Atualmente, os helicópteros usam turbinas a gás leves, porém ineficientes. Motores diesel-elétricos têm grande eficiência energética, em termos de energia mecânica fornecida por quilo de combustível. No entanto, eles são muito pesados. Isso significa que você precisa de mais sustentação, o que significa que mais energia é necessária. Isso nega a vantagem inicial.

Com o advento de materiais leves, o último efeito diminui para que essa situação mude.

Os motores a diesel podem acelerar bastante, diferentemente das turbinas a gás, mas essa capacidade é irrelevante para os helicópteros. Note que os helicópteros precisam de uma quantidade bastante constante de sustentação.

A principal vantagem do diesel-elétrico é oferecer um grande quantidade de torque a baixa rotação do motor [dos Fóruns de Física]. Com efeito, a curva de torque de um motor elétrico é mais alta a 0 rpm e tem uma diminuição muito baixa à medida que a rpms aumenta.

Isso é de grande valor para os veículos que precisam ganhar muito peso e superar a inércia de movê-lo de um começo em pé. É de pouco ou valor negativo para as aeronaves porque é muito menos eficiente. Toda vez que você gera energia de um meio e depois usa esse poder para acionar outro meio, muita energia é desperdiçada. Portanto, converter o óleo diesel em energia mecânica e depois convertê-lo em energia elétrica é um desperdício muito grande e desnecessário para um helicóptero, onde cada erg conta. Com helicópteros, que hoje em dia usam principalmente motores de turbina a gás, a maior quantidade de energia possível obtida pela queima de combustível é convertida diretamente em movimento rotativo. Note também que o torque massivo em baixas rotações é inútil para as aeronaves a rotor, já que é somente em altas rotações que essas naves são capazes de voar.

Importante, também, é o fato de que sistemas de potência dupla, como o diesel-elétrico, acrescentam muito peso, já que você está lidando com dois tipos diferentes de motor. Para qualquer aeronave, especialmente o helicóptero, pode até ser uma desvantagem maior do que desperdiçar energia - embora essas coisas possam ser vistas como dois lados da mesma moeda.

Diesel-elétrico é escolhido como uma solução para um conjunto de problemas que não são realmente relacionados a RPM. A principal razão, no caso dos trens, foi a escolha pela incapacidade de usar eficazmente a articulação mecânica para acionar várias rodas.

Existe um limite para a quantidade de potência e torque que pode ser transmitida através de uma transmissão antes de se tornar impraticável ou impossível. Trens com motores diesel 2000HP exigem uma transmissão que é excessiva em tamanho e peso, a fim de transferir 100.000 libras de torque para as rodas. Para complicar ainda mais isso, é necessário dividir a saída entre vários eixos. É complicado, pesado, não confiável e ineficiente, e isso ficou evidente nos motores a diesel muito antigos, apesar de não corresponderem aos motores a vapor que estavam substituindo.

A solução para obter melhor força de tração foi acionar vários motores elétricos com cada motor acionando um único eixo (às vezes mais de um). Isso exigiu a substituição da transmissão mecânica por um gerador / alternador e o equipamento de manuseio de energia necessário.

Existem, é claro, algumas perdas gerais na ordem de 25% devido ao processo de conversão de mecânico para elétrico, além da necessidade de alimentar sistemas auxiliares como trocadores de calor, bancos de baterias de carga, etc. o desempenho e a simplificação tornam a sobrecarga uma troca barata em comparação com as alternativas.

Especificações de trens e helicópteros:

• Um motor principal típico da locomotiva tem 4.400 HP e 21.000 pés de torque operando a 1.100 RPM. O gerador / alternador fornecerá 2,1 MW em energia elétrica. Toda a locomotiva pesa 400.000 libras. O motor elétrico dentro de um conjunto típico de seis terá torque em torno de 6.200 pés lbs. Tamanho: (Prime Mover, Generation e Drive Gear): maciço.

• Um helicóptero light como o R22 tem 124 hp e 241 ft lbs de torque a 2700 rpm MTOW 1.400 lbs.
  Tamanho: (Powerplant e transmissão) Uma mala grande.

• Um helicóptero pesado CH-53E tem três motores que entregam 4.380 shp a 14.280 rpm com torque de 1.610 ft lbs através de transmissão de várias etapas, fornecendo quase 600.000 lb de torque ao motor. eixo dos rotores principais. MTOW 73.500 lb.
  Tamanho: (Powerplant e transmissão) 10,000lbs no volume do mini cooper.

Bottomline

1. Uma locomotiva requer alto torque imediato para superar o peso de si e a resistência da carga. A hora de começar o movimento é crítica, o trem deve poder começar o movimento na demanda. Considerando que os helicópteros têm tempo para enrolar o (s) motor (es) e levar o rotor para a rotação operacional. O torque necessário aumenta de zero RPM para RPM de operação, ponto no qual o rotor requer torque de linha de base contínuo com overhead substancial.

   • ambiente operacional e envelope extremamente diferentes

2. A fabricação de um helicóptero a diesel elétrico exigirá a instalação de um gerador muito pesado, freios de eixo / bancos de resistores, trocadores de calor, cubículos, volantes e várias centenas de quilos de fiação de cobre e motores elétricos. Tudo em adição ao (s) primemover (s), nenhum dos quais tem uma compensação em termos de capacidade. Os componentes adicionais consomem valioso espaço interno e adicionam um peso significativo muito além dos elos mecânicos existentes e muito capazes que, em helicópteros multimotores, não podem ser eliminados.

   • Complexo, pesado e come volume interno sem vantagens

Uma coisa que ainda não vejo abordada em outras respostas:

A razão para os sistemas diesel-elétricos é que os motores a diesel (na verdade, todos os motores ICE) são eficientes somente em determinados valores de RPM. Para veículos de estrada que aceleram e desaceleram muito, isso significa que na maioria das vezes, o seu motor diretamente ligado não está funcionando de forma eficiente. Para aliviar este problema, você pode ter uma caixa de câmbio sofisticada (por exemplo, dupla embreagem ou CVT - ou até mesmo uma caixa de câmbio normal), ou ter um gerador e um motor elétrico: esta é uma caixa de engrenagens muito útil já que os elétrons são tão fáceis de manipular. Alguns carros híbridos (protótipos) também usam este sistema.

Helicópteros quase invariavelmente operam com RPM fixo definido pelo governador. Isso significa que qualquer que seja o motor empregado, você pode simplesmente deixá-lo rodar com a melhor rotação usando uma transmissão simples e fixa. As variações reais no levantamento são feitas com o passo da lâmina, não a rotação do motor. Toda a questão de ter um sistema elétrico (que é apenas uma transmissão muito chique como uma espécie de CVT) é então negada, razão pela qual este sistema nunca será usado tanto em asas fixas de hélice quanto em helicópteros.

As vantagens do uso de transmissão elétrica com motores a diesel são:

1. Alto torque a partir de zero RPM. Isso é extremamente importante para os trens, porque os trens têm um atrito de rolagem muito maior nos primeiros metros antes de as bombas de óleo acionadas por roda conseguirem lubrificar suficientemente os mancais. Os trens a diesel que usam o trem de acionamento mecânico, muitas vezes, têm fontes de energia adicionais de curto prazo, como turbinas a vapor, para ajudar nisso.

   Observe que esse motivo se traduz até mesmo em carros que usam motores a diesel, mas com trens de acionamento mecânico. E para helicópteros, eles nem precisam de uma caixa de engrenagens, porque eles rodam o rotor a RPM constante de qualquer maneira.

2. As baterias podem ser facilmente incluídas. Isso é importante para os submarinos, porque eles não podem operar o motor a diesel abaixo da profundidade do periscópio, porque ele precisa de muito oxigênio (na profundidade do periscópio eles podem usar snorkel). Mas isso é específico para submarinos.

   Outros veículos também podem ser usados para isso, por exemplo, os carros híbridos usam-no para obter maior potência de pico com motores menores que podem funcionar com mais eficiência. Mas os helicópteros precisam de energia razoavelmente constante, então eles não têm muito uso para isso.

Assim, helicópteros com motor a diesel são possíveis, e pelo menos a Airbus Helicopters está trabalhando nisso, mas a parte elétrica simplesmente não tem uso. Eles não existiam até agora, porque os motores a diesel eram muito pesados, mas estão se tornando leves o suficiente para que possam ser usados no futuro.