Насколько правдоподобно утверждение о батарее мощностью 200 кВт?

После этого вопроса, размещенного на авиации: SE:

• Нарушает ли ховерборд ARCA известные ограничения для вентиляторов малого диаметра?

которая связана с парящей доской, описанной на сайте продавца :

^{( источник )}

Я хотел бы оценить претензию, это устройство действительно существует. В частности, мне интересно, можно ли использовать батареи для обеспечения 200 кВт, как заявлено. Я не пытаюсь оценить аэродинамические аспекты.

Я не вижу, какую технологию можно использовать, кроме литий-ионных элементов. Предполагая, что это правда, будет ли это решение совместимо с заявленными характеристиками:

• Мощность: 200 кВт,
• Время работы: 3 минуты для пользователя весом 110 кг, до 6 минут для пользователя весом 82 кг,
• Время зарядки: 6 часов, сокращено до 35 минут с помощью док-станции.

Принимая во внимание литий-ионные характеристики с учетом знаний инженера-электрика, есть ли какой-либо аспект, который может помешать этому решению, например:

• Вес, объем батарей (плата размером 145 × 76 × 15 см),
• Размер проводов (в коробке мало места),
• Ток для зарядки (это возможно для зарядки в течение 35 минут),
• Время разряда (позволит клеткам разряжаться через 3-6 минут),
• Стоимость (замена батарей предлагается за 6 840 долларов).

Пожалуйста, никаких предположений, но известные факты, которые определенно противоречат или поддерживают возможность решения. Например, я думаю, что эти выводы правильны:

• Для 3-минутного зависания при 200 кВт используется около 10 кВт.
• Из-за удельной энергии и плотности для Li-ion это означает 40 кг и 14 дм3 для батарей.
• Цена батарей: с оптимистичным 0,40 $ / Втч это будет 4000 долларов.
• Для зарядки 10 кВт / ч за полчаса требуется зарядное устройство на 20 кВт.
• Если предположить, что cos φ = 1, это будет означать 91 A для 220 В (намного больше, чем обычно дома) и 5 ​​000 A для напряжения литий-ионного элемента (для этого потребуются большие провода, которые не видны на рисунке).

203 кВт / 36 вентиляторов = 5,6 кВт на вентилятор.

Рабочее напряжение 38 В подразумевает 10 S Lipo (3,8 В на элемент).

5,6 кВт / 38 В = 150 А. Мы хотим 3 минуты на полную мощность. При половинной мощности он будет тянуть 75А в течение 6 минут (максимальная продолжительность). Требуется аккумулятор емкостью более 150 * (3/60) или 75 * (6/60) = 7,5 А / ч на вентилятор.

Это можно сделать?

Похоже, что вентиляторы диаметром 120 мм поместятся в предоставленном пространстве. Вот 120-миллиметровый вентилятор, который весит 1 кг и производит 7,5 кг тяги на 12S: -

120 мм 11-лезвие из сплава EDF 700 кВ - 7000 Вт

На 10S он потребляет примерно на 30% меньше энергии и вырабатывает примерно на 15% меньше тяги, так что скажем, 5 кВт и 6,5 кг (вентиляторы, которые они используют, могут иметь разные двигатели, но мы можем ожидать одинаковую производительность при том же уровне мощности).

А вот батарея 10S 4Ah, которая весит 905 г: -

ZIPPY Compact 4000mAh 10S 25C Lipo Pack

По всей видимости, на плате используется 72 батареи - по две батареи на вентилятор. 2 x 4Ah = 8Ah, близко к нашей требуемой емкости. Максимальная скорость разряда составляет 4 x 25C = 100A на батарею или 200A на параллельную пару (а нам «только» нужно 150A!). Максимальная скорость зарядки составляет 5 ° С, что значительно выше скорости 2 ° С, необходимой для 35-минутной зарядки. По цене $ 67 за упаковку общая стоимость батареи составляет $ 4824.

Наши 72 батареи весят 905 г х 72 = 65 кг. 36 вентиляторов весят 36 кг. Добавить еще 10% для ЭСК, проводки и структуры поддержки, и мы получаем общий вес совета ~ 110кг. Эта доска должна генерировать тягу 6,5 кг х 36 = 234 кг в свободном воздухе. На половине мощности тяга будет уменьшена примерно до 75%, но может быть усилена эффектом земли - так что, возможно, 210 кг тяги при длительности. Уберите вес доски, и вы получите грузоподъемность 100 кг.

Выглядит возможно!

Я хотел бы оценить претензию, это устройство действительно существует. В частности, мне интересно, можно ли использовать батареи для обеспечения 200 кВт, как заявлено.

1) Вес аккумуляторной батареи, необходимой для питания ArcaBoard в течение 2,4 минут, является реалистичным. Например, если мы используем батареи типа Tattu 22,2 В, 22 Ач, 488,4 Вт, 25 С, вес = 5,8 фунта, мы получим 43,7 кг общей массы упаковки, необходимой для выработки 272 л.с. в течение 60 мин / 25 = 2,4 мин ( близко к тем 3 мин, заявленным ARCA):

2 х 5,8 фунта х 272 л.с. / (22 х 44,4 В х 25) = 43,7 кг

Даже с учетом 38 В вместо 44,4 В общая масса упаковки возрастет с 43,7 кг до 51 кг, что оставляет еще 31 кг на вес доски, канальных вентиляторов и других аксессуаров (ArcaBoard весит 82 кг). Основной проблемой является не вес батарей, а огромная неэффективность канальных вентиляторов, используемых ARCA. Они совершенно не подходят для доски Арка, как объяснено в пункте (2).

2) Максимальная теоретическая статическая тяга, которую можно получить с помощью вентилятора с электрическим каналом, характеризующегося: диаметром = 120 мм и мощностью = 272 л.с. / 36 = 5,63 кВт, составляет:

(1,2 кг / м ^ 3 х (5,63 кВт) ^ 2 х пи х (120 мм) ^ 2/2) ^ (1/3) = 9,7 кгс

(Я использовал формулу, которая дает максимально возможную статическую тягу в зависимости от мощности и диаметра гребного винта. Общая эффективность считается 100%. Для реалистичной эффективности, меньшей 1, мощность составляет не 5,63 кВт, а 5,63 x КПД )

Как видите, 36 вентиляторов, которые потребляют в общей сложности 272 л.с., теоретически могут поднять 9,7 кг x 36 = 349 кг, что значительно выше 192 кг ArcaBoard (включая вес пилота). Нет ограничений нарушается.

Однако конфигурация с роторами диаметром 36, 120 мм является плохой, потому что та же формула, которую я использовал выше, говорит о том, что один 26-дюймовый винт, приводимый в движение двигателем мощностью 5,63 кВт, создает:

(1,2 кг / м ^ 3 х (5,63 кВт) ^ 2 х пи х (26 дюймов) ^ 2/2) ^ (1/3) = 30 кгс

В результате восемь двигателей мощностью 5,63 кВт с 26-дюймовыми гребными винтами потребляют всего 45 кВт (60,4 л.с.) и поднимают на 240 кг больше, чем максимальная масса ArcaBoard в полете.

Винты малого диаметра просто неэффективны для создания статической тяги. По этой причине вертолеты имеют большие винты. Парящие доски, такие как ArcaBoard, также прекрасно реализуемые, не имеют будущего, потому что тратят огромное количество энергии .

3) CA Duru разработал хорошо спроектированную и собранную электрическую доску для ховерборда. Он требует значительно меньше энергии, чем ArcaBoard, и летает намного лучше.

Сравнение между ховербордом Catalin Alexandru Duru (см. Видео) и тем, что сделал Dumitru Popescu из ARCA.

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

Каталин Александру Дуру на ховерборде

• 8 роторов по 4,5 кВт каждый
• Общая мощность: 36 кВт = 48,3 л.с.
• Полезная нагрузка: 1 человек

Дымитру Попеску на ховерборде

• 36 роторов по 5,63 кВт каждый
• Общая мощность: 203 кВт = 272 л.с.
• Полезная нагрузка: 1 человек

В заключение, ArcaBoard - это не что иное, как плохо спроектированная доска для ховерборда, для которой требуется огромная мощность 272 л.с. для перевозки человека, в то время как для такой работы достаточно 48,3 л.с., что продемонстрировал CA Duru.

Источник: мультикоптер с 36 винтами, который несет человека