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1 # 水墨車事
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2 # 陰山Discovery
這個問題問得非常好。
事實上電動飛機早就有了。電動飛機(Electric aircraft)是指依靠電動機而不是內燃機驅動的飛機,電力來源包括燃料電池、太陽能電池、超級電容器、無線能量傳輸或其他種類的電池等。已經研製成功的可載人電動飛機主要包括太陽能飛機、蓄電池電動飛機和燃料電池飛機等型別。1957年6月30日,第一架電動飛機模型試飛成功。2010年7月8日,太陽能飛機首次完成26小時晝夜連續飛行。許多國家都有各種各樣的電動飛機研發成果。飛上天的技術不是問題,問題是怎麼才能飛得快、飛得遠。
電動飛機、電動軍艦在未來都有可能大規模普及,但所有問題的焦點都集中在電池上。鋰電池、燃料電池和太陽能電池等電動力推進系統關鍵部件成本高,電動力推進系統和電動飛機的開發成本也很高,所以現階段的普及是個大問題。
下一次科技革命,一定是由電池引發的。現在無論是手機、電腦,還是汽車、飛機、軍艦,都已經有了前所未有的發展,但它們都同時遭遇了一個同樣的問題——電池。比如說你的手機電腦,用一天就必須充電;最好的新能源汽車,續航最長也就500公里左右,卻要把整個底盤都安裝上龐大的電池,最要命的是充電要充幾個小時甚至更長;軍艦上的電子炮和鐳射武器,威力巨大,但必須裝載龐大的電力系統。
於是,體積小、蓄電大、充電快的電池就成為了所有需要移動的裝置的發展瓶頸,什麼時候出現了這樣的電池,就必將引發下一次科技革命。
我們來想象一下這樣的電池將會如何改變我們的生活。
你的手機和電腦只要一粒指甲蓋大小的電池,充電10秒鐘就可以使用一個月;
汽車、飛機將永遠告別燃油,也許特斯拉的電池只有一本書那麼大,充電幾分鐘就可以跑1000多公里;
不會再有電線,家家戶戶需要的電力,可以在超市買一個肥皂盒大小的充電寶,回家有插就可以用好幾個月;
軍隊的武器將告別火藥,士兵手裡的槍都是鐳射武器,內建強大的電池;
坦克、軍艦、飛機上的炮都是鐳射炮或電子炮;
……………………
您的腦洞一定比我的大,繼續想象吧。
事實上,這樣的電池並非科學幻想,石墨烯技術的出現已經讓人類看到了下一次科技革命的曙光。也許不久的將來,上面的描述都會變成現實。電動飛機一定會向現在的燃油反擊一樣隨處可見,漫天翱翔。
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地上跑的容易造,天上飛的不好搞!飛機與汽車原理完全不同,汽車只要輪子轉動就能跑,隨便一個發動機都可以驅動。而飛機不一樣,飛在天空需要更大的驅動功率。發動機功率大、持續工作時間長、穩定性要好,這就是電動機/動力電池不能用在飛機上的主要原因。當然,一些打藥、航拍的微型飛機除外,這些小飛機更適合用電力驅動。
理論上飛機完全可以採用電力驅動,但是實際應用會有一定的難度。可以持續大功率工作的電動機容易解決,但是如何解決體積與重量是一個難點。我們看一下航空用的渦輪軸發動機引數:
20世紀90年代的發動機功率已經達到1566kw、而重量只有241kg。小羚羊直升機發動機功率小一些只有441kw,但是自重也沒有超過160kg。電動機功率如果達到400kw,那麼重量就要用噸去計算了!光一個電動機就讓飛機增加上噸的自重,可以說是一件恐怖的事情!只能想想而已,沒有實用價值。
即便是隻能乘坐1~3人的小型直升飛機,也難以用電力驅動。
這種小的直升飛機採用活塞式發動機,
發動機馬力在190匹左右,理論上可以用電機來替代。但是該機自重僅500kg左右,起重力在1000kg左右。如果用電機代替發動機,那麼電機自重會有效降低飛機起重能力,得不償失。
這些還沒有考慮動力電池帶來的問題。電池容量決定電機功率大小,也決定了飛機的續航能力。比起電機,電池能量密度更是一個棘手的問題。目前動力電池組能量密度在150wh/kg左右,一組容量為100kwh的電池組自重達到666kg。
然而100kwh的電池組只能供100kw的電機工作1-2個小時。而上圖中的小型直升飛機加註240升燃油後可以持續飛行5-6個小時,100kwh的電池組根本不夠用,假如電池組容量翻一倍,那麼光電池的重量就已經超過一噸了!這個小飛機做成以後恐怕空載都飛不起來,自重已經超過起重能力了!
對比之下汽車的驅動功率要小很多,而且汽車對電機功率要求並不高,汽車只有起步時客服各種外力需要大功率、當汽車速度提上來以後其驅動功率會大大降低。因此電動汽車不需要配備額定功率過大的電機,配額定功率一半的電機就可以!因為電機在短時間內可以超載使用,最高可以超一倍!
例如某電機額定功率
65kw,但是短時間內超載使用時最大功率可以達到120kw。因為汽車加速就是幾秒鐘的事情,速度提升後維持巡航功率非常低,20kw的功率就足夠了!
因此汽車上鋰電容量並不是特別大,就是因為汽車不需要持續的高功率運轉。而飛機不一樣,飛在天空上始終需要高功率、所以只有一些小一點的飛機用電力驅動,其他飛機則沒有辦法採用電力驅動。