Qual é a eficiência de operar um motor elétrico a partir de um gerador a gás?

I know a lot of small aircraft engines weigh around 150kg and several use gear boxes as well.

Quase nenhuma aeronave de pistão usa caixas de câmbio. O único que eu sei que já fez foi o PFMM Porsche Powered Mooney , que foi em grande parte um fracasso geral, com a caixa de velocidades sendo frequentemente citado como um problema. Menores aviões turbo-hélices usam caixas de câmbio devido à faixa de RPM super alta de uma turbina, mas geralmente são maiores que as que parecem estar em questão aqui.

So Does this mean you could save the weight to make the plane electric but not battery powered or is the generator simply going to be too inefficient?

Como mencionado, a questão aqui é simplesmente perda de peso e linha. Você está pegando energia mecânica convertendo-a em elétrica, fazendo bussing em algum lugar e depois convertendo-a de volta para mecânica. Sempre haverá perda de linha em um processo como esse quando você realmente não precisa dele (desde que você precisa girar o suporte para começar). Gás-Elétrico (seja diesel ou gasolina) é vantajoso, pois você pode dirigir o torque total a 0-RPM, que é útil ao transportar um trem gigante de carga , mas não oferece uma tonelada de benefícios para aeronaves leves. Você também está introduzindo pelo menos três pontos principais de falha (motor - > gerador - > motor) em um sistema que anteriormente só tinha um.

Análogo para treinar powertrains :). A grande característica dos motores elétricos é a grande geração de torque parado, comparado aos motores de combustão. Todos nós tendemos a olhar para a saída de potência para comparação de motores, mas é a segunda lei de Newton que fornece a aceleração para atingir a velocidade final: força (ou torque) faz isso. As equações de potência apenas facilitam os cálculos, especialmente se o torque for uma função de rpm e se houver caixas de engrenagens com marchas selecionáveis.

Os motores a gasolina de quatro tempos (gasolina) fornecem torque zero e uma quantidade incômoda de torque em marcha lenta. Motores a dois tempos, pistões a diesel, turbinas a gás e motores elétricos proporcionam mais torque parado ou ocioso. Os navios têm motores a diesel de 2 tempos para todo o torque que a hélice deve fornecer. Os trens de fato usam a combinação do motor de combustão-torque para melhor controle de torque para trens pesados, a alternativa é uma embreagem deslizante que tem desvantagens óbvias. Os carros agora têm combinação de combustão e torque com baterias para regenerar energia que, de outra forma, seria perdida devido à desaceleração.

Portanto, se tratarmos sua pergunta como uma questão de projeto, podemos ver as razões pelas quais os motores elétricos foram aplicados com sucesso em outros veículos: para superar um problema de projeto dominante. Na aeronave, há três questões dominantes de design: peso, peso e peso. E segurança. Uma aeronave pesada demais simplesmente não voará. Claro que um cargueiro B747 pode levantar um tanque, mas a pele é feita de alumínio, os motores são turbinas a gás de eixo duplo (alto torque, baixo peso!) E tudo na aeronave foi projetado para baixo peso primeiro.

Aeronaves não precisam de embreagens, o próprio ar já faz isso. Eles só precisam de um modo leve de criar muita potência de saída de torque e . Eles também precisam de redundância: se você tem uma turbina a gás fornecendo eletricidade para quatro motores e a turbina falha, todos os quatro motores param. Se você tiver 4 turbinas a gás separadas, a falha de uma delas não é catastrófica. Para evitar falhas, as aeronaves precisam de simplicidade. Converter energia cinética para propulsão elétrica a aerodinâmica é muito complicado.

Tudo isso será uma história diferente, uma vez que podemos gerar eletricidade em grandes quantidades a partir de células de combustível leves, mas ainda não descobrimos essa porcaria.

O que você descreve parece ser uma transmissão gás-elétrica (motor a gasolina / diesel, gerador, gerador aciona um ou vários motores elétricos que impulsionam o dispositivo).

Tais sistemas são suficientemente eficientes e muito comuns em trens, navios e outras máquinas grandes, pesadas e potentes.

Parece que ninguém tentou construir um avião como esse, mas, na minha opinião, deveria voar. Pode não haver benefícios suficientes para justificar o peso adicional do gerador e do poderoso motor elétrico. Por exemplo, a possibilidade de colocar os motores a gás maiores e mais pesados em qualquer lugar do avião e distribuir sua potência uniformemente entre todas as hélices (múltiplas) pode ser uma vantagem.