ĐỘNG CƠ MÁY BAY ĐIỆN KHÍ HOÁ TÁC ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO ĐẾN QUY TRÌNH THIẾT KẾ [PHẦN 2]

Đánh giá hiệu suất và phát thải chất ô nhiễm

Nhu cầu của xã hội đòi hỏi việc vận chuyển người và hàng hóa nhanh hơn, năng suất cao hơn với công nghệ sạch hơn. Để đáp ứng các nhu cầu này, động cơ máy bay điện khí hóa được coi là một lĩnh vực đầy hứa hẹn.

Dựa trên công việc được thực hiện ở phần [2], mô phỏng được sử dụng như thế nào để đánh giá lượng khí thải CO2 và NOx của một hệ thống động cơ đẩy điện hybrid máy bay cánh quạt song song. Lợi ích của việc chạy mô phỏng tăng gấp đôi. Đầu tiên, đó là một cách để đánh giá mức độ ảnh hưởng của mức phát thải này bởi các phương án thiết kế, chẳng hạn như các chiến lược quản lý điện năng khác nhau. Thứ hai, nó giúp xem xét các số liệu khác ngoài lượng khí thải. Ví dụ, đó là một cách tốt để kiểm tra xem bất kỳ sự cải thiện nào về mức phát thải đều không phải trả giá bằng khả năng hoạt động.

Tác động của chiến lược quản lý điện năng đến việc phát thải

Được phát triển với Simcenter Amesim, khung mô phỏng tích hợp mô hình nhà máy nhiệt điện dựa trên mô hình nhu cầu điện trực thăng và các tương quan tính toán phát thải chất ô nhiễm phù hợp.

Tổng quan về khung phần mềm đánh giá hiệu suất và phát thải của Simcenter Amesim [2]

Dựa trên mô hình này, các nhà thiết kế đã so sánh ba chiến lược quản lý năng lượng dẫn đến các kết luận sau:

Cất cánh và hạ cánh hoàn toàn bằng điện. Chiến lược này rõ ràng mang lại lợi ích về việc phát thải gần mặt đất, nhưng không mang lại lợi ích về mức tiêu thụ nhiên liệu tổng thể và phát thải chất ô nhiễm.

Tuabin khí được thu nhỏ và sử dụng năng lượng điện đối với yêu cầu công suất cao (loại chiến lược “peak shaving” hoặc “electric boosting”). Điều này có thể giúp giảm lượng nhiên liệu khối và lượng khí thải CO2. Tuy nhiên, nó buộc tuabin khí phải làm việc trong điều kiện thúc đẩy quá trình hình thành NOx.

Có sự phân chia công suất giữa tuabin khí và năng lượng điện. Phiên bản này hứa hẹn nhiều điều hơn về việc giảm NOx.

Trong bối cảnh điện khí hóa hệ thống truyền lực, tuabin khí hiện tại được sửa đổi với bộ thu nhiệt làm giảm biên độ đột biến

Những kết luận này phụ thuộc nhiều vào việc hình dung trình độ công nghệ đối với các chi tiết (chẳng han trong tương lai, chúng ta có thể mong đợi tỷ lệ công suất trên trọng lượng tốt hơn). Các kết quả chỉ ra rằng đối với công nghệ hiện tại, việc lai tạo dự kiến sẽ không mang lại bất kỳ lợi ích nào về hiệu suất tổng thể và lượng khí thải cho ba chiến lược quản lý năng lượng đã đánh giá. Mời bạn tham khảo phần [2] để có được toàn bộ nội dung nghiên cứu.

Đổi bằng các thuộc tính khác

Sự phức tạp của động cơ đẩy máy bay điện khí hóa còn nằm ở việc cân bằng nhiều thuộc tính. Nếu phân tích được trình bày trong phần [2] chủ yếu là về lượng phát thải, thì mô hình hệ thống cho phép truy cập vào các số liệu chính khác.

Khả năng vận hành là một khía cạnh bạn muốn quan tâm với tư cách là một nhà thiết kế. Ví dụ, thay đổi điều kiện hoạt động của tuabin khí có thể dẫn đến giảm biên độ tăng áp của máy nén.

Trọng lượng hệ thống truyền lực cũng cần được giám sát chặt chẽ. Mức độ điện khí hóa nhất định có thể dẫn đến sự suy giảm khả năng chuyên chở trọng tải không thể chấp nhận được.

Ước tính trọng lượng hệ thống truyền lực [2]: trong Trường hợp A (trình độ công nghệ hiện tại), việc phân chia 90/10 và 80/20 là không khả thi nếu không vượt quá trọng lượng cất cánh tối đa của trực thăng

Giữ cho các chi tiết luôn mát

Ngay cả khi các bộ phận điện của hệ thống truyền lực cung cấp hiệu suất tốt thì mức công suất tải nhiệt cũng tăng đáng kể. Các nhà thiết kế phải đảm bảo rằng tất cả các bộ phận, từ thùng nhiên liệu đến bộ pin đều hoạt động trong phạm vi nhiệt độ chấp nhận được trong toàn bộ chuyến bay.

Tôi thấy một thách thức lớn ở đây. Phân tích kiểu tĩnh có thể không giúp ích gì cho việc dự đoán điểm gãy tiềm năng. Hiện tượng điện và nhiệt có thời gian đặc trưng rất khác nhau. Bạn có thể rơi vào tình huống tải nhiệt khi cất cánh sẽ ảnh hưởng đến hoạt động tại một số thời điểm khó dự đoán trong khi máy bay hoạt động. Ngay cả khi yêu cầu nguồn điện được đặt ở các giá trị thấp trong một thời gian.

Sự tăng nhiệt độ nhiên liệu được mô phỏng trong khi vận chuyển hành khách của máy bay cánh quạt (loại UH-60)

Tôi đoán bạn biết tôi đang nói gì điều này: mô phỏng có thể hữu ích! Ý tưởng ở đây là xây dựng một mô hình ghi lại động lực học của các tải nhiệt và tản nhiệt khác nhau, trên chính mô hình động cơ đẩy. Các nhà thiết kế ở phần [3] đã làm điều đó đối với trường hợp máy bay điện hybrid. Mục tiêu là đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu trên máy bay làm tản nhiệt.

Mô hình Simcenter Amesim kết hợp quản lý nhiệt và hệ thống đẩy

Các nhà thiết kế thực hiện phân tích các chiến lược quản lý điện năng khác nhau, có hoặc không có tuần hoàn nhiên liệu để tăng cường khả năng làm mát hệ thống. Ví dụ, nghiên cứu chỉ ra rằng chỉ sử dụng năng lượng điện để cất cánh sẽ dẫn đến nhiệt độ nhiên liệu rất cao, buộc các nhà thiết kế phải xem xét thêm các bộ tản nhiệt. Khi xem xét phân chia năng lượng, hệ thống quản lý nhiệt hiện tại không thể đáp ứng được hơn 10% năng lượng điện năng trong việc chia tách.

Nguồn: Siemens

Leave a Reply

Your email address will not be published.