Seberapa masuk akal klaim tentang solusi baterai 200 kW?

Berikut pertanyaan yang diposting di Aviation: SE:

• Apakah hoverboard ARCA melanggar batas yang diketahui pada kipas listrik berdiameter kecil?

yang terkait dengan papan melayang yang dijelaskan di situs vendor :

^{( sumber )}

Saya ingin menilai klaim bahwa perangkat ini benar-benar ada. Khususnya saya bertanya-tanya apakah mungkin untuk menggunakan baterai untuk memberikan 200 kW seperti yang diklaim. Saya tidak mencoba untuk mengevaluasi aspek aerodinamis.

Saya tidak melihat teknologi apa yang bisa digunakan selain sel Li-ion. Dengan asumsi ini benar, apakah solusi ini kompatibel dengan karakteristik yang diklaim:

• Daya yang diberikan: 200 kW,
• Durasi: 3 menit untuk pengguna 110 kg, hingga 6 menit untuk pengguna 82 kg,
• Waktu pengisian: 6 jam, dikurangi menjadi 35 menit menggunakan stasiun dok.

Mempertimbangkan karakteristik Li-ion dengan sepengetahuan seorang insinyur listrik, apakah ada aspek yang akan mencegah solusi ini bekerja, misalnya:

• Berat, volume baterai (ukuran papan 145 × 76 × 15 cm),
• Ukuran kabel (ada sedikit ruang yang tersedia di dalam kotak),
• Saat ini untuk pengisian daya (apakah ini layak untuk diisi dalam 35 menit),
• Waktu pembongkaran (sel akan dibiarkan dalam 3 hingga 6 menit),
• Biaya (penggantian baterai ditawarkan dengan harga $ 6.840).

Tolong, tidak ada spekulasi, tetapi fakta-fakta yang diketahui pasti akan bertentangan atau mendukung kemungkinan solusi. Misalnya, saya pikir pengurangan ini benar:

• Selama 3 menit melayang, dengan 200 kW, sekitar 10 kWh digunakan.
• Karena energi dan kepadatan spesifik untuk Li-ion, ini berarti 40 kg dan 14 dm3 untuk baterai.
• Harga baterai: Dengan $ 0,40 / Wh optimis, ini akan menjadi $ 4.000.
• Mengisi daya 10 kWh dalam waktu setengah jam membutuhkan pengisi daya 20 kW.
• Dengan asumsi cos φ = 1, ini berarti 91 A untuk 220V (jauh melampaui apa yang biasanya ditemukan di rumah), dan 5.000 A untuk tegangan sel Li-ion (ini akan membutuhkan kabel besar yang tidak terlihat dalam gambar).

203kW / 36 penggemar = 5,6kW per kipas.

Tegangan kerja 38V menyiratkan 10S Lipo (3,8V per sel).

5.6kW / 38V = 150A. Kami ingin 3 menit dengan kekuatan penuh. Pada setengah daya itu akan menarik 75A selama 6 menit (durasi maksimum). Kapasitas baterai lebih besar dari 150 * (3/60) atau 75 * (6/60) = 7,5Ah per kipas akan diperlukan.

Bisakah itu dilakukan?

Sepertinya kipas berdiameter 120mm akan pas di ruang yang disediakan. Inilah kipas 120mm yang memiliki berat 1kg dan menghasilkan daya dorong 7.5kg pada 12S: -

120mm 11 Blade Alloy EDF 700kv - 7000watt

Pada 10S akan menarik daya sekitar 30% lebih sedikit dan menghasilkan daya dorong sekitar 15% lebih sedikit, jadi katakanlah 5kW dan 6.5kg (kipas yang mereka gunakan mungkin memiliki motor yang berbeda, tetapi kita dapat mengharapkan kinerja yang sama pada tingkat daya yang sama).

Dan ini baterai 10S 4Ah dengan berat 905g: -

Paket Lipo ZIPPY Compact 4000mAh 10S 25C

Papan tampaknya menggunakan total 72 baterai - dua baterai per kipas. 2 x 4Ah = 8Ah, dekat dengan kapasitas yang kami butuhkan. Tingkat debit maksimum adalah 4 x 25C = 100A per baterai atau 200A per pasangan paralel (dan kami 'hanya perlu 150A!). Tarif pengisian maksimum adalah 5C, jauh di atas tarif 2C yang diperlukan untuk biaya 35 menit. Pada $ 67 per paket total biaya baterai adalah $ 4824.

72 baterai kami memiliki berat 905g x 72 = 65kg. 36 penggemar beratnya 36kg. Tambahkan 10% lagi untuk ESC, perkabelan dan struktur pendukung, dan kami mendapatkan berat papan total ~ 110kg. Papan ini harus menghasilkan 6.5kg x 36 = 234kg dorong di udara bebas. Pada setengah daya dorong akan berkurang menjadi sekitar 75%, tetapi bisa ditingkatkan dengan efek tanah - jadi mungkin 210kg 'durasi' daya dorong melayang. Singkirkan bobot papan dan Anda memiliki kapasitas muatan 100kg.

Terlihat mungkin!

Saya ingin menilai klaim bahwa perangkat ini benar-benar ada. Khususnya saya bertanya-tanya apakah mungkin untuk menggunakan baterai untuk memberikan 200 kW seperti yang diklaim.

1) Berat paket baterai yang diperlukan untuk memberi daya ArcaBoard selama 2,4 menit adalah realistis. Sebagai contoh, jika kita menggunakan baterai tipe Tattu 22.2V, 22Ah, 488.4Wh, 25C, berat = 5,8 lbs kita mendapatkan 43,7 kg untuk total massa paket yang diperlukan untuk menghasilkan 272 hp selama 60 menit / 25 = 2,4 menit ( hampir 3 menit diklaim oleh ARCA):

2 x 5,8 lbs x 272 hp / (22 A x 44,4 V x 25) = 43,7 kg

Bahkan mempertimbangkan 38 V dan bukannya 44,4 V total massa paket akan naik dari 43,7 kg menjadi 51 kg yang menyisakan 31 kg lagi untuk berat papan, kipas menyalurkan, dan aksesori lainnya (ArcaBoard memiliki bobot 82 kg). Masalah utama bukanlah berat baterai tetapi inefisiensi besar dari Ducted Fans yang digunakan oleh ARCA. Mereka sama sekali tidak cocok untuk papan Arca seperti yang dijelaskan pada poin (2).

2) Daya dorong teoretis maks maksimum yang dapat diperoleh dengan Kipas Angin Listrik yang ditandai oleh: Diameter = 120 mm dan Daya = 272 hp / 36 = 5,63 kW adalah:

(1,2 kg / m ^ 3 x (5,63 kW) ^ 2 x pi x (120 mm) ^ 2/2) ^ (1/3) = 9,7 kgf

(Saya menggunakan rumus yang memberikan daya dorong statis maksimum yang mungkin sebagai fungsi daya dan diameter baling-baling. Efisiensi keseluruhan dianggap 100%. Untuk efisiensi realistis, lebih kecil dari 1, Daya tidak 5,63 kW tetapi 5,63 x efisiensi )

Seperti yang Anda lihat, 36 penggemar, yang menarik total 272 hp, dapat mengangkat dalam teori 9,7 kg x 36 = 349 kg, jauh di atas 192 kg ArcaBoard (termasuk berat pilot). Tidak ada batasan yang dilanggar.

Namun, konfigurasi dengan diameter 36, 120 mm, rotor buruk karena rumus yang sama yang saya gunakan di atas mengatakan bahwa baling-baling tunggal 26 inci yang ditenagai oleh motor 5,63 kW menghasilkan:

(1,2 kg / m ^ 3 x (5,63 kW) ^ 2 x pi x (26 inci) ^ 2/2) ^ (1/3) = 30 kgf

Karena itu, delapan motor 5,63 kW, memutar baling-baling 26 inci, akan menggambar hanya 45 kW (60,4 hp) dan mengangkat 240 kg, lebih dari massa maksimum ArcaBoard dalam penerbangan.

Baling-baling berdiameter kecil tidak efisien untuk menghasilkan gaya dorong statis. Inilah sebabnya helikopter memiliki rotor besar. Papan melayang seperti ArcaBoard, juga sangat dapat direalisasikan, tidak memiliki masa depan karena mereka menghabiskan banyak tenaga .

3) Hoverboard listrik yang dirancang dan dibangun dengan baik dibuat oleh CA Duru. Ini membutuhkan daya yang jauh lebih sedikit daripada ArcaBoard dan terbang jauh lebih baik.

Perbandingan antara hoverboard Catalin Alexandru Duru (lihat: video) dan yang dibuat oleh Dumitru Popescu dari ARCA.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=Bfa9HrieUyQ

Hoverboard Catalin Alexandru Duru

• 8 rotor, masing-masing 4,5 kW
• Total Daya: 36 kW = 48,3 hp
• Payload: 1 orang

Hoverboard Dumitru Popescu

• 36 rotor, masing-masing 5,63 kW
• Total daya: 203 kW = 272 hp
• Payload: 1 orang

Kesimpulannya, ArcaBoard tidak lain adalah hoverboard yang dirancang dengan buruk yang membutuhkan daya besar, 272 hp, untuk mengangkut seorang pria sementara 48,3 hp cukup untuk pekerjaan seperti itu, seperti yang ditunjukkan oleh CA Duru.

Sumber: Multicopter dengan 36 baling-baling yang membawa seorang pria