Reichweite Elektroflugzeug

Forum - Plauderecke
  • Nur mal so zum Spaß etwas Mittelstufenphysik, die vielleicht so manch ein Investor beherrschen sollte, bevor er in vielversprechende Startups investiert:

    Fh = Fv / R = (M g) / R

    Fh, Fv: horizontale, vertikale Kraft
    R: Lift/drag ratio, 10 (Cessna) bis 20 (moderner Langstreckenflieger)
    M: Gesamtmasse

    e E = Fh D = (M g D) / R
    E = w a M

    e: Effizienz Vortriebsarbeit / Treibstoffenergie, inkl. Prop etc., 0,25 (Verbrenner 30%, prop 80%) bis 0,7 (Elektromotor + Elektronik 90%, prop 80%) 
    w: Energiedichte des Energieträgers (46 MJ/kg Benzin, 1,5 MJ/kg superduper nächste Generation solid state Akku, 1 MJ / kg aktuelle Li-Ion Akkus)
    a: Gewichtsanteil "Treibstoff" im Flugzeug (0,25 machbar in etwas gedehnten UL-Regeln bis 0,5 wenn man einen extremen Langstreckenflieger baut)
    D: Flugstrecke bzw. Reichweite

    Einsetzen, Auflösen:

    D = R e a w / g

    macht angenommen extrem gutes R = 20 und a = 0,25 für den Akkuflieger aktuell 300 Kilometer, in absehbarer Zukunft vielleicht 500 Kilometer und für den Benzinflieger (angenommen 200 Liter Tanks) 5800 Kilometer. Natürlich ist nicht eingerechnet, dass der Flieger beim Benziner mit der Strecke immer leichter wird, was um so wichtiger ist, je größer a. Auch nicht eingerechnet alle möglichen anderen Verluste, sowie Start/Rollen und Reserve.

    Die Rechnung zeigt einerseits, dass ein elektrisches Flugzeug als Fortbewegungsmittel mit aktueller und derzeitig absehbarer Technologie nicht umsetzbar ist. Andererseits sieht man, wieso Langstreckenflieger (ca. a = 0,5) eine Reichweite um die 15,000 Kilometer haben.

  • Moin,

    sind 5800km mit 200L Benzin nicht auch etwas stark auf der theoretischen Seite?

    Bei 300km/h mit 25L/h, was wohl dem Stand  aktueller Top-UL entspricht komme ich auf etwa 8 Stunden Flugzeit und 2400km Reichweite.

    Das wäre die Näherung aus der Praxis...

    Gruß Raller


  • raller schrieb:
    sind 5800km mit 200L Benzin nicht auch etwas stark auf der theoretischen Seite?
    Nein das passt schon, das ist ja nicht ein schnelles Flugzeug, sondern ein effizientes und dient der Abschätzung, was als Maximum möglich ist.

    Wenn Du eines der flotten ULs nimmst und mit 12-15l/h fliegst, fliegen die ja noch immer >200 bei dann aber entsprechend längerer Dauer und Strecke.

  • Die Velis Electro schafft angeblich rund reale 100km Reichweite (=100km + VFR Reserve).

    Würde es ein Wechselakkusystem à la Gogoro an den Flugplätzen geben und man vielleicht noch die Akkuleistung auf reale 150-200km Reichweite steigern und bei Leergewicht noch ein paar Fortschritte machen, dann würde mir persönlich das mehr als ausreichen.

    Auf lange Sicht müsste das auch die Kosten für‘s Fliegen extrem senken, da E-Antriebe kaum Verschleiß im Vergleich zu den Dinosaueriersaft-Motoren haben. Die Velis Electo braucht 35kWh pro Stunde im Reiseflug, was bei 40Ct/kWh nur 14 Euro sind und bei perspektivischen 20Ct/kWh gar nur 7 Euro. Bei Eigenerzeugung kommt man sogar auf wenige Cent pro Stunde. 

    Selbst unter Berücksichtigung des Akkukosten sollte das alles deutlich günstiger als der Status Quo sein. 

  • raller schrieb:
    Bei 300km/h mit 25L/h, was wohl dem Stand  aktueller Top-UL entspricht komme ich auf etwa 8 Stunden Flugzeit und 2400km Reichweite.
    Bei 300 km/h hast Du aber bestimmt kein Lift:Drag von 20 und keinen Wirkungsgrad von 30% ;-) Setz mal ein Lift:Drag von 10-15 ein und einen Motor + Prop Wirkungsgrad von 0,2.
    Bananenbieger schrieb:

    Die Velis Electro schafft angeblich rund reale 100km Reichweite (=100km + VFR Reserve).

    Würde es ein Wechselakkusystem à la Gogoro an den Flugplätzen geben und man vielleicht noch die Akkuleistung auf reale 150-200km Reichweite steigern und bei Leergewicht noch ein paar Fortschritte machen, dann würde mir persönlich das mehr als ausreichen.

    Ich hatte gelesen 50 Minuten, bei 170 km/h, also 150 km. Wenn Du die Reserve einrechnest bist Du recht nah an meiner Rechnung, was nicht überrascht, weil die Velis insgesamt 150 kg Akku hat und die Virus-Familie ja aerodynamisch extrem effizient ist. Aber ja, real wohl eher 100 km, Man muss ja auch rollen und steigen. Sollten in 5 Jahren die Festkörperbatterien kommen, und Pipistrel innovativ bleiben (wurden leider von Textron gekauft), dann bist Du an Deinen realen 150 km plus Reserve dran. Bleibt halt trotzdem eine Schulungs- + Kirchturmflieger.
    Bananenbieger schrieb:
    Auf lange Sicht müsste das auch die Kosten für‘s Fliegen extrem senken, da E-Antriebe kaum Verschleiß im Vergleich zu den Dinosaueriersaft-Motoren haben. Die Velis Electo braucht 35kWh pro Stunde im Reiseflug, was bei 40Ct/kWh nur 14 Euro sind und bei perspektivischen 20Ct/kWh gar nur 7 Euro. Bei Eigenerzeugung kommt man sogar auf wenige Cent pro Stunde.
    Abgesehen von den Kapitalkosten für den Flieger hast Du natürlich Recht. Bist halt mit 100 km Umkreis von Deinem Flugplatz verheiratet. Richtig innovativ wäre eher ein E-Fuel Synthesegerät. Mit 50% Prozesswirkungsgrad hast Du 20 kWh Energieaufwand pro Liter Sprit, also eine Ausbeute von 10 Liter pro Quadratmeter Dachfläche mit heutigen Solarzellen (oder 20 Liter mit den Solarzellen, die bei Fraunhofer und Consorten aktuell im Labor beleuchtet werden). Aktuell natürlich in der Umsetzung reine Zukunftsmusik.
  • Risen 912iS

    sicherlich sind das Werte unter idealen Bedingungen, aber selbst wenn es 10l/h bei 220km/h wären, käme man mit 200Litern noch 4400km statt der versprochenen ~5866km.

    Es gibt schon sparsame Flieger.

    Auch bei Pipistrel (Virus sw 912iS) wären mit 200L sicher weit über 4.000km drin, wenn man das Gas etwas rauszieht.

    Für viele wird sich die Frage bei dem Anschaffungspreis aber sicher eh nicht stellen



  • So eine Berechnung ist viel zu kompliziert,

    es reicht völlig zu schauen was ein Verbrenner verbraucht und dann statt 20-25% Wirkungsgrad mit 80-85% zu rechnen.

    Bsp. alpha Trainer: 11l/h bei 190km/h = 99kWh / 190km/h

    Bei 25% Wirkungsgrad sind das also 25kWh für den Vortrieb.

    Bei 80% Wirkungsgrad (25kWh / 0,8) sind also 31,25kWh Akkukapazität plus Reserve für eine Stunde Reiseflug nötig.

  • c_a schrieb:

    es reicht völlig zu schauen was ein Verbrenner verbraucht und dann statt 20-25% Wirkungsgrad mit 80-85% zu rechnen.

    Kann man natürlich auch machen. Ich wollte das aus Spaß mal von grundlegenden Prinzipien ausrechnen :-) . Es ging nicht unbedingt um eine genaue Antwort, sondern einerseits darum, in welcher Größenordnung die hypothetischen Grenzen liegen, andererseits einen schönen einfachen Ausdruck zu heben, wo man sieht wie die Parameter das Ergebnis beeinflussen. Am Ende hat selbst ein reiner fliegender Akku seine maximale Reichweite.

    Ja, die Risen ist schon krass. Eigentlich die effizienteste, Art zu reisen. Aber leider eher unerschwinglich. Und die Risen zeigt halt was die Grenzen sind.

  • MtCenis schrieb:
    Es ging nicht unbedingt um eine genaue Antwort, sondern einerseits darum, in welcher Größenordnung die hypothetischen Grenzen liegen,
    jup, und wenn man mal nicht ein schnelles Reiseflugzeug nimmt, sondern was effizientes, dann schaut man mal auf Segelflugzeuge.

    Die haben alle so um die 10daN Widerstand. Das macht 2,7kW bei 100km/h

    Typischer Spritverbrauch moderner Motore ist 220-250g/kWh

    Macht mit 250g/h und 2,7kW 0,675g/h Kraftstoff für Schwebeleistung bei 100km/h.

    Mit 200l=150kg sind das dann mal eben 220 Stunden Endurance, was wiederum 22000km wären.

    Nun stört der Propeller natürlich und der Wirkungsgrad ist daher nicht so gut, 20daN sind daher vielleicht auhc realistisch.

    Sind dann noch immer 11000km...

    Will man etwas schneller fliegen um auch mal anzukommen und gegen den Wind voranzukommen, sind es dann halt durchaus passende 5500km...

  • MtCenis schrieb:
    Bist halt mit 100 km Umkreis von Deinem Flugplatz verheiratet.
    Also mit den von mir angepeilten 150-200km Reichweite und dem angesprochenen Tauschsystem à la Gogoro (Beispielvideo) wäre das für mich das ideale Gerät zum Luftwandern. Dann würde man auf einer Tour von Husum nach Jesenwang ein paar Mal zwischenlanden - was ich persönlich gut finde, weil nach 1h+ in einem UL-Cockpit finde ich eine Pause ganz angenehm.

    Zudem wären diese Reichweiten ein guter Grund, um den Fortbestand von Flugplätzen zu sichern, denn diese sind dann für Streckenflüge notwendig. Durch die Verschiebung von Kosten für Kraftstoff auf Landegebühren werden dann auch mehr Gelder in die Kassen von Flugplätzen gespült, ohne dass es uns Piloten unter dem Strich mehr Geld kostet.

    Richtig innovativ wäre eher ein E-Fuel Synthesegerät. 

    Übergangsweise kann man das machen. Aber langfristig werden eher Akkus vorherrschen. Wir haben bei der E-Mobilität den Vorteil, dass da große Innovationssprünge zu erwarten sind, da leichte und kompakte Akkus mit hoher Energiedichte für so ziemlich alles vom LKW bis zum Smartphone benötigt werden, weswegen genug Geld in die Forschung fließt, um dort vernünftige Fortschritte zu machen.

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