grüsse
 
HoHun

HoHun

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Moin!

Aber wird mit bei der Tu-114 und ähnlichen Flugzeugen ein nicht zu verachten Teil des Antriebs durch den Restschub der Gasturbinenen erzeugt?
Wahrscheinlich schon, aber ich kenne für dieses Triebwerk keine genauen Zahlen, und für eine grobe Abschätzung macht es wahrscheinlich keinen entscheidenden Unterschied.

Bei späten Kolbenmotorjagdflugzeugen hieß es das bei Höchstgeschwindigkeit bis zu 10% der Vortriebsleistung durch die Abgase erfolgte, die gibts ja bei E-Motoren nicht.
Für die Fw 190D-9 mit Jumo 213 A, 1780-PS-Basis, Leistungsstufe entsprechend 1780 PS in Meereshöhe (sollte Kampfleistung sein, ist aber kompliziert beim Jumo 213 :-), komme ich oberhalb der Volldruckhöhe sogar auf einen Schubanteil der Abgase von ca. 25 %.

Tschüs!

Henning (HoHun)
 

Flusirainer

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Aber wird mit bei der Tu-114 und ähnlichen Flugzeugen ein nicht zu verachten Teil des Antriebs durch den Restschub der Gasturbinenen erzeugt?
Wahrscheinlich schon, aber ich kenne für dieses Triebwerk keine genauen Zahlen, und für eine grobe Abschätzung macht es wahrscheinlich keinen entscheidenden Unterschied.
Man braucht sich doch bei der Tu-114 und An-22 nur mal die Auspuffrohre anschauen, wie groß die sind. Da kann man sich schon denken, das deren Schub nicht unerheblich ist.
 
innwolf

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Wider eine Frage der Optimierung, enger Auströmquerschnitt = hohe Abgasauströmungssgeschwindigkeit = hoher Abgasschub = hoher Abgasgegendruck = weniger Drehmoment....
 
Schorsch

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Propellerwirkungsgrade gehen ab M0.5 in den Keller, und sind spätestens bei M.75 dort final angekommen.
Die Tu-114 flog maximal 870km/h in 8000m Höhe. Die Schallgeschwindigkeit beträgt da etwa 1120km/h. Folglich M.78 auf der Uhr, und das ist sicherlich der "Best Case" Wert (also optimale Randbedingungen).
Restschub wird da sehr relevant gewesen sein, denn von den installierten 60000PS sind vielleicht noch 20% da (wegen Höhe), und der Wirkungsgrad des Propellers sinkt dann gegen 50%. Daher auch der infernalische Lärm.
Die Reisegeschwingkeit ist mit 740km/h angegeben, also M.66. Da fliegt auch ein A400M. Das geht noch mit einem Prop, aber ist schon etwas Kopfstand nötig.
Gute spezifische Reichweiten von Turboprops werden bei etwa 250-300kts erreicht, also bummelig 450-550km/h.

Im Prinzip kann ich mit einem Elektromotor auch direkt einen Fan antreiben. Dann erreiche ich wohl die gleichen Geschwinigkeiten wie heutige Flugzeuge, wobei der Beitrag des Fans auch bei normalen High Bypas Turbo Fans mit der höhe sinkt.
Nicht unterschätzen sollte man die enorme Leistung die so ein Flugzeug im Reiseflug hat.
Kann man ganz simpel händisch berechnen.

A320 wiegt 70t und hat ne Gleitzahl von 18.
Dann hat er 3900daN (oder 4 Tonne) Widerstand.
Er fliegt mit M.78, somit 860km/h.
P = F * v = 39kN * 238m/s = 9300kW = 9.3MW
Man kann das auch andersherum aus dem Fuel Flow berechnen, dann muss man allerdings alle Wirkungsgrade abziehen.
 
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gero

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Hallo,

die aktuelle (August 2020) KITPLANES hat einen Artikel über das NXT Next-Team. Es entsteht ein heißes Rennflugzeug, ein Einsitzer mit einem gewaltigen Elektrotriebwerk auf der Jagd nach dem elektrischen Geschwindigkeitsrekord.RR hat ja vor einiger Zeit die Siemens Elektroflugantriebssparte übernommen, und dieses Projekt soll zeigen, was möglich ist. Im Artikel ist von mehr als 400kW Dauerleistung aus drei gekoppelten Elektromotoren an einem Prop die Rede. Das Ziel ist irgendwo jenseits der 400 km/h. Der aktuelle Rekord aus dem Jahr 2017 liegt wohl bei 342.8 km/h

gero
 

Flusirainer

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A320 wiegt 70t und hat ne Gleitzahl von 18.
Dann hat er 3900daN (oder 4 Tonne) Widerstand.
Er fliegt mit M.78, somit 860km/h.
P = F * v = 39kN * 238m/s = 9300kW = 9.3MW
Ist da in Reiseflughöhe auch schon der geringee Luftwiderstand berücksicht, oder ist das auf Bodennähe berechnet.
Eigentlich sollte ja der Luftwiderstand nicht vom TAS sondern vom IAS abhängen.
 
cool

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EDDF
Das ist in Reiseflughöhe.

Über den dicken Daumen kann man auch sagen, dass der maximale Schub in Reiseflughöhe bei rund 20% des statischen Schubs am Boden liegt und normalerweise werden davon rund 80% abgerufen.
Also ganz grob für ne Hausnummer
 
Schorsch

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mit Elbblick
Ist da in Reiseflughöhe auch schon der geringee Luftwiderstand berücksicht, oder ist das auf Bodennähe berechnet.
Eigentlich sollte ja der Luftwiderstand nicht vom TAS sondern vom IAS abhängen.
Die Gleitzahl unterstellt, dass das Flugzeug mit optimaler IAS fliegt (je nach Gewicht etwa 250-290kts). Fliegt man schneller, sinkt der induzierte Widerstand, fliegt man langsamer, steigt dieser. Diese IAS entspräche auf Reiseflughöhe dann etwa M.78. Der Widerstand ist somit unabhängig von der Flughöhe immer der gleiche, jedoch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten über Grund.
 
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