Lassen Sie uns zunächst herausfinden, wie viel Leistung ein 747 zum Abheben benötigt:

Angenommen:

• Motorschub = 284 kN
• Startgeschwindigkeit = 170 Knoten
• Startleistung = 90% maximale Leistung

Konvertieren mit $ P = Fv $ span> Die Variablen in SI-Einheiten erhalten wir $$ Power = 88.948.800 W $$ span>

Oder mit anderen Worten um $ 90MW $ span>.

_{BEARBEITEN: Diese Berechnung ist nur dann korrekt, wenn der Motorwirkungsgrad 100% beträgt, da sie auf der geleisteten Arbeit basiert. Eine realistische Schätzung finden Sie in der Antwort von Jan Hudec. Ich werde den Rest dieser Antwort basierend auf 90 MW belassen, da ich zu faul bin, um die Zahlen zu aktualisieren. Sub>}

Aber nur genau, wie viel 90 ist Megawatt ?

Ein durchschnittlicher Laptop verbraucht im täglichen Gebrauch 20 W. Mit dieser Leistung können Sie 4,44 Millionen Laptops mit Strom versorgen.

Ein High-End-Desktop verbraucht unter hoher Last 300 W. Sie können 300.000 Desktop-Computer mit Strom versorgen. Wenn Sie 20 davon in einem Serverturm stapeln und 100 Türme auf jeder Etage platzieren, benötigen Sie ein Rechenzentrum mit 150 Etagen, in das diese Maschinen passen.

Lassen Sie uns noch einen Schritt weiter gehen und bewerten Sie die für einen Flug benötigte Gesamtenergie. Angenommen, die gesamte erforderliche Energie stammt aus dem Energiespeicher an Bord (d. H. Keine Sonnenkollektoren / Windmühlen). Nehmen wir auch einen Anstieg mit voller Leistung auf eine Reiseflughöhe von 15 Minuten, eine Kreuzfahrt mit 50% Leistung für 4 Stunden und einen vollständig im Leerlauf befindlichen Abstieg an, der überhaupt keinen Strom verbraucht.

Verwenden von $ E = \ int P dt $ span>, wir erhalten die Gesamtenergie, die für einen Flug benötigt wird, $ 720.485.280.000 J $$ span>

Mit dieser Energiemenge können Sie ein 735-Kilotonnen-Objekt auf 100 m Höhe ziehen. Wenn all diese Gewichte Wasser sind, sind das fast 300 olympische Schwimmbäder .

Wenn Sie das gesamte Flugzeug mit Batterien versorgen, benötigen Sie 47 Millionen AA-Batterien .

Wenn Sie es schaffen, 14 dieser elektrischen 747 zusammenzubringen, können Sie natürlich 1,21 Gigawatt erzeugen und Zurück in die Zukunft.

Ich kann die erforderlichen Nummern für 747-8 nicht schnell finden, daher werde ich die Nummern für Rolls-Royce RB.211-524G-T verwenden, eine der Optionen für 747-400 aus hier.

Der Motor kann statischen Schub erzeugen.

$$ T_s = 58.000 \ \ mathrm {lb} _ \ mathrm {f} = 258 \ \ mathrm {kN} $$

unter Verwendung eines Massendurchflusses von

$$ \ dot m = 1.604 \ \ mathrm {lb / s} = 727,5 \ \ mathrm {kg / s} $ $

Aufgrund des Wirkungs- und Reaktionsprinzips muss der Motor den Schub auf die durchströmende Luft ausüben. Wir wissen, dass $ F = ma = m \ frac {\ Delta v} {t} $ und mit $ m = \ dot mt $ erhalten wir $ F = T_s = \ dot m \ Delta v = \ dot m v_e $, wobei $ \ Delta v $ ist eine Änderung der Luftgeschwindigkeit im Motor, die der Abgasgeschwindigkeit $ v_e $ entspricht, da wir mit stiller Luft beginnen. Wir können nach der Abgasgeschwindigkeit suchen:

$$ v_e = \ frac {T_s} {\ dot m} \ ca. 355 \ \ mathrm {m / s} $$

Das ist hübsch schnell. Tatsächlich ist es ein leichter Überschall, obwohl es in der Praxis der Durchschnitt des Bypass-Flusses mit nur Unterschall und des schnelleren Flusses mit heißem Kern (bei dem die Schallgeschwindigkeit höher ist) ist.

Wir kennen auch diese kinetische Energie ist $ E = \ frac12 m v_e ^ 2 $ und, abgeleitet von der Zeit, ist die Leistung $ P = \ dot E = \ frac12 \ dot m v_e ^ 2 $.

Also können wir ersetzen:

$$ P = \ frac12 \ dot m \ frac {T_s ^ 2} {\ dot m ^ 2} = \ frac {T_s ^ 2} {2 \ dot m} = 45,7 \ \ mathrm {MW} $$

Das ist ein Motor.

Die Gesamtleistung beträgt 183 MW.

Für 747-400 mit diesem speziellen Motortyp . Unterschiedliche Motoroptionen haben leicht unterschiedliche Leistungen, da sie bei gleichem Schub etwas unterschiedliche Massenströme verwenden. Und natürlich wird 747-8 ein bisschen mehr haben.

In dem oben genannten Fall wurde auch ein statischer Fall verwendet. Bei höheren Drehzahlen ermöglicht die Druckwiederherstellung, dass Turbinentriebwerke noch mehr Leistung produzieren. Am Ende des Startlaufs ist die Druckwiederherstellung jedoch noch nicht signifikant, und in der Höhe begrenzt der niedrigere Gesamtdruck die Leistung, sodass dies entspricht die maximale Leistung, die der Motor entwickelt.

Mit einigen Verlusten rechnen wir mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 200 MW. Alle Zahlen in Kevin Antwort müssen mit 2 und ein Bit multipliziert werden.

Nun, die GEnx-2B67-Motoren, mit denen der 747-8 ausgestattet ist, erzeugen jeweils einen maximalen Schub von 284 US-Dollar (gemäß Wikipedia Seite). Dies entspricht insgesamt $ 1136 \ mathrm {kN} $, da es 4 Motoren hat.

Leistung, die die Einheiten Watt hat, ist das Produkt aus Kraft (Schub) und Geschwindigkeit.

Der 747 hat laut dieser Seite eine Startgeschwindigkeit von ca. 290 US-Dollar (mathrm {km / h}).

Angenommen, der 747 benötigt seinen gesamten verfügbaren Schub für den Start Die erforderliche Leistung kann ermittelt werden, indem die Geschwindigkeit mit der Kraft multipliziert wird, die sie nach vorne drückt (im Fall eines Flugzeugs der Schub).

Konvertieren Sie diese zuerst in SI-Einheiten: $$ 1136 kN = 1136000 N. $$$$ 290 km / h = 80,55 m / s $$

Wir multiplizieren diese nun, um die Leistung zu erhalten:

$$ P = 1136000 \ cdot 80,55 = 91504800 W = 91,5 MW $$

Für den Start benötigt die 747-8 also ungefähr 91,5 $ \ mathrm {MW} $ Leistung.

Dies ist eine sehr grobe Schätzung. Erstens ist der maximale Schub, der auf der Wikipedia-Seite des Motors aufgeführt ist, wahrscheinlich sein maximaler statischer Schub, wenn er stillsteht. Wenn es sich beim Start mit $ 290 \ mathrm {km / h} $ vorwärts bewegt, ist dieser Schub etwas geringer.

Auch wenn Sie diese Leistung mit Elektromotoren und Lüftern bereitstellen möchten, gibt es Ineffizienzen Dies ist sowohl mit den Elektromotoren als auch mit den Lüftern verbunden, was bedeutet, dass die tatsächlich verwendeten Motoren insgesamt in der Lage sein müssen, einiges mehr als 91,5 $ \ mathrm {MW} $ zu produzieren.

Das Gewicht von solche Motoren werden monumental sein. Und diese Motoren müssen von einer Energiequelle gespeist werden, Batterien oder Wasserstoffbrennstoffzellen kommen in den Sinn, und das Gewicht dieser Motoren wird genauso groß sein.

Elektromotoren wandeln Energie sehr effizient um, aber Die Energiespeicher, die sie versorgen, haben sehr niedrige Energiedichten (Energie pro Gewicht ablesen).

Verbrennungsmotoren sind bei der Energieumwandlung recht ineffizient, aber die von ihnen verwendeten fossilen Brennstoffe weisen eine extrem hohe Energiedichte auf .

Ein einzelner 777-Motor entwickelt 108 Megawatt Leistung, mit 2 Motoren, das sind 216 Megawatt. Sie benötigen mehr als 90 Megawatt, um in einem 747 zu starten, wenn Sie leben möchten.

Ich weiß, dass dies nicht die genaue Antwort auf Ihre Frage ist, aber vielleicht gibt Ihnen dies eine Perspektive, die andere Antworten nicht haben.

Die Airbust E-Fan-Elektromotoren erzeugen 30 Kilowatt Leistung. Das entspricht etwa 40 PS. Es gibt zwei davon, für insgesamt etwa 80 PS.

Das erste Flugzeug, in dem ich solo war, war eine Cessna 150. Sie war mit einem 200-Kubikzoll-Vierzylinder-Verbrennungsmotor ausgestattet und konnte kaum zwei Personen befördern.

Zusätzlich wurde der Wright Flyer von einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor angetrieben, der 12 PS leistete.

Wie andere gezeigt haben, beträgt die Gesamtstartleistung des 747 etwa 90 Megawatt, was etwa 120.000 PS entspricht. Mit anderen Worten, Sie würden ungefähr 1.200 der Cesnna 150-Triebwerke oder 3.000 der Airbus E-Fan-Motoren oder 10.000 der Wright-Flyer-Triebwerke benötigen, um die gleiche Leistung zu erzeugen.

Es ist völlig undurchführbar. Ohne alle Berechnungen (so genau sie auch sein mögen) kann eine sehr große Boeing (737 oder 747) nicht allein mit Elektrizität / Batterien in die Luft gebracht werden. Vielleicht könnte Wasserkraft.

Ein Tesla Mark 3 hat ungefähr 6200 "Laptop-Batterien". Sie wiegen ungefähr 1000 Kilo. Der pro Batterie regenerierte Strom ist nicht so groß: etwa eine Laptop-Anforderung. Das Gewicht wäre signifikant gegenüber dem Gewicht des Flugzeugs oder dem Gewicht des Flugzeugs plus dem Gewicht des Kerosins.

Um es für einen sehr großen (!) Jet-Motor zur Verfügung zu stellen, enorme technische Erfolge müssen hergestellt werden.

Kann ein Elektromotor in einen Jet-Motor umgewandelt werden? Nicht mit der aktuellen Technologie, denke ich.

John