¿Podría un avión de vapor eléctrico híbrido ser más eficiente en altitud que a nivel del mar y cómo optimizarlo para el aire helado?

En los años treinta se construyó un avión a vapor. video

¿Podría un avión de vapor eléctrico híbrido ser más eficiente en altitud que al nivel del mar, y cómo podría optimizarse una máquina de vapor de este tipo para beneficiarse del aire gélido en altura?

Tal vez hay dos ventajas de volverse híbrido.

  1. La máquina de vapor se puede reducir a niveles de potencia de crucero.
  2. El radiador se enfría con aire estratosférico helado <-40 grados, por lo que puede ser más pequeño.

Este es un híbrido paralelo, el motor eléctrico impulsa la hélice hasta que el avión está en altitud. Una vez en altitud, el motor eléctrico se desconecta y la pequeña máquina de vapor se pone en marcha y se acopla con la hélice.

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Hay una réplica del motor Besler en el Smithsonian. Tiene más especificaciones que el video. tenia un condensador

Steam Car Developments y Steam Aviation, VOL. tercero JUNIO DE 1934 NO. 28., El avión a vapor de Besler

Debajo del morro del fuselaje está el condensador, que es simplemente una sección del radiador de un automóvil de gasolina normal, y se dice que es suficiente para recuperar más del noventa por ciento. del agua del vapor de escape.'

'Las pruebas han demostrado que diez galones de agua son suficientes para un vuelo de 400 millas.'

Entonces, ¿tiene un motor eléctrico para alcanzar la altitud, pero luego un motor diferente para navegar? No estoy seguro de lo que estás proponiendo, tu pregunta no está clara.
podría el radiador recuperar parte de su resistencia colocándolo en un conducto convergente divergente, creando un estatorreactor subsónico débil.
Un ramjet requiere combustible @tobe. Le sugiero que agregue algunos diagramas o una explicación adicional de lo que tiene en mente porque en este momento realmente no está muy claro.
He agregado que la máquina de vapor se usa una vez en altura. ¿Está más claro?
¿El radiador está descargando calor en el conducto solo a través de la conducción, no de la combustión? ;)
bien, tal vez los diagramas más tarde. ¿Podemos imaginar el avión en el video? pero con dos motores eléctricos añadidos en las alas como un trimotor. La máquina de vapor en la nariz. La hélice de vapor se pone en bandera hasta que estamos en altura y la máquina de vapor arranca, mientras que los motores eléctricos y las hélices se detienen y se ponen en bandera una vez en altura.
En lugar de usar la entrada de vapor, ¿qué pasa con un escape de vapor? Con un depósito de hidrógeno a alta presión, y una pila de combustible (en nuestro caso el hidrógeno) que generará electricidad para accionar motores eléctricos. La eficiencia de la celda de hidrógeno y el motor eléctrico es mucho mejor que la combustión directa del hidrógeno. El escape aquí es solo vapor (vapor si lo prefiere)
La única razón para usar vapor es probablemente nuclear. Y en realidad tiene razón, usar electricidad para despegar y energía nuclear para navegar es mejor que solo electricidad o solo energía nuclear.

Respuestas (4)

Olvídese de la etapa eléctrica: al usar vapor, lo más probable es que ya tenga energía mecánica y al conducir ese vapor a través de una turbina, incluso energía rotacional para hacer girar sus hélices. ¿Qué ventaja espera de convertir esa energía rotacional en eléctrica y directamente de nuevo en energía rotacional?

Ese diseño podría simplificarse aún más: en lugar de calentar agua, el combustible podría calentar aire comprimido y dejarlo correr a través de una turbina. Así es como funciona cualquier motor a reacción moderno.

Para mantener la masa baja, el vapor tendría que condensarse en un circuito de refrigeración. Si bien la superficie del ala podría usarse para esto, la tubería requerida agregaría una penalización de peso sustancial. En un circuito abierto donde el vapor relajado simplemente se vierte por la borda (como en el biplano Besler o en la mayoría de las máquinas de vapor), el alcance sería bastante limitado.

Que yo sepa, hubo un solo intento de construir un avión a vapor con condensación de vapor. Esta era una versión del bombardero Messerschmitt 264 que se suponía que funcionaba con una mezcla de polvo de carbón y petróleo pesado en lugar de gasolina. Nunca se completó.

He agregado enlaces que afirman que el avión en el video tenía un condensador. Creo que las turbinas de gas tienen temperaturas de gases de escape bastante altas. Me preguntaba si una máquina de vapor en altitud podría expandirse a una presión más baja y aumentar la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el disipador de calor.
o potencialmente, la salida del motor de vapor podría condensarse mediante un intercambiador de calor que calienta un segundo fluido como el butano que impulsa un motor similar y el butano finalmente se condensa en el radiador por el aire helado de gran altitud.
@tobe: El video vinculado muestra una máquina de vapor sin condensador. Tiene razón sobre la mayor eficiencia en altitud, pero esto funciona de la misma manera para los jets.
Los artículos afirman que tenía un condensador y un 90% de condensación. ¡Pero definitivamente sale algo de vapor cuando se pone en marcha! Tal vez eso sea 10%, o un transitorio. Espero que no hayan exagerado el nivel de cierre.
@tobe: Si el pequeño radiador debajo del motor se usó para la condensación, apuesto mi casa a que el 90% es una exageración salvaje. Había máquinas de vapor con recuperación, ¡solo mire el esfuerzo que tuvieron que hacer!
@PeterKämpf ¿Por qué dice que los Jets son más eficientes en la altitud? Entendí que todos los motores de combustión interna sufrían de falta de oxígeno.
@MikeBrockington: Eso tiene que ver con la temperatura de entrada más baja en el ciclo termodinámico. Por favor vea aquí para más. Ofrecen menos empuje debido a la menor densidad, pero lo hacen con incluso menos combustible.
Bastante justo: me hicieron creer que la razón principal para volar alto era la falta de resistencia aerodinámica, y que los aviones en su mayoría volaban tan alto como lo permitían los motores.

¿Posible? Sí. ¿Viable? No.

Es posible construir y volar un avión de vapor, como un proyecto de pasatiempo novedoso. La tecnología moderna incluso permitirá que un avión propulsado por vapor tenga un rendimiento comparable al de uno construido en casa de gama muy baja.

El término "avión de pasajeros" , sin embargo, implica un servicio regular de pasajeros con el fin de ir de A a B. Un avión de pasajeros a vapor será completamente inútil para ese propósito, siempre que existan motores de combustión interna. ICE tiene una mejor eficiencia, una mejor relación potencia/peso y una mejor confiabilidad, sellando el trato.

La única ventaja que conservan las máquinas de vapor en la era ICE es la capacidad de funcionar con combustible sólido, como carbón o madera muerta recogida en el camino. Este tipo de combustible produce mucha menos energía que el petróleo y puede sostener camiones que transportan suministros a una ciudad sitiada, pero no un avión que signifique hacer más que saltos cortos a unos pocos pies del suelo.

Si bien el escape de las turbinas impulsadas por hidrógeno es principalmente vapor, también lo es el escape de las turbinas impulsadas por queroseno, por lo que ambas cuentan como turbinas de gas, no de vapor.

Un posible intento moderno de un avión propulsado por vapor (no un avión comercial ) fue el Tupolev Tu-95LAL , un laboratorio volador para crear prototipos de un avión propulsado por energía nuclear. El Convair X-6 fue otro intento que también se detuvo muy por debajo de cualquier operación de propulsión nuclear. La única razón por la que contarían como propulsados ​​​​por vapor (si realmente hubieran utilizado sus reactores para obtener energía) es que se requiere vapor para extraer energía mecánica de los diseños de reactores nucleares operativos.

Con combustible de hidrocarburo líquido, las turbinas de gas o al menos el pistón ICE le brindan más potencia y más alcance por la misma cantidad de peso, por lo que el vapor no regresará de esta forma. Los avances en los reactores nucleares compactos podrían ver un mayor uso de la energía de vapor móvil, pero es más probable que los aviones se vuelvan completamente eléctricos que nucleares.

Lo edité para que solo sea un avión de gran altitud, no un avión comercial, y agregué algunos enlaces que afirman que el avión Besler tenía un condensador.
Además, el avión Besler funcionaba con un aceite barato y de baja inflamabilidad. El avión estaba muy silencioso.
Los aviones de pasajeros impulsados ​​por @tobe Turbine son extremadamente silenciosos, considerando lo poderosos que son. Un A380 se alimenta de hasta 200 MW de potencia, 1.800 veces más que ese viejo avión. Podrías hacer un Piper a vapor e incluso construir un Tu-95 a vapor, pero no será más silencioso que los aviones modernos.

Con materiales y modelos modernos, esto debería ser ciertamente posible. Sin embargo, es probable que la eficiencia sea MUY baja. Si quisiera intentarlo, usaría la máquina de vapor para crear electricidad para impulsar los motores eléctricos que tiene para el despegue; eso probablemente ahorraría un poco de peso. Por otro lado, un motor esterlina probablemente sería un poco mejor nuevamente: usan aire o algún otro gas como fluido de trabajo, en lugar de tener que transportar agua o algún otro líquido pesado.

sí, usar la máquina de vapor para hacer funcionar un generador elimina mucha complejidad. No estoy seguro de si un motor Stirling tendría la relación potencia / peso requerida.
No estoy seguro de si habrá mucho mercado para un "avión choo choo".
@JohnK ¡Sin embargo, es el sueño de cualquier niño!
@tobe Un motor de ley probablemente tenga más posibilidades que un motor de vapor, ¡no exactamente conocido por su alta relación potencia-peso!

Mira las estelas. En cierto modo ya lo estamos haciendo ya que la combustión produce agua, además de CO2.

Este concepto es en realidad muy similar a un pequeño motor que carga una batería para hacer funcionar un motor eléctrico (diésel-eléctrico). Aquí hay un importante ahorro de peso, que compensa parcialmente el peso adicional de la batería o el tanque de vapor presurizado. El motor solo necesita producir la cantidad PROMEDIO de energía requerida, las cargas máximas se manejan con la energía almacenada en la batería o el tanque de vapor. Y la música tampoco estaba tan mal.

Por lo tanto, los esfuerzos para hacerlo práctico serían la recuperación del vapor, reduciendo la cantidad de agua requerida para operar.

Pero si usó hidrógeno puro como combustible, es posible recuperar el agua del escape condensándola y luego volver a extraer la energía térmica del motor para producir vapor.

El hidrógeno (o gas natural) impulsaría la propulsión convencional, con agua/vapor utilizado para enfriamiento (pérdida total) y/o empuje adicional.

Pero habría que considerar los factores de peso y complejidad.

Agregué enlaces que afirman que el avión de vapor Besler ya tenía un condensador. También creo que tenía una caldera de vapor flash como los coches de vapor más avanzados de la época.
@tobe hay algunas lecturas muy interesantes sobre aviones de gran altitud con energía SOLAR. Allí arriba, el ahorro de peso es una prioridad extrema. También consultaría con The rec sobre la eficiencia del quemador/caldera frente al motor de combustión interna. No hay demasiados "vaporizadores" en la actualidad (riesgos de alta presión también). Pero el almacenamiento de energía para el requisito de potencia PROMEDIO es un objetivo digno, los trenes lo utilizan hoy.
¿Podría un avión de vapor eléctrico híbrido ser más eficiente en altitud que a nivel del mar y cómo optimizarlo para el aire helado?
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