題:
會不會有能夠跨大西洋飛行的全太陽能客機?
anonymous
2016-11-24 17:17:39 UTC
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一架新的或經過改裝的現有客機,例如一架波音737,是否可以完全由太陽能提供動力,並進行航空燃料飛機的正常飛行?

實現這一目標的最可能方法是使用幾種化學方法之一,將大型地面太陽能轉化為噴氣燃料工廠。
定義“太陽能供電”;石油來自恐龍(et al。),他們通過吃掉其他吃了能吃太陽光子的植物的恐龍而變得如此大而可怕。
[是否允許使用飛艇](http://www.sciencealert.com/this-gigantic-chinese-airship-flies-on-solar-power-for-up-to-to-六個月-一次)?
讓您了解當前的太陽能技術:[這是一個1兆瓦的太陽能發電廠](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Canal_Top_Solar_Power_Plant.jpg)。根據[this answer](http://aviation.stackexchange.com/questions/19569/how-many-kilowatts-to-get-an-electric-747-8-,您需要90兆瓦才能駕駛B747-8空降)。而且您需要選擇僅在白天飛行的出發時間。如果電池效率為100%,則只需要今天電池面積的1/5。仍然是一個巨大的挑戰(地球上可見光譜中的太陽輻照度約為1kW /m²)。
@brian祝您好運到0.75馬赫左右。
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是。大規模太陽能電池陣列驅動,將海水分解為H2 / O2,為飛機提供燃料。正如pjc50所說,飛機表面需要太多的太陽能。
請記住,如果您不必擔心[肉冰棍](https://www.youtube.com/watch?v=8Dd_qiuWxPs),則可以減輕很多負擔。 [NASA](https://en.wikipedia.org/wiki/Helios_Prototype),[Qinetiq / Airbus](https://en.wikipedia.org/wiki/Qinetiq_Zephyr)和其他人製造的“空中衛星”幾週內的耐力數字或高度限制> 90,000英尺(高於U-2,並且帶有*螺旋槳*,而不是噴氣發動機)。將它們送往大西洋似乎是一件微不足道的任務,令人討厭的部分是此類蛛絲結構的起飛/著陸。
@NickT另一個令人煩惱的部分是,穿越大西洋需要幾天或幾周而不是幾個小時,而且可能的有效載荷可以忽略不計。也可以只使用飛艇。 “航空衛星”是一個精巧的主意,用於需要將非常少量的重量保持在給定區域上方較長時間的事物,但對於以0.75馬赫的速度在地球上飛行200名乘客的作用不大-0.8。
VoltAir是全電動客機的概念:http://www.nbcnews.com/id/43556583/ns/technology_and_science-luxury_tech/t/voltair-electric-passenger-jet-future/#.WD6fcvmqqko
“ ***哦不!***我看到烏雲...我們要死了!”
八 答案:
GdD
2016-11-24 18:15:50 UTC
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簡短答案:否

長答案:否。看看太陽能脈衝項目,這是其中一些最好的太陽能技術,而且幾乎沒有能夠非常緩慢地運載一個人。如果乘坐一架客機,將其覆蓋在可用的最佳太陽能電池中,然後將其連接至可用的最佳電動發動機,它甚至可能無法滑行。

這裡有些科學:地球上太陽的最大能量密度約為1300瓦/米平方。大約有30%的氣體在大氣中損失,因此,您在地球表面獲得的最佳能量約為900 W / m2。例如,波音737的機翼面積為102平方米,相當於撞擊機翼的太陽能量約為90000瓦(90KW)。我們將太陽能轉換為電能的最佳功率轉換約為10%,因此,從737太陽能電池陣列中最多可獲得9KW的功率。正如我們從這個答案中看到的,將747飛機送入空中需要90兆瓦(兆瓦)的功率,假定將737飛機送入空中需要大約1/3或30MW或30000KW的功率。空氣,那麼該陣列將僅產生所需電能的0.3%,這是在最強的陽光下最好的情況。如果是陰天或晚上,您將完全不走運。

任何基於當前電池技術的解決方案都在此處解決,在這一點上非常不可行。

從理論上講,太陽能客機不可能與噴氣a1客機一樣好,這是因為即使您100%轉換為電能,來自太陽的能量也不足夠。如果電池技術要比液體燃料更好地達到其能量密度的數量級,那麼就可以了,這還有很長的路要走,目前實驗室概念中最好的電池約為密度的1/5。液體燃料。一旦電池到達那裡,太陽能便可以為飛行充電。實際上,太陽能可用於以二氧化碳和環境中其他元素的可再生方式製造液體燃料。生物燃料是太陽能,但是如果不從人們的食物中拿走食物,我們就不能在燃料使用上大打折扣,我個人更願意吃!

我不同意這個答案,純粹是因為它討論了當前的技術和當前的功率轉換“最佳情況”:當問題要求“可能存在”時。因此,問題就變成了這樣一個問題:對於巡航飛行中的飛機而言,更“最佳情況”的80 kW(假設機翼更大,效率為80%)是否足夠?電池(由陸基太陽能電池板充電)可以提供起飛動力,在空中補充太陽能以進行巡航。我懷疑答案仍然是“否”,但由於您給出的原因而還不完全是
即使是100%高效的太陽能,@JonStory也僅具有將B737送入空中所需的功率的3%。
@ratchetfreak如果您再次閱讀我的評論,我是說“讓737升空”可以由電池輔助,由地面的太陽能充電。到達巡航高度後,一架客機消耗的功率明顯減少。當然,也沒有什麼可以說沒有更大的機翼的了,扁平化的車身設計上也沒有太陽能板。我並不是說這些東西就足夠了,只是這個答案只針對當前情況。
您也可以使用平面的主體來放置面板,更改平面的形狀以獲取更多的提升表面和更多的面板表面,稍微放慢平面以獲取更少的阻力,並使用頂部的太陽能電池,效率為44%,而不是僅僅10%
有趣的是,要計算出要實現跨大西洋飛行(要搭載100名機上人員)以及當前的太陽能電池板和電池技術,飛機必須要達到的照明強度。如果權重必須為負,則可以肯定地說是_impossible_。但是,如果重量僅需非常低,那就只是_improbable _...
幾尼特。首先,當今最好的商用PV電池的效率約為22%,而不是10%:https://cleantechnica.com/2015/10/03/most-ficient-commercial-solar-panels-in-usa-to-come- from-solarcity /不過不會改變底線。其次,理論上的限制不允許90%的效率。 IIRC大約可以做到的最好是50%。
@JonStory呆在空中比T / O消耗的功率少,但少30倍。即使在夏天中午在中午達到100%的效率,這仍然遠遠不夠(嗯,假設我們排除了在另一個答案的評論中提到的“朝陽的紅色巨人”的事情……可能會做到這一點。 )
我說過的@reirab,也可以得出結論,但是我不認為這個答案可以完全說明問題,即使不研究飛機的輕/慢程度,以及未來太陽能和電池技術可能減輕的重量
忘了片刻。 (假設我們有反重力作用或類似的手握壓力。)從CdA和太陽能電池可利用的功率中計算出客機的最大速度應該很容易(無論如何,如果您是空氣動力學專家)。我的猜測是,時速將低於60 mph,而不是600 mph。
您假設太陽能客機的有效載荷/機翼面積比與737相同,而目前所有的太陽能飛機都已經證明它可以這樣做。您的其餘帖子僅僅是此錯誤的結果。
我什麼都沒假設@Agent_L,我正在回答我所了解的問題,那就是您能用太陽能來為大型客機供電嗎?當然,一架有大機翼的飛機,也許可以建造一架只載有牙刷但沒有貨物的737乘客中的1/4,但是從倫敦到紐約要花48個小時而不是8個小時,那不是真的人們會想要的。
@bogl:我認為“類似於737”的意思是飛機將在大約同一時間以相同的距離運載相似數量的乘客。只要您可以容納其中的人,它的形狀就無關緊要。
@jamesqf確實如此。我沒有說形狀,只是有效載荷,速度和範圍。
Peter Kämpf
2016-11-25 02:41:23 UTC
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要覆蓋當前設計的太陽能電池客機並將其連接到電動發動機上,風扇將無法運轉。曾經出於以下原因,請閱讀@GdD的出色答案。它已經發展並適應了各種可能性。客機也有同樣的事情發生。現在讓我們看看有什麼可能。在這裡回顧一下歷史發展是有道理的,因為早期的開拓者也有非常重型和低功率的發動機可以使用,而且他們仍然可以穿越大西洋。

第一次飛越大西洋是由齊柏林飛艇的機組人員在1918年計劃的,但是德國政府禁止他們飛行。因此,它在1919年落到了齊柏林飛艇的英國副本 R-34上,可以在兩個方向上穿越大西洋。它有5台發動機,每台270 hp,相當於1006.7 kW。長度為196 m,最大直徑為24 m,可用於太陽能電池的表面積約為3000m²,如果我們假設太陽能電池的效率為 40%且無污染,則該面積將提供足夠的功率。天氣。當然,雲層覆蓋,較低的太陽高度,尤其是傍晚會導致電池輸出的功率大大降低。如果我們做出英勇的假設,即太陽能電池的重量與現代建築技術所能減輕的重量一樣多,那麼由太陽能驅動的,穿越大西洋的飛艇是很現實的。但這不能載很多乘客,而且會很慢。

現在到比航空重的部門了。同年阿爾科克和惠特布朗飛越大西洋的 Vickers Vimy機翼載荷為40 kg /m²。如果我們使用具有相同機翼載荷的高縱橫比支撐機翼,則非常輕巧且高效的飛機是可能的。覆蓋高效太陽能電池的機翼可提供10 W / kg的功率負載,電池效率為45%。我們能以多快的速度飛行?假設L / D為30,推進效率為90%,那麼每千克飛機有270 W的推進功率。 飛行所需的最小功率為$$ P_ {min} = m \ cdot g \ cdot \ frac {c_D} {c_L} \ cdot \ sqrt {\ frac {2 \ cdot m \ cdot g } {\ rho \ cdot S \ cdot c_L}} $$並用相對術語和海平面的具體值表示:$$ 270 W / kg = 9.80665 \ cdot 30 \ cdot \ sqrt {\ frac {2 \ cdot 9.80665} {1.225 \ cdot 40 \ cdot c_L}} $$產生提升係數$ c_L $ = 0.475。這實際上是相當低的,對應的飛行速度為28.73 m / s或55.8 kts,接近Vimy的最大射程速度。覆蓋拉瓜迪亞機場和希思羅機場( 2993 nm)的飛行距離將花費53.6小時或兩天又五小時的0.5小時。

如果不落日,太陽客機將不會不可能-看看具有相似規格的現有太陽能飛機設計。假定的高效率甚至允許攜帶一些有效載荷,但是整個概念僅在陽光明媚時才有效。為了掩蓋黑暗的時刻,必須隨身攜帶電池,然後必須犧牲掉整個有效載荷來攜帶電池。

我的回答是:如果您乘坐飛艇越過大西洋,可能會在一個不太遙遠的未來。只有在夜間攜帶超高效電池來滿足電力需求的情況下,才有可能在合理的時間內在太陽能飛機上橫穿飛機,並且在結實的飛機上也可以在不利的天氣下飛行。這是目前的純科幻小說。

飛機已經比電池具有更有效的能量存儲:勢能。當前的滑翔機耐力記錄為56小時,其中顯然包括能量收集非常有限的夜間。順便說一句,穿越大西洋2.5天仍然擊敗瑪麗皇后:)
@Agent_L:自己做數字。即使去記錄海拔高度也最多可以花幾個小時。在一種情況下,耐力記錄在上升的空氣中飛過山脊(甚至[沙丘](https://de.wikipedia.org/wiki/Ferdinand_Schulz_(Segelflieger)))
有趣的是,第一批全電動的汽車-花費了100年的時間才恢復到“古老的”成熟技術。
Loren Pechtel
2016-11-25 17:31:13 UTC
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是的。請注意,您的問題並未指定出行的頻率。並將其轉變成適合用作噴氣燃料的東西。

根據GdD回答的數字,飛機在兩次飛行之間必須坐好幾年。

更糟糕的是,他沒有考慮到那些太陽能電池板給飛機帶來的可觀的質量,這意味著您需要更大的動力...
@jwenting,儘管該重量的很大一部分將因缺乏燃料和泵/相關係統而抵消
洛倫,你仍然有一點要說。將太陽能電池留在地面上,並為噴氣發動機合成燃料。 (請參閱http://theconversation.com/solar-fuels-how-planes-and-cars-co-be-powered-by-the-sun-41938)
與裝有Jet-A的戰車相比,@JonStory可以被額外的電池質量所抵消
@jwenting仍然具有**當前的技術** -但沒有對電池功率的其他限制進行討論,我們沒有證據表明有人會發明更輕,更節能的電池或儲能介質。在短期或中期是否現實不是這裡的問題:OP詢問是否可行。這意味著我們在某種程度上說的是物理/化學,而不是當前的技術。幾個答案全部或部分地表明了從太陽獲得的功率對於起飛來說是不現實的,但尚未“證明”電池功率是不現實的。
我將OP的問題詢問為在飛行過程中是否可能在飛機上實際使用太陽能發電,但是,除非有這樣的假設,否則,這是正確的答案。從技術上講,我們已經在飛機上使用了太陽能。只是太陽能首先被某些植物或其他類似的生命形式吸收,然後死亡,並在很長一段時間內被大量壓力轉化為石油,隨後被鑽出地下並提煉成Jet-A。
@bogl如果將太陽能電池和燃料裝置留在地面上,您將無路可退。
-1
@jwenting假設效率為100%,您仍然無法做到這一點。一架普通飛機消耗的能量比照射在其上的太陽還要多。
@reirab:思考您的觀點到底意味著我們永遠不會擁有除地球上的太陽能以外的其他任何形式的能源。儘管這是正確的,但問題可能不在於此。
我知道@LorenPechtel,因此必須打破自然的基本規律才能使其發揮作用...
@PeterKämpf同意。這是我的觀點(我對此有些being之以鼻。)我只是說我認為OP旨在詢問機載,飛行中的太陽能發電,而不是使用地面上的太陽能來合成燃料,然後再使用它來駕駛飛機,這雖然更可行,但實際上是我們已經在做的事情。
@PeterKämpf:完全正確。除了核能和地熱能(人們可能會爭論這些-例如來自超新星核合成的鈾)之外,我們使用的所有能源最終都來自太陽。
bogl
2016-11-24 19:19:19 UTC
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用今天和明天的技術是不可能的。

不過,“ ever ”是很長的時間。沒人可以肯定地回答您的問題。

儘管我認為您的結論可能是正確的,但目前撰寫的答案僅是觀點,沒有任何支持證據或理由
-1
都。您沒有提供任何證據證明當今的技術無法做到這一點(GdD的答案就是一個很好的例子),也沒有任何證據表明任何合理大小的客機在理論上都是不可能的,因為太陽能會撞擊地球。沒有支持的證據/證明,您的回答純粹是觀點
當太陽變成紅色巨人並且海洋沸騰時,通量的強度可能會更有利於太陽民航。
@JonStory有一個誤會。我的觀點是,沒有這樣的證據。沒有人能在不久的將來排除這種可能性。
除非您假設物理定律將來不再適用,否則@bogl可以排除很多情況。您需要對量子物理學的理論和實踐進行根本性的改變,從而找到一種從根本上將陽光轉化為電能(或機械能)的新方法,以使太陽能飛機發生這種情況,但這似乎不太可能。這意味著我們對物質和能量所知的一切都將被證明是錯誤的,包括我們所知的一切有效。
-1
randomwhatever
2016-11-26 20:16:23 UTC
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此問題未指定太陽能電池板是否已連接至飛機。如果將波音飛機限制在其自身的表面積上,則以上答案足以解釋NO>

否則,如果未將太陽能電池板連接到飛機,則為YES。具有激光功率。參見此處>

https://www.nasa.gov/centers/marshall/news/news/releases/2003/03-180.html

你確定嗎?用激光對飛機照射的太陽輻射是5倍以上,這是非常困難的,因為您需要冷卻飛機上的光伏電池。參見:http://www.rand.org/pubs/technical_reports/TR898.html。我正在計算一些數字,對於相當於當前飛機的某種數字,您想要的功率密度至少要高一個數量級。大約是太陽能的100倍。
h22
2016-11-27 00:34:49 UTC
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大多數答案都假設必須將太陽能量停留在飛機本身上,但是那裡沒有足夠的面積。但是為什麼呢?

可以使用巨大的地面太陽能電池將水分解為氧氣和氫氣。或僅使用水力發電-河流由太陽驅動。 氫動力飛機存在。到2020年左右,可能會建造大型商用氫飛機。

大多數答案都假定必須在飛機上收集太陽能,因為這是這個問題的獨特部分。假設太陽能電池板不在飛機上,就成為電池容量等問題,這一問題在其他地方可以通過http://aviation.stackexchange.com/questions/25281/how-does-the-energy-and-電池電量p /之間的重量效率比較。您可能還想提供一個有關氫動力飛機的問題的鏈接:http://aviation.stackexchange.com/questions/18809/are-there-any-programs-to-build-a-hydrogen-powered-airplane
從問題上看不到。
jwzumwalt
2019-02-27 14:16:46 UTC
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是的!可以做到的。

我距離世界上第一座核反應堆僅10英里。記得美國在短短40年間就從發現放射性變成了核彈,這是一個驚人的想法。今天看來不可能的是20年內在沃爾瑪不到20美元。

我可以看到,比空氣混合動力飛艇/飛翼式結構更重的結構可以滿足所有要求,而混合機體將具有比傳統客機更大的表面積。我預計它將在未來50年內完成-但將需要在目前的慣例之外思考一下客機的外觀。

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與非關鍵貨運或短途B737市場(主要在500-600mi以下)競爭。

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哥廷根大批量採購低空速機翼

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波音概念

Jordan Womacks
2019-02-27 13:02:58 UTC
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我會說是的,但那不是太陽能電池板直接為風扇供電的那種類型。這將需要一堆最好的和最輕的可充電電池,並且整個飛機都必須用面板上的棍子覆蓋,充其量只能降低電池的放電速度。如果您僅使用管道風扇而不是渦輪噴氣發動機,則最高速度可能僅為400 kph,但這仍然很酷。如果這意味著化石燃料燃燒的大幅度下降,我個人很高興飛行時間可以延長兩倍。



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