Avioane electrice? (1)

Succesul, deocamdata destul de modest, al automobilelor electrice inspira si industria aviatiei.
Sa vedem deci intii care sunt conditiile de la care plecam.

Acumulatorii
Desigur si avioanele electrice se confrunta cu problema acumulatorilor. La nivelul tehnic de azi cele mai bune acumulatoare au o eficienta energetica de ca. 200Wh/kg, asta reprezinta de 50 de ori mai prost decit combustibilul clasic de aviatie. Nici pretul unui acumulator nu e de neglijat, Tesla de 65kWh costa ca. 25000$.

update: in urma comentariului d-lui Cojocaru am introdus diagrama de mai jos:

Se observa ca exista mari sperante de crestere a "energy density".

Un studiu NASA a comparat un avion clasic, Cirrus SR 22, poate cel mai vindut avion monomotor, cu unul electric, vezi diagrama.

Dupa cum se vede, presupunind un acumulator cu 200Wh/kg, un avion electric ar cintari 11.300lbs pt o distanta de zbor de numai 200 de mile. Avionul original cintareste 3400lb dar are o distanta de zbor de pina la 2500km. De abia la o densitate de ca. 400Wh/kg s-ar ajunge la o greutate cit de cit comparabila.

Motoare electrice
Motoarele electrice insa, au ceva avantaje fata de motoarele clasice. Au un randament de 2 ori mai mare decit motoarele cu turbina si de 3-4 ori mai mare decit cele cu piston. Randamentul ajunge la 94-97%, fata de cele clasice care se misca pe la 40-50%. Raportul putere-greutate e de 6 ori mai mare decit la cele clasice. In plus nu pierd putere la inaltime, sunt f. silentioase. Siemens a reusit un motor electric pt. aviatie care cintareste doar 50kg la o putere de 260kW. Mai mult, in timp ce motoarele clasice cu cit sunt mai mari cu atit au randament mai mare, la cele electrice se pastreaza raportul greutate/putere, respectiv randament indiferent de marimea motorului.
Inca un mic avantaj ar fi ca nu mai sunt necesare reductoare de viteza, adica cutie de viteza, fapt ce ieftineste constructia dar si mareste fiabilitatea grupului propulsor.  Amintesc ca cele mai mari probleme la A400 sunt legate tocmai de acest agregat. Tot la capitolul avantaje e si faptul ca motoarele pot fi amplasate oriunde nemaifind atit de dependente de o curgere de aer care sa asigure absorbtia aerului si racirea motorului.
Deci o parte din dezavantajele acumulatorilor sunt compensate de motoare.

Configuratia avionului
Dupa cum rezulta din cele de mai sus este aproape imposibil sa se ia un avion clasic si sa se-nlocuiasca, pur si simplu, motorul clasic cu cel electric. Trebuie incercat sa se profite, sa se exploateze avantajele motoarelor electrice.
NASA a anuntat o competitie intre studenti pt. realizarea unui avion electric, avion care sa aiba 4 locuri, distanta de zbor 800nm (1482km) si o viteza de 323 km/h. Aceste performante ar fi de ca. 30 de ori mai bune decit ale unui micut avion (planor) electric existent, fabricat de o firma din Slovenia, Pipistrel.

Pipistrel, motoplanor electric.

Se observa pozitia cumva neobisnuita a motorului, cocotat peste fuselaj. Si E-Genius, un avion proiectat de studentii de la univeristatea din Stuttgart, au propus o configuratie asemanatoare.

E-Genius

Probabil inspirat de aceasta un tinar american, Tom Neuman a propus o solutie pt. competitia NASA cu pozitionarea neobisnuita a motoarelor, pe ampenajele in V.

Proiect Tom Neuman

Mister Neuman si-a propus prin aceasta pozitionare a motoarelor o micsorare drastica a rezistentei la inaintare a avionului deoarece curgerea pe aripa si fuselaj ar fi quasi laminara, nemaifind perturbata de tulburentele motorului si a elicei. (apropos Ro e implicat intr-un proiect EU, BLADE pe tema curgere laminara, voi reveni). Desigur tinarul uita ca un motor cocotat mult peste centrul de greutate al avionului produce un moment de tangaj, adica tinde sa coboare botul, tendinta care trebuie contracarata de ampenaje si unghiul de incidenta a aripii, fapt care mareste ceva rezistenta la inaintare. Oricum, ideal ar fi ca vectorul tractiunii sa se afle pe axa centrului de greutate.

Sa vedem insa ce fac cei mari. NASA a lansat termenul de Distributed Electric Propulsion.
Idea e sa se instaleze un mare numar de motorase pe bordul de atac al aripii, motorase care ar putea fi actionate individual, putind produce chiar un moment de giratie facind inutila directia.
Dar avantajul enorm ar fi accelerarea curentului de aer pe aripa, accelerare care ar duce la cresterea masiva a portantei si reducerea rezistentei la inaintare.

Proiect Sceptor NASA

Curgerea pe aripa la o tractiune distribuita.

Cum spuneam, motoarele sunt actionate individual, deci in functie de regimul de zbor, de curentii aerului, eventual vint lateral se poate regla turatia motoarelor pt. a optimiza zborul. Teoretic ar fi posibila chiar rotirea motoarelor in sensuri diferite pt. a pastra echilibrul.
Se observa in imagine ca la extremitatea aripii sunt montate motoare, respectiv elice, mai mari. Accelerarea curentului la extremitatea aripii micsoreaza drastic rezistenta indusa. Rezistenta indusa se produce din cauza curgerii aerului in lungul aripii, curgere care are loc datorita diferentei de presiune intre partea superioara si inferioara a aripii. Solutia clasica pt. reducerea acestei rezistente este instalarea celebrelor winglete.

Dar ce facem cu cresterea portantei? Am putea-o folosi la reducerea vitzezei minime, respectiv a vitezei de decolare si prin asta scurtarea distantei de decolare. Dar problema noastra de baza ramine greutatea, putem folosi crestrea portantei la reducerea greutatii aripii prin reducerea suprafetei, marirea incarcarii alare. Sa nu uitam ca multimea motoraselor instalate pe aripa descarca, prin greutatea lor, aripa, portanta actionind in sus iar greutatea in jos.

Deci se ajunge la o configuratie ca cea de mai sus, cu o suprafata a aripii extrem de mica, vei zona albastra din poza si cu o reducere masiva a greutatii.
Nu e f. sigur daca o asemena configuratie ar putea fi certificata, cel putin dupa actualele regulamente e putin probabil, datorita faptului ca o cadere a tractiunii ar duce la o prabusire rapida a avionului, din cauza airpii mici care ar avea proprietati f. proaste de planare.

Revenind la comparatia cu Cirrus am putea compara variantele dupa cum urmeaza:

Se observa ca noua varianta LEAPTech ar avea o greutate de doar 3000lbs, suprafata aripii scazind de la 145 ft² la aproape o treime 55,1 ft², urmarea cresterii coeficientului de portanta de la 0,3 la 0,77. Si viteza ar trebui poate usor redusa de la 211 mph la 200, pt. a economisi energie, stiind ca rezistenta la inaintare variaza cu patratul vitezei.

Dar chiar in aceasta configuratie nu s-ar atinge distanta de zbor a avionului original.

Trenul de aterizare
O atentie deosebita trebuie data trenului de aterizare. Avioanele clasice au o greutate de aterizare mult mai mica decit cea de decolare deoarece arderea combustibilului reduce greutatea. E cunoscut faptul ca atit avioanele de transport cit si cele de lupta sunt nevoite, in cazul uneor defectiuni care le obliga sa vina la aterizare, sa-si consume combustibilul sau sa-l descarce in atmosfera. La avioanele electrice un acumulator incarcat e la fel de greu ca unul gol, deci in acest caz greutatea de decolare e egala cu cea de aterizare. Drept urmare e necesar un tren mai solid, lucru care-nseamna o penalizare suplimentara de greutate.

Va urma!

P.S Voi incerca sa vorbesc de avioane hibride dar si de proiectul BLADE la care a participat si Romania.

Trenuri

Mangalia, toamna

In orgoliul meu de bărbat mă consider incă f. vioi, potent si verde, pt. vîrsta mea. Probabil că nu am fost suficient de cercetat de doctori că precis găseau ei ceva. Dar totuși m/am hotarît să fac ceva preventiv pt. sănătate, să mă bălăcesc in nămol. Am vorbit la casa de sănătate si spre surprinderea mea s/au declarat gata să participe financiar la această acțiune. Desigur trebuia completat un vraf de documente, lucru pe care l/am executat mintenaș.
Am ales Mangalia, hotelul Paradis, fost Siemens. Cu o zi inainte sa plec am primit însă un telefon de la casa de sănătate prin care mi s/a comunicat că totusi nu sunt suficient de bolnav pt. a profita de un asemenea program și că ar trebui, mai întîi, sa fac un tratament, in Germania, si mai apoi să merg la băi. Am replicat ca un tratament ambulant în Ge ar fi mult mai scump decăt un tratament in Romania. Mi s/a spus că ar trebui să fac sport. Am precizat ca merg zilnic cu bicicleta multi km și joc fotbal odată pe săptămîna, ocazional înot. E adevarat ca nu aveam nici o dovada stampilata pt. aceasta afirmatie. Vocea blondă nu a putut fi convinsă nici atunci cînd i/am spus că un asemenea tratament, de altfel recomandat de medic, are un aspect preventiv. M/aș fi gîndit să ameninț cu schimbarea casei dar mi/am amintit că nu mai sunt in situatia de acum doi ani cînd plăteam peste o mie de euroi pe lună pt. asigurarea de sănătate si eram sănătos tun. Acum, ca pensionar, cred că ar fi fost chiar fericiți sa scape de mine.

veverita

Mergeam zilele trecute cu bicicleta si am vazut pe strada o veverita calcata de o masina. Tare mi s-a facut mila de ea, dar nu mai putea fi salvata.

Chiar in fata casei am un alun f. batrin. In fiecare toamna adun alune si ma amuz cu nepoata-mea sa le spargem si sa le prajim cu sare. Tare sunt bune. O vecina, destul de batrina, care locuieste de o viata pe aici m-a intrebat, Domnu tiganu, dar ce culegeti acolo? I-am aratat sacosa si i-am explicat ce sunt. Mi-a spus ca minca si ea asa ceva in timpul razboiului. Toamna asta insa m-am luat cu una cu alte si nu am apucat sa culeg. M-am uitat mai deunazi si nu erau pe jos decit citeva, sa fi fost vro 50-60. Mi-am zis, lasa ca vin miine sau poimiine, mai ales ca se anunta o furtuna care precis ar mai fi scuturat citeva din virful pomului pe jos. Pe seara, asteptam sa faca nevasta mincarea ma asez pe geam si vad o veverita care se infrupta cu lacomie din alunele mele. Am urmarit-o peste o juma de ora, nu dadea nici un semn sa se sature. Dupa inca citeva zile ma uit din nou la copac. Caut, cu multa atentie, dau iarba la o parte, nici nu era prea mare si nu gasesc absolut nici o aluna. Ce ma fac eu acum cu nepoata-mea?

Parca mi-a mai trecut mila de veverita, sau poate le-o fi cules vecina?

Hallimasch
Ca tot sunt la capitolul vegetale tin sa povestesc, din ciclul chestii care nu ne intereseaza, ca un bun coleg de fotbal mi-a adus azi niste ciuperci culese de el din padure. Am fost f. precaut desi stiu ca are nevoie de mine in echipa, sunt un om de baza si nu-mi imaginam ca vrea sa scape de mine. Am aflat ca aceste ciuperci se numesc Hallimasch si sunt oarecum celebre. In America, unde altundeva, acolo unde si paduchii sunt cei mai mari, s-a descoperit ca aceasta ciuperca e cea mai mare si cea mai batrina vietuitoare a pamintului, are peste 2400 de ani vechime, se intinde pe 900 de hectare si are o greutate de 600 de tone.
M-am hotarit s-o gatesc, daca nu mai dau pe aici, stiti de ce!

Cum se vind avioanele? Airbus

Am tot vorbit de cum se construiesc avioane. Am vazut ca nu e usor, dar si mai greu e sa le vinzi. Un om cinstit si harnic ar zice, e simplu, cele care au raportul performanta-pret cel mai bun sunt cele mai cautate. Ti-ai gasit! In primul rind se-ntimpla rar ca nea Ion sa-si cumpere avion, uneori nu-si cumpara nici caruta, de cumparat avioane cumpara politicienii, cel putin din alea militare, dar si civile. In al doilea rind avionul vine cum era pe vremuri, nu dam bere fara mici, adica in pachet cu multe alte chestii, cica compensatii economice.
Evident, ca fiind asa de complicat, exista specialisti care stiu cum sa miste afacerile. Acestia dispun de argumente solide, care se numesc pe romaneste, bacsis, mita sau pe nemteste "Schmiergeld", "bribe". Nemtii, fiind f. preocupati de tehnica, au format acest cuvint din "schmieren", care inseamna a unge si Geld, care-nseamna bani, deci bani de ungere, care in principiu nici nu poate fi rau, reduce frecarea.

Octombrie

Tare nu-mi place toamna, tot imi aminteste de Bacovia cu sicriele lui de plumb, desi plumbul a ajuns extrem de scump. Sau imi aminteste de Cri, cri cri, toamna gri.. nu credeam c-o sa mai vii...

Dar Octombrie e o luna importanta, in octombrie e Oktoberfest, care de fapt incepe in septembrie, si-n Octombrie a avut loc si Marea Revolutie Socialista din Octombrie, care de fapt a fost in noiembrie.  Inteleg ambele evenimente, pe vremea asta or iti vine sa bei pina nu mai poti, ori sa faci revolutie. Anul asta nu s-a potrivit sa merg la Oktoberfest, am fost in Grecia, (poate voi povesti cite ceva) asa ca am participat la revolutia din Octombrie, care a avut loc la Düsseldorf la Tonhalle.
Sala de la Tonhalle a fost construita prin 1926 si a fost initial conceputa ca Planetarium. Este f. frumos asezata, chiar pe malul Rinului si azi e sala de concerte renumita.
Ideea intendantului Operei din Düsseldorf de a face revolutia mi s-a parut interesanta, asa ca am fost si eu ieri acolo. In sala erau niste baloane rosii, opera unui artist rus, Aliosa. In program, pe linga alte bucati, a fost Sinfonia 12-a de Sostakovici. Eu nu o mai auzisem si nu stiam nimic despre ea. Este denumita si 1917 si e scrisa pt. Lenin.

Cum se pregatesc bunicii pt. incalzirea globala!

Conform previziunilor oamenilor de stiinta intr-o suta de ani nu vom mai avea zapada in Alpi. Sfisiat de durere, am mai mentionat ca schiul e pasiunea mea, m-am recalificat, am trecut la schi pe apa.

Romanian Aces of World War 2

IAR 80, fapte

The Blackest Day: 10 June 1944

Flight Journal, Dec 2003 by Cleaver, Thomas McKelvey

The great complex of air bases near Foggia, Italy, bustles with activity as the sun rises. Forty-six 82nd FG Lockheed P-38J Lightnings from the 95th, 96th and 97th Fighter Squadrons, each carrying a 1,000-pound bomb on the right wing shackle and a 310-gallon ferry drop tank on the left, shake the Foggia No. 11/Vincenzo airfield as they taxi for takeoff. Over the Adriatic, 48 1st Lighter Group P-38Js of the 27th, 71st and 94th FS flying escorts will join them. One after another over southern Italy, nearly 100 P-38s take wing and climb to altitude, Their target: Ploesti-the major oil refinery complex in Europe and more than 600 miles away across the Adriatic Sea and over the mountains of Yugoslavia. The mission: to dive-bomb the Romano-Americano oil refinery, which is the primary producer of high-grade aviation gasoline for the Luftwaffe. It will be recorded as the blackest day in the history of the American fighter forces in WW II.
....Among the pilots of the 96th Fighter Squadron detailed for the attack on Romano-Americano was Capt. Richard "Dick" Willsie, the Squadron Operations Officer and an experienced pilot with more than 40 missions under his belt. "There were 46 of us with bombs, and 48 P-38 escorts from the 1st Fighter Group," Willsie explained. "The strategy was that we would join up while crossing the Adriatic and fly over Yugoslavia until we got to the mountains, at which point we would go into Romania on the deck-and I mean we were to remain at 50 to 100 feet altitude when we came out of the mountains."
....Low-level formation flying is difficult under the best circumstances, let alone when two, three-squadron formations are flying on the deck under radio silence for two-and-a-half hours. Unfortunately for the Americans, the German air-defense radar spotted them over Yugoslavia before they entered Romanian airspace. This negated the value of the difficult low-level penetration, since they had lost the element of surprise. To cap things off, shortly after coming out of the mountains, the two groups had been separated. Both accelerated into their attack as they punched off their drop tanks over fields.
....With the radar reports now definite with regard to the U.S. attack, Luftwaffe Oberst Neumann and his assistant controller, Capitan Comandor Aviator Gheorghe Miclescu of the Romanian Air Force, scrambled their defenders as the P-38s spread out over the Romanian plain. At this point, the Germans-having identified the attackers as Jabos-expected an attack on their airfields. All operational IAR 80s of Grupul 6-led by top IAR 80 ace Capitan Aviator Dan Vizante (15 kills)-lifted off Popesti-Leordeni airfield and clawed for altitude while the Bf 109Gs of Grupul 7 flew back from the Russian Front and the Messerschmitts of I/JG 53 and III/JG 77 rose from Pipera airbase near Bucharest. Among the scrambling Luftwaffe Experten were I/JG 53 Gruppenkommandeur Knight's Cross holder Maj. Jurgen Harder (64 victories), Lt. Rupert Weninger, Lt. Erich Gehring and Uffz. Willi Dreyer, each of whom would raise his scores this day.
....Within minutes, Capitan Vizante and Grupul 6 were in position. Moments later, the P-38s of the 1st FG passed Popesti-Leordeni airfield and spotted four Do.217s attempting to land. Three flights of the 71st FS broke off to attack these aircraft. Moments later, they were bounced by the diving IAR 80s of Grupul 6. Four P-38s went down in the first pass as the others salvoed their drop tanks and tried to turn with the enemy. All the advantages the heavy P-38 had over the lighter IAR 80 were canceled out in dogfights waged at altitudes of between 100 and 300 feet. In the four-minute battle, the 23 Romanian pilots who made the interception claimed 23 P-38s for a loss of two of their own. The P-38s of the 71st FS suffered the highest casualties; nine of 16 were lost, while 2nd Lt. Herbert "Stub" Hatch Jr.-element lead for Cragmore Green flight-managed to shoot down five IAR 80s. These were the only Romanian losses of the day, and his success made Hatch one of the few P-38 "aces in a day." Capitan Aviator Dan Vizante added two P-38s to his score to solidify his position as top IAR 80 ace of the Romanian Air Force. Of 23 P-38s claimed by the Romanians, the 1st FG lost a total of 14 and numerous others were crippled.
....Not knowing that the battle was under way and still right on the deck as they approached Ploesti, the men of the 82nd overflew Pipera airbase looking for their missing escorts. Past the field, they began their climb to altitude to make the attack. At that moment, they were struck by the 40 Bf 109Gs of Grupul 7, I/JG 53 and III/JG 77. "It was as though the roof fell in on us," Willsie recalls. "There were Messerschmitts and heavy flak bursts everywhere." Of the 48 Lightnings in the attack, only 24 were able to drop their bombs on the target; nine were lost to flak and fighters and another 10 were badly damaged. During this combat, one Bf 109G-6 was shot down.
....Gefreiter Helmut Koditz was killed when his White 3 crashed near Brosteni. A second Bf 109G-6 made a successful belly landing at Horsesti, with minor battle damage. Lt. Merrill Adelson of 96th FS claimed an Me 210 and an he 111 hit while they were trying to lift off from the Pipera airbase; he also claimed the destruction of an unidentified single-engine fighter. Another 96th FS pilot, Lt. John Sognia, claimed a Bf 109G in the wild dogfights over the refinery.
....June 10, 1944, would go down in history as the blackest day in the combat history of the P-38 Lightning; the 30-percent loss rate represented the worst losses suffered during a single mission by American fighters in WW II. The Romanian claim of 51 U.S. fighters shot down was more than twice the actual loss, but 23 P-38s failed to return to their bases around Foggia. U.S. claims of 33 were also more than double the actual Romanian loss of 14-only 10 of which were fighters. The inflated claims of both sides indicate the intensity of the battle over Ploesti that day. Most important, despite all the sacrifice, the Romano-Americano refinery hadn't been seriously damaged.
.... "We pretty much felt like we'd gotten kicked pretty hard that day," said Willsie. "It took a lot of hard work by the ground crews for us to be ready for the mission we flew on the next day." Despite the battering of June 10, the 82nd flew support on the next day for a B-24 mission to Constanta. The June 11 attacks showed the growing power of the Americans; a return flight of Operation Frantic I (a repeat of the first shuttle raid flown by the 15th AF to Russia on June 2) hit Ploesti with one of the hardest blows, as the B-24s destroyed their target at Constanta.