Справочник
Гибридная силовая установка: когда она выгоднее батареи
Гибрид не даёт большей мощности. Он даёт большую продолжительность при той же мощности.
Как это работает
Двигатель внутреннего сгорания вращает генератор, генератор питает силовую шину, буферная батарея сглаживает пики. Винты по-прежнему приводятся электромоторами, и управление остаётся электрическим.
Двигатель при этом работает в узком диапазоне оборотов, близком к максимальному КПД, а не следует за манёвром. Это его лучший режим по расходу и по ресурсу.
Батарея берёт на себя короткие всплески: взлёт, порыв ветра, манёвр. Её ёмкость подбирается по энергии пика, а не по продолжительности полёта, поэтому она невелика.
Где точка окупаемости
На коротких полётах гибрид проигрывает: масса двигателя, генератора, топливной системы и буфера превышает выигрыш от топлива.
С ростом требуемой продолжительности картина меняется: масса батареи растёт линейно со временем полёта, а масса гибрида — только за счёт топлива, которого нужно кратно меньше по массе.
Пример на генераторе Foxtech Halo-6000 из каталога: 6 кВт, 9,8 кг, удельный расход 700 г/(кВт·ч), то есть около 1,4 кВт·ч электричества с килограмма бензина. Два часа полёта при средней мощности 4 кВт — это 8 кВт·ч: гибриду нужно около 5,6 кг топлива плюс 9,8 кг генератора, батарее — 32–40 кг даже на полутвердотельных сборках.
Практическая граница для аппаратов среднего класса лежит в районе часа-полутора полёта. Меньше — выгоднее чистая батарея, больше — гибрид.
| Продолжительность | Чистая батарея | Гибрид | Что выбрать |
|---|---|---|---|
| до 40 минут | просто и легко | переутяжелён | батарея |
| 40–90 минут | масса растёт быстро | сопоставим | по задаче |
| 1,5–4 часа | практически недостижимо | рабочий режим | гибрид |
| свыше 4 часов | нет | требует большого запаса топлива | гибрид или самолётная схема |
Что усложняется
Управление мощностью. Контроллер должен распределять нагрузку между генератором и батареей, не допуская ни просадки шины, ни перегрузки двигателя. Это отдельный узел со своей прошивкой.
Тепло. Двигатель и генератор выделяют киловатты тепла, которые нужно отвести в потоке воздуха. На висении обдува нет, и это худший режим.
Отказоустойчивость. Остановка двигателя не должна означать падения: буферная батарея обязана обеспечить снижение и посадку, и её ёмкость проверяют именно по этому сценарию.
Что смотреть в паспорте
Электрическую мощность на выходе, а не мощность двигателя. Потери в генераторе и выпрямителе съедают заметную долю.
Удельный расход топлива в рабочей точке — он определяет, сколько топлива придётся взять на заданную продолжительность.
Ресурс до обслуживания и состав регламента. Гибрид — это техника с моточасами, и её эксплуатация ближе к авиационной, чем к электрической.
Гибридные генераторы в каталоге
Позиции каталога, к которым относится всё сказанное выше.
Разделы каталога по теме
Рядом по теме
- Поршневой двигатель на БПЛА: топливо, ресурс и вибрацияДвигатель внутреннего сгорания даёт часы вместо минут. И вибрацию, которой у электрического нет вовсе.
- Удельная энергия аккумулятора: Вт·ч/кг по ячейке и по пакетуTattu пишет на полутвердотельной серии 380 Вт·ч/кг, а по массе готовых пакетов выходит 333–363. Разница — не обман, а корпус, шлейф и провод.
- Ёмкость батареи и время полёта: как посчитать сборку под задачуЭнергия, удельная энергия и запас: почему аккумулятор вдвое большей ёмкости не даёт вдвое большего времени.
- Привязная станция: питание по кабелю и что его ограничиваетВысота привязного аппарата упирается не в мощность станции, а в массу кабеля, который он должен поднять.