انقر هنا لمشاهدة فيديو "ملخص مرئي" لهذا الاختراع.
اختراعات علي پور أحمد | التصنيف: اختراعات جديدة في العالم | ذات صلة: الاكتشافات العلمية والاختراعات التكنولوجية
محرك كهربائي جديد قوي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران!)
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
◉ المقدمة والأهداف:
في هذه المقالة سوف نلقي نظرة سريعة على اختراع محرك طائرة كهربائي قوي لديه القدرة على شحن البطاريات أثناء الطيران.
يتزايد الاهتمام باستخدام الدفع الكهربائي بوتيرة سريعة، إلا أن الاهتمام بالطيران لم يواكب الصناعات الأخرى، بما في ذلك النقل البري، كما هو متوقع. ومن أسباب منع استخدام المحركات الكهربائية في الطائرات، مقدار الطاقة المُنتَجة مقارنةً بوزن المحرك ومصدر تخزين الطاقة (البطاريات). ففي الوقت الحالي، تُضيف المحركات الكهربائية وزنًا زائدًا إلى الوزن الإجمالي للطائرة، إذ تتطلب مجموعة من البطاريات كمصدر وحيد للطاقة. ويمثل هذا تحديًا كبيرًا في الرحلات الطويلة، إذ يزداد استهلاك الطاقة بسبب زيادة الوزن، ولا يستطيع تخزين الطاقة في بطاريات الطائرات تعويض استهلاك الطاقة على مسافات طويلة.
من ناحية أخرى، لا يزال استخدام الطرق البديلة الحالية الأخرى، مثل البطاريات المتصلة بالألواح الشمسية أو شحن البطاريات عبر نظام طاقة لاسلكي (WPT) مع نقل الموجات الدقيقة (MPT)، في مراحله الأولى من التطوير، وليس له استخدام حقيقي وفعال لتعويض انخفاض احتياطي الطاقة في بطارية الطائرة. على الرغم من الأبحاث المكثفة الجارية لتطوير هذه التقنيات بشكل أفضل، إلا أنه من غير الممكن حاليًا استخدام هذه البدائل للطيران الآمن للطائرات لمسافات طويلة، وعلينا انتظار المزيد من التطورات التكنولوجية في مجال استخدام الطاقة من ضوء الشمس أو نقل الموجات الدقيقة (MPT).
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
حاليًا، الطريقة الوحيدة لتوليد الدفع الكهربائي في الطائرات هي استخدام الطاقة الكهربائية المخزنة في البطاريات. من نواحٍ عديدة، تتمتع المحركات الكهربائية بميزة على محركات البنزين لأنها يمكن أن تولد كفاءة طاقة صافية أعلى من محرك الوقود الأحفوري (ICE). تكمن قوة المحركات الكهربائية في تقليل استهلاك الطاقة الصافية لاستخدامها في دفعها، لأن المحرك الكهربائي يستهلك أقل من نصف الطاقة اللازمة لإنتاج الطاقة (مقارنة بمحركات الاحتراق الداخلي). بالإضافة إلى تقليل استهلاك الطاقة كعامل إيجابي في المحركات الكهربائية، فإن وزن وملحقات هذه الفئة من المحركات تسبب قيودًا في اختيار نوع نظام الدفع. بمعنى آخر، عند اختيار نوع المحرك، يجب أن نأخذ في الاعتبار قضايا مهمة للغاية مثل نسبة قوة المحرك الكهربائي إلى وزنه ونسبة الطاقة التي ينتجها المحرك إلى الوزن المضاف إلى الطائرة بأكملها.
التحدي التالي في كهربة صناعة الطيران التجاري، إلى جانب الوزن الهائل للبطاريات المضافة إلى الطائرة، هو الوقت اللازم لشحنها. على سبيل المثال، تستغرق أكبر طائرة حوالي 30 دقيقة للتزود بالوقود باستخدام وقود الطائرات A-1 (وهو نوع من الكيروسين مناسب لمعظم الطائرات التي تعمل بالتوربينات)، وإذا قارنا هذا الوقت السريع للتزود بالوقود بشحن جميع بطاريات طائرة نموذجية بالكامل، فسنجد فرقًا يصل إلى عدة ساعات! بالطبع، يتم التغلب على هذا التحدي الحالي من خلال تطوير جيل جديد من البطاريات ذات شحن سريع للغاية، ولكن لا يزال هناك حاجة إلى حلول جديدة لنسبة الطاقة إلى الوزن في الدفع الكهربائي.
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
للتغلب على القيد الحالي في توليد المزيد من الطاقة من محرك كهربائي (نسبة المحرك إلى الوزن)، اقترحتُ فكرة جديدة لهيكل محرك كهربائي للطائرات، وقد حقق في الاختبارات الحاسوبية الأولية قوة وسرعة أكبر بعشر مرات من المحركات المماثلة التي تستخدم نفس مصدر الطاقة. على الرغم من الحاجة إلى إجراء المزيد من الاختبارات لمعرفة مدى ثبات أداء عزم الدوران الناتج عن هذا المحرك الجديد في ظل ظروف مختلفة، إلا أنه في ظل الظروف القياسية، يبدو أن هذا التصميم يمكن أن يكون فعالاً للغاية نظرًا لوزنه المنخفض للاستخدام في الطائرات خفيفة الوزن. إلى جانب هذا التصميم، قدمتُ أيضًا فكرة تكميلية لتقليل وزن البطاريات والسماح بشحنها أثناء الطيران، وسأشرح أدناه بإيجاز تفاصيل كيفية عمل هاتين الفكرتين.
◉ الوصف الفني للاختراع:
كما يتضح من المحاكاة الحاسوبية (الفيديو في نهاية هذه المقالة) والصور المرفقة، استخدمتُ طائرة تجارية (L) من النوع الخفيف لتركيب هذه المحركات الجديدة على هيكلها. إذا نجحت هذه المحركات في اجتياز الاختبارات نفسها بنجاح في جميع الظروف، فمن المأمول أن يُتاح تجهيز طائرات أكبر (M) بهذا النوع من المحركات بزيادة عدد المحركات إلى 4 أو حتى 6 محركات كهربائية.
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
في هذا النموذج الخفيف للطائرة، استخدمتُ محركين كهربائيين بتصميم جديد لإنتاج عزم دوران أقوى وأسرع مقارنةً بالمحركات الحالية، إذ إن إنشاء محرك كهربائي أسرع وأقوى سيسمح للمراوح المتصلة بعمود المحرك بالدوران باستخدام طاقة ميكانيكية أكثر انتظامًا واستمرارية. كما أن حجم المراوح مرتبط ارتباطًا مباشرًا بتوليد الضغط. بمعنى آخر، بفضل الدوران القوي والسريع للمراوح الأكبر في المحرك الكهربائي، يُمكن تحليق أجسام أثقل وزنًا من خلال خلق فرق ضغط أكبر ناتج عن الدوران الأسرع.
تستخدم معظم المحركات الكهربائية الحالية التفاعل بين المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي في ملف لتوليد قوة على شكل عزم دوران وتطبيقها على عمود المحرك. إلى جانب مزايا هذا النوع من المحركات، توجد أيضًا قيود على السرعة القصوى لدوران الدوار ونقلها إلى محور العمود. هذا يعني أن سرعة دوران الدوار تتناسب طرديًا مع شدة المجال المغناطيسي الناتج عن الجزء الثابت، وأن عزم الدوران الناتج لا يملك القدرة على زيادة الطاقة الحركية في مرحلة النقل إلى العمود، لذا يدور العمود بنفس سرعة دوران الدوار في المجال المغناطيسي للجزء الثابت. وذلك لأن الجهد داخل موصل الدوار يُنشئ أقطابًا مغناطيسية ذات جاذبية قوية لأقطاب الجزء الثابت، وبما أن عدد هذه الأقطاب هو نفسه عدد أقطاب الجزء الثابت، فإن أقطاب الدوار ستدور بنفس معدل دوران أقطاب الجزء الثابت.
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
وفقًا لاختبار حاسوبي لدوران عمود المحرك الرئيسي (فيديو في نهاية المقال)، يُمكن زيادة السرعة والقدرة بمقدار 10 أضعاف في مرحلة نقل عزم الدوران إلى محور عمود الخرج. يعود ذلك إلى إزالة محور العمود من منتصف الدوار ووضعه كحلقة عائمة في غلاف مغلق (مفرغ) بجدار منزلق على المحمل. يُساعد نصف القطر الكبير لهذا الغطاء الدائري الدوار على قطع مسافة أكبر داخل المجال المغناطيسي للجزء الثابت مع كل دورة. يُقلل وضع الدوار على أخاديد المحمل المنزلق الاحتكاك ويزيد من سرعة دورانه، مما يزيد بدوره من عزم الدوران في المحرك.
◉ انقر على أي من صور المعرض أدناه للتكبير:
استخدمتُ علبة تروس هجينة على المحور الخارجي لمسار دوران الدوار لزيادة السرعة والقدرة في مرحلة نقل عزم الدوران إلى محور مروحة المحرك. كما نقلتُ القوة الناتجة عن الدوران إلى الترس الأصغر عند مدخل علبة التروس الهجينة، وذلك بتوصيل الترس الرئيسي بالدوار (بنصف القطر نفسه). بمعنى آخر، مع كل مجال مغناطيسي، يدور الدوار، ثم الترس المتصل به، وتنتقل القوة إلى عمود علبة التروس المركبة. ويعود هذا التأثير الدوراني إلى قطبية أقطاب الدوار التي تمر أمام الأقطاب الدائمة لحقل الجزء الثابت.
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
يتم إنشاء دورة كاملة تقريبًا لعلبة التروس الهجينة مع كل 36 درجة من دوران الترس المتصل بالدوار. ومع كل 360 درجة من الدوران الكامل للترس الكبير المتصل بالدوار، يدور محور علبة التروس الهجينة 10 مرات. ينتقل هذا الدوران إلى العمود المتصل بالمحور والشفرات الموجودة في مقدمة المحرك ويؤدي إلى الدوران السريع والقوي لهذا المحرك الكهربائي. في النهاية، سيسمح ضغط الهواء الناتج عن مروحة المحرك بتحريك وزن كبير من جسم الطائرة وتحليقه. النقطة المهمة في هذا التصميم هي أنه نظرًا لموقع الترس الرئيسي في غرفة التفريغ وعلى أخاديد المحمل المنزلق، فإن دوران الترس الرئيسي بزاوية 360 درجة لا يؤدي إلى زيادة في استهلاك الطاقة من البطاريات لأن استهلاك الطاقة لكل عزم دوران متولد (مع مؤشر تشتت طفيف) سيكون تقريبًا كما لو أزلنا الترس الرئيسي وأضفنا العمود مرة أخرى.
لتقليل وزن مجموعة المحرك الكهربائي، قللتُ عدد ألواح البطاريات واستبدلتُ البطاريات المُزالة بنظام شحن أثناء الطيران. بهذه الطريقة، ستتمكن الطائرة من تعويض انخفاض تخزين الطاقة في البطاريات باستمرار أثناء الطيران باستخدام قوة الضغط المُولّدة. باستخدام هذه الفكرة، يُمكن تخفيف وزن الطائرة، ولذلك، أضفتُ مولّدًا صغيرًا وخفيف الوزن داخل جناح الطائرة في مسار مخرج الهواء خلف مروحة كل محرك كهربائي، وهو المسؤول عن توليد الكهرباء ونقلها إلى المُحوّلات وتخزين طاقة التيار المستمر في البطاريات.
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
تُولّد حركة الطائرة، إلى جانب دوران شفرات المروحة الكبيرة، ضغطًا هوائيًا عاليًا جدًا على شكل دوامة خطية باتجاه مؤخرة الطائرة. يُؤدي هذا الضغط إلى دوران المولدات بسرعة وقوة واستمرارية عند ملامستها لمروحة المولد، كما يُعوّض عن استنزاف طاقة البطارية بإعادة شحنها أثناء الطيران. تُتيح هذه الخاصية رحلات أطول دون القلق بشأن استنزاف البطارية، مع التخلص من الوزن الزائد.
في السنوات الأخيرة، ازداد تغير المناخ بوتيرة مذهلة، ومن أوضح دلائله ارتفاع درجات الحرارة العالمية نتيجة انبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2) في جميع أنحاء الكوكب. ساهمت انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن الوقود الأحفوري المستخدم في المركبات البرية والجوية ومختلف الصناعات بشكل كبير في تدمير جزء من طبقة الستراتوسفير (طبقة الأوزون) والاحتباس الحراري، وإذا استمر هذا التوجه الحالي، فسيؤدي إلى استنزاف تدريجي للمحميات والموارد الطبيعية على هذا الكوكب خلال أقل من بضعة عقود. يمكن للجهود المبذولة لتطوير أنظمة كهربائية للاستخدام في السيارات والطائرات أن تقلل بشكل كبير من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وسنتمكن من تحقيق هدفنا المتمثل في القضاء على التلوث الكربوني من خلال تحسين كفاءة الطاقة.
◉ الاختراع: محرك كهربائي للطائرات يمكنه شحن البطاريات أثناء الطيران
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
مثل الاختراعات الأخرى، يتمتع هذا الاختراع أيضًا بإمكانية التطوير والتحسين بشكل أكبر، ومن خلال تسويقه، يمكننا المساعدة في الحفاظ على المناخ الفريد لكوكب الأرض مع الاستمتاع بتجربة مختلفة وآمنة ومريحة في السفر الجوي الكهربائي.
نهاية المقال//
◉ فيديو لمحرك طائرة كهربائي قوي جديد قادر على شحن البطاريات أثناء الطيران / التصنيف: اختراعات علي بورأحمد
◉ صانع الرسوم المتحركة لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ ملحن الموسيقى لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ الراوي: علي بورأحمد
◉ اللغة: الانجليزية
◉ الترجمة: لا يوجد
◉ الاختراعات العلمية لعلي پورأحمد
◉ أفلام الخيال العلمي لعلي پورأحمد
◉ جوائز علي پور أحمد
◉ لوحات للفنان علي پورأحمد
◉ موسيقى علي بورأحمد الآلية
إعلان
