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2014,05,21,13,5110819
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"> ein E-Antrieb bietet die Möglichkeit Konfigurationen zu bauen, die aus Sicht des Wirkungsgrads dem konventionellen Flugzeug überlegen sind. "
Das ist aber gerade nicht spezifisch fuer den E-Antrieb. Die Jodel Bebe, die Fourniers, die ersten Scheibes, dann die erste Version der Dynamic, die MC BanBi, die aktuellen high-End-UL zeigen doch, dass auch mit Verbrennungsmotoren gut doppelt so hohe Effizienz verwirklicht werden kann.
Der Vorteil der amerikanischen Flieger ist fuer mich die Robustheit und Dauerhaltbarkeit. Hättch auch gerne
Als Nebenbenerkung fliegt die C15x, die ich kenne, IAS 90 kts eher mit 65%
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Ich habe einfach nur auf gleicher Basis diskutiert wie du. Mein Vergleich war ähnlich, apples and oranges.
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Es läßt sich mit diesem Vergleich recht plakativ belegen welchen dramatischen Einfluß die Konfiguration auf den Antriebsbedarf haben kann (Bei gleicher Transportleistung).
[...]
Ich denke, die meisten C150/152 fliegen nicht für ihre Transportleistung, sondern verbringen ihr Leben vornehmlich damit, im Kreis geflogen zu werden und unterschiedliche Annäherungsgeschwindigkeiten an den Boden zu erproben und die Haarfarbe von Fluglehrern zu beeinflussen. Und dafür ist in erster Linie ein robuster Motor gefragt, gerne auch elektrisch. Aber will man einen Parameter vergleichen, muß man die anderen beeinflussenden Parameter möglichst konstant halten, sonst verliert der Vergleich an Aussagekraft.
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Warum muß da immer ein "Akku" ins Flugzeug. Was spricht gegen den klassischen Verbrenner mit Solar auf der Tragfläche und Elektro Motor für den Flug? Oder der Verbrenner wirkt nur als "range" extender wie im i3 und der Antrieb ist immer elektrisch. Selbst bei mir scheint in 85% der Flugzeit Sonne auf die Flächen ;-)!
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Gewicht, Komplexität, Kosten, Wirkungsgrad sind bei den von Dir vorgeschlagenen Lösungen viel schlechter als beim einfachen Verbrenner. Und mit Solarzellen auf den Flügeln kannst Du mit viel Glück Transponder und Funk betreiben, evtl. noch den Elektromotor ... des Cockpitventilators
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Alles interessant aber schwer. Und solange wir noch viel viel viel mehr flüssige fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung verbrennen als die gesamte Militär und zivile Luftfahrt braucht, sollten wir, um diese bergrenzten Recourcen nicht zu verschwenden, woansderst mit dem sparen ansetzten.
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Solarzellen auf den Flächen reichen gerade einmal für die Sitzheizung. Schau Dir mal an, wie groß dieser Motorsegler von Picard ist und der kommt nur bei Rückenwind vorwärts.
Beim seriellen Hybrid (Verbrennungsmotor treibt Generator an, erzeugt Strom, treibt Elektromotor an) entsteht sehr viel zusätzliches Gewicht und es geht viel Energie verloren. Der erwähnte i3 mit Range Extender hat bei leerem Akku nur 35 PS und braucht mehr als 7l pro 100km. Und das ist der Stand der Technik.
Akkus sind schon der richtige Weg und da gibt es zur Zeit viel Fortschritt. 50kW-Schnellladung ist Standard, 75kW kommt demnächst (bei Autos) und die Energiedichte verbessert sich auch stetig. Man muss der Sache etwas Zeit geben, Lycoming und Continental haben es von 1940 bis 2014 nicht geschafft, eine automatische Gemischregelung zu entwickeln...
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wie einfach wäre es denn, eine C15x auf Hybrid oder gar komplett Elektro umbauen? Sowohl vom behördlichen Irrsinn her, als auch vom Kostenfaktor?
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Die Ladegeschwindigkeit wird für einige Applikationen in der Luftfahrt möglicherweise relevanter sein, als die Kapazität.
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30 Minuten von 0 auf 80% Kapazität ist aktuell der Standard. Der Ladestrom geht asymptotisch gegen Null, daher immer der Wert bis 80%. Das Wechselakkukonzept wird sich m.E. nicht durchsetzen, man verliert zu viel Kapazität und Flexibilität durch die Mechanismen.
Mit einem Akkuflugzeug kann man schon bald 80% der Hobby-GA abdecken. Der Mensch hat die Eigenart, dass er immer Optionen haben will, die er nie braucht und sich in Abwesenheit dieser Optionen eingeschränkt fühlt. Der Schweizer braucht 300PS im Auto trotz Langsamfahren im ganzen Land, der Autofahrer meint die Elektroreichweite sei zu wenig, obwohl sie in 98% der Fälle reicht, etc.
Mittelmäßige Firmen machen das was Kunden wünschen (Marktforschung und der ganze Quark). Gute Firmen machen die Produkte, von denen die Kunden sich heute nicht vorstellen können, dass sie sie haben werden wollen.
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Es wird nie sinnvoll sein eine C152 auf Elektroantrieb umzurüsten. Aber ein Schulflugzeug mit e-Antrieb zu entwickeln (mit den dafür geforderten Eigenschaften: robust, einfach zu fliegen, etc) ist natürlich möglich und wird sicher einer der nächsten Schritte sein. Ein Hersteller arbeitet an diesem Konzept meines Wissens nach sehr intensiv. Der Prototyp soll in diesem Sommer fliegen.
An sich ist der Aufwand so etwas zuzulassen nicht höher als bei konventionellen Flugzeugen, man kann nur nicht auf schon zugelassene Komponenten zurückgreifen (z.B. Motor). Zumindest in der CS23 ist das dann mit erhebliche Kosten verbunden. Wann sich da jmd. wirklich rantraut ? Daher wird sicher der Anfang im UL, LSA oder CS22 Bereich liegen. Das Antriebsystem der Lange Antares besitzt z.B. immerhin eine Zulassung gemäß CS22.
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Beitrag präzisiert.
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Wahrscheinlich würde es sogar in der C 210 mehr bringen, ein paar Bärte auszukurbeln :-)
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Bärte auskurbeln ist ja auch Solarenergie :)
Wenn man eine Photovoltaikanlage auf das Dach einer C210 bauen würde - ich schätze, 6qm könnte man da gut unterbringen, was so ein KWp an Leistung bringen könnte. Scheint mir mehr zu sein als Ram Air in der M20J und das Ding wurde immerhin auch verbaut ;)
Jetzt kommts - man könnte natürlich mal ausrechnen, wieviel Energie von Quax' C210 IO540 in den Alternator fließt, damit der den Strom für all' diese Bildschirme in seinem Cockpit erzeugen kann! Bin fast sciher, dass man das im Vario sieht, wenn der Björn im Steigflug mal den Hauptschalter ausknipsen würde. Also zumindest im Climb on top wäre die Aufdachanlage für die C210 eine wirklich gute Lösung und würde vielleicht sogar noch Luft für die Anschaffung weiterer Gadgets und deren elektrischen Betrieb schaffen!
Man könnte das Gewicht der Solarzellen durch das Einsparen des/der Alternators ausgleichen!
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Es gibt inzwischen aufklebbare felxible Solarzellen. Die könnten auch dafür sorgen, das die Batterie unterwegs an einem fremden Platz nicht leer wird. Und wiegen tun die nicht wirklich viel. Man könnte so vermutlich damit einen Transponder für Segelflieger betreiben. Nur eine Idee.....
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Das Wort Gadget mag ich überhaupt nicht. Aber denke das Aspen verbraucht weniger Strom als ein "klassisches" HSI. Alles ander ist entweder Wichtig oder läuft auf Akku. Denke da könnten man sogar mehr als 6qm drauf packen, beim putzen kommt es einen wie 40qm vor ;-)
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Denke auch das ein Aspen weniger Strom benötigt als ein altes mechanisches HSI. Und beim Putzen habe ich immer Helfer, und wenn ich ehrlich bin. So oftg habe ich meinen Flieger noch nicht gewaschen. Ist einfach zu viel Arbeit.
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Also, sowas kann man ja natürlich auch googlen. Das Aspen braucht 0.5-1. amp, ein mechanisches HSI (zB Collins) etwas unter 0.5 amp. Was das Doc Golze, Iphone, Ipad, GNS, Powerflarm, stormscope, EDM usw. noch brauchen, kann ich nicht sagen ;)
Na, also, Spaß bei Seite, ich weiß schon, dass Björn das Wort vom Gadget nicht mag und habe es darum benutzt. Ich schaue alle Videos von Dir, Björn, alle sehr schön. Aber an das vollgepropfte Cockpit werde ich mich nie gewöhnen können. Jedes Instrument hat sicher seine Berechtigung, nichts ist unnötiger Schnick-Schnack, nichts ist Gadget im eigentlich Sinne des Wortes.
Aber in der Summe hast Du Dir was geschaffen, von dem ich immer Angst hätte, dass es mir den Blick auf das wesentliche verstellte.
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Ich hätte mal einen völlig anderen Ansatz, der mir bestimmt schon seit 10 Jahren im Kopf herumschwirrt.
Die üblicherweise diskutierten Antriebsformen bringen ja den angesprochenen Nachteil mit sich, dass gespeicherte Energie (sei es in Form von AVGAS, Wasserstoff (oder anderen Brennstoffzellvarianten) oder einer Batterie) nun mal Gewicht kostet, das wiederum energieverbrauchend mit Auftriebskraft kompensiert werden muss (und jede(r) Tank/Batterie ist irgendwann leer).
Bei Solarzellen mag das anders sein, doch hier wäre zu kritisieren, dass zunächst aus Photonen Strom gewonnen wird und der dann wiederum in kinetische Energie umgewandelt wird - also auch ein energetischer Umweg auf Kosten des Wirkungsgrades.
Deshalb folgende Überlegung: welche Energie muss nicht erst mitgeschleppt werden, sondern ist vor Ort in Reiseflughöhe reichlich vorhanden? (1.) Sonnenwärme von oben, (2.) kalte Umgebungsluft, und zwar je höher, desto kälter. Diese Temperaturdifferenz lässt sich ja mit einer Wärmekraftmaschine energetisch ausbeuten, und zwar als direkte Umwandlung von Wärme in kinetische Energie bzw. Propellermoment, ohne energetische Zwischenschritte über Stromerzeugung, Batterien usw..
Als solche Wärmekraftmaschine böte sich ein in den Flügel untergebrachter Flachplatten-Stirling-Motor geradezu ideal an. Die Flügeloberseite (=heiße Seite des Stirlingmotors) müsste transparent aus glattem Plexiglas o.ä. bestehen. Im Flügel wäre ein schwarzer, flächiger Verdränger/Regenerator unterzubringen, der sich gelagert an einem Scharnier im Bereich der Flügelrückseite im Flügel rauf und runter bewegen würde. Der Verdränger wäre im Querschnitt vorne dicker und würde in Richtung Flügelrückseite spitz zulaufen (also quasi wie das Flügelprofil, nur an allen Stellen in etwa die halbe Dicke). Der Arbeitskolben müsste nicht besonders groß sein und könnte irgendwo zentral im Flugzeug über ein Schwungrad die Energie direkt auf den Propeller übertragen.
Die Flügelunterseite (=kalte Seite) könnte z.B. aus längs zur Flugrichtung geriffeltem Aluminium bestehen (Oberflächenvergrößerung, damit an der Unterseite stärker gekühlt wird als ander Oberseite).
Ein solcher Motor ließe sich sehr simpel, mit geringem Gewicht und wenig störanfällig (da wenige bewegliche Teile) bauen. Und viele Quadratmeter Platz stehen an der Flügeloberfläche ja zur Verfügung. Bei der beschriebenen Konstruktion könnte das Innenvolumen der Flügel nahezu vollständig für den Verdränger"kolben" ausgenutzt werden, da auch die üblichen Profilformen sich ideal eigenen, einen solchen Verdränger unterzubringen (dennoch einen Flügelholm unterzubringen, ließe sich leicht lösen).
Man kann natürlich darüber reden evtl. eine Minibatterie mit E-Motor zu ergänzen, nicht für den eigentlichen Flugbetrieb, sondern nur um die Eigenstartfähigkeit zu verbessern und als Sicherheitsreserve bei unerwarteter Wetterverschlecherung (=Sonnenmangel), wobei ein solcher Stirlingmotor vermutlich auch nicht direkt ausgehen würde wenn mal eine Wolke vor der Sonne ist, da die heiße Seite im Bereich der Flügeloberseite sich ja nicht schlagartig abkühlen würde.
So eine Maschine wäre natürlich ein reines Schönwetter-Freizeitsportgerät... mit vollem "Tank" bis sunset ;-)
Leider verstehe ich zu wenig von Physik und Thermodynamik um korrekt auszurechnen, wie viele PS/kW sich zum Beispiel mit 10 m² Flachplattenstirlingmotor erzeugen lassen bei sonnigem Wetter und den in Reiseflughöhe üblichen Umgebungstemperaturen.
Gibt es hier z.B. einen Maschinenbauingenieur, der dies nicht direkt als Spinnerei abtut und sich zur Machbarkeit äußern würde? Eine physikalisch fundierte Begründung für den Fall, dass es nicht funktionieren könnte, würde mich natürlich ebenso interessieren.
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Gibt es hier z.B. einen Maschinenbauingenieur, der dies nicht direkt als Spinnerei abtut und sich zur Machbarkeit äußern würde? Eine physikalisch fundierte Begründung für den Fall, dass es nicht funktionieren könnte, würde mich natürlich ebenso interessieren.
Die per Strahlung eingebrachte Energie der Sonne beträgt etwa 1066 W/m² (Solarkonstante liegt bei 1367 W/m², etwa 22% davon werden durch die Atmosphäre reflektiert oder absorbiert). Die Unterseite wird durch konvektion nicht kälter sein können, als die umgebene Lufttemperatur, bei ISO-Bedingungen am Boden also 288,15K. Legen wir eine maximale Oberflächentemperatur von 332.15K zugrunde (60ºC), und vernachlässigen wir die sicher auftretende Wärmeleitung von Ober- zu Unterseite, erhalten wir einen maximalen theoretischen thermischen Wirkungsgrad von 0,1324 (Carnot-Wirkungsgrad). Es blieben also maximal 141 W/m² für den mechanischen Antrieb, mechanische und aerodynamische Wirkungsgrade nicht mitgerechnet und ausgehend von ziemlich wohlwollenden Anfangsbedingungen.
Energie alleine ist nicht immer entscheidend, die "Qualität" der Energie muß auch stimmen. Wärmekraftmaschinen laufen hier auf der Erde zum Beispiel wunderbar mit Wasserdampf bei 700K. Da steckt sehr viel Energie im Wasserdampf (etwa 3000 kJ/kg bei 0,1MPa). Auf dem Merkur mit seiner Oberflächentemperatur von 700K ist der selbe Dampf aber nutzlos, auch wenn er die gleichen 3000kJ/kg enthält. Er steht dort einfach mit der Umgebung im Gleichgewicht.
Besten Grusz,
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Dass solar betriebene Stirlingmotoren in flat-plate-Bauweise grundsätzlich funktionieren, wurde ja oft demonstriert, siehe dutzende modellhafte youtube-videos wie dieses hier: https://www.youtube.com/watch?v=G2CCDwwRfhwAber dass die Leistung auch im Falle einer Großbauweise von mehreren Quadratmetern für den Betrieb eines Luftfahrzeugs völlig unzureichend wäre, kann ich nun anhand Deiner Angaben nachvollziehen.
Besten Dank dafür!
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... habe ich auch gerade gedacht. Als ob die Elektro-kW irgendwie den Knalltreibling-kW überlegen wären.
Entweder, da verwechselt jemand Wirkungsgrad und Leistung (dann würden wir aber über % und andere Zahenwerte reden), oder Energieverbauch und Leistung (ditto mit kWh).
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Das hat schon einer seinerzeit anläßlich des ICARE II ausührlich ausgerechnet und veröffentlicht.
Fazit: Für eine Alltagtauglichkeit sind die Traflächen zu klein, die Sonne zu schwach, der Leistungsbedarf zu hoch.
So eine C-150 hat knapp 15 m² Flügelfläche. Die Sonne spendiert unter optimalen Bedingungen 1,367 kW/m², also ca. 20 kW auf die C-150 Fläche. Wenn diese Fläche
- im Weltraum fliegt (keine atmosphärischen Verluste),
- keine Wolken da sind,
- die Fläche immer senkrecht zur Sonne steht,
- die Solarzellen einen Wirkungsgrad von 100% haben,
- usw.
Alles kein Problem, wenn die Cessna 8000h im Jahr im Freien parkt, jemand täglich die Flächen sauber macht, und jemand einen entsprechenden Stromspeicher erfindet.
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Pipistrel Elektro UL
der UL Hersteller hat nun ein Elektro-UL heraus gebracht. Die Werte sind für Flugschulen optimiert, Reiseflug ist weiterhin nur eingeschränkt möglich!
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Liest sich super, so ein Spielzeug kann ich mir persönlich gut vorstellen für die Zukunft. Den Avgas-Luftverpester zum Reisen und das elektrische UL um mal um den Block zu fliegen.
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