برای مشاهده ویدیوی «خلاصه تصویری» این اختراع اینجا کلیک نمائید
اختراعات علمی: علی پوراحمد | طبقه بندی: اختراعات جدید در ایران و جهان | دسته: اختراعات ثبت شده در ایران و جهان
موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ اختراع: موتور الکتریکی هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
◉ مقدمه و اهداف:
در این مقاله بطور مختصر به بررسی اختراع موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز میپردازیم.
علاقمندی به استفاده از نیروی محرکه حاصل از انرژی الکتریکی به سرعت رو به افزایش است اما کماکان این شتاب در حوزه صنایع مرتبط با حمل و نقل هوایی آنطور که انتظار میرود همسو با سایر حوزه ها منجمله حمل و نقل زمینی نیست. یکی از دلایلی که مانع شتاب سریع استفاده از موتورهای الکتریکی در هواپیما شده میزان تولید انرژی به نسبت وزن موتور و منبع ذخیره انرژی (باتری ها) است. در حال حاضر موتور های الکتریکی بدلیل نیاز به مجموعه پنل باتری ها بعنوان تنها منبع انرژی, وزن بیش از حدی را به وزن کل هواپیما اضافه می کنند. این موضوع یک چالش جدی در پروازهای با زمان طولانی است زیرا مصرف انرژی بدلیل وزن زیاد افزایش پیدا می کند و ذخیره انرژی باتری های هواپیما قادر به جبران مصرف انرژی در مسافت های برد طولانی نیست.
از سویی دیگر استفاده از سایر روش های جایگزین فعلی نظیر باتریهای متصل به پنل خورشیدی یا شارژ باتری از طریق سیستم برق بی سیم (WPT) با انتقال امواج مایکروویو (MPT), در ابتدای راه توسعه خود بوده و کاربرد عملی و جدی برای جبران کاهش ذخیره برق باتری یک هواپیما را ندارند. هر چند تحقیقات گسترده برای توسعه بهتر این فناوری ها ادامه دارد اما واقعیت این است که در حال حاضر استفاده از چنین جایگزین هایی برای به پرواز درآوردن بدون خطر یک هواپیما در مسافت های طولانی امکان پذیر نبوده و میبایست منتظر پیشرفت بیشتر فناوری در زمینه استحصال انرژی از نور خورشید و یا انتقال امواج (MPT) باشیم.
◉ اختراع: موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
بنابراین در حال حاضر تنها روش برای تولید نیروی پیشران الکتریکی در یک هواپیما استفاده از انرژی الکتریکی ذخیره شده در باتری ها است. از بسیاری جهات, موتورهای الکتریکی دارای برتری بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی هستند زیرا میتوانند راندمان انرژی خالص بالاتری نسبت به پیشرانه سوخت فسیلی(ICE) تولید کنند. نقطه قوت در موتورهای الکتریکی کاهش مصرف انرژی خالص جهت استفاده در پیشرانه آنها است، زیرا یک موتور الکتریکی برای تولید قدرت, کمتر از نصف نیاز موتورهای احتراق داخلی, انرژی مصرف میکند. در کنار کاهش مصرف انرژی بعنوان یک فاکتور مثبت در موتورهای الکتریکی, اما وزن و متعلقات این دسته از موتورها باعث محدودیتهایی در انتخاب نوع سیستم پیشران می شود. بعبارتی در انتخاب نوع موتور, میبایست به موارد بسیار مهمی مثل نسبت قدرت پیشران الکتریکی به وزن آن و نسبت انرژی تولید شده توسط پیشران به وزن اضافه شده به کل هواپیما, توجه گردد.
چالش بعدی الکتریکی کردن صنعت هوانوردی (بخش تجاری) در کنار وزن زیاد باتری ها برای اضافه شدن به یک هواپیما, مدت زمان مورد نیاز برای شارژ باتری ها است. بعنوان مثال مدت زمان سوختگیری بزرگترین هواپیماها برای پر کردن کامل مخازن آنها از سوخت جت A-1 (نوعی از نفت سفید که برای اکثر هواپیماهای موتور توربینی مناسب است) چیزی در حدود 30 دقیقه طول میکشد حال اگر بخواهیم مدت زمان این سوختگیری سریع را با شارژ کامل تمام باتری ها برای یک هواپیمای معمولی مقایسه کنیم به یک تفاوت چند ساعته خواهیم رسید! البته این چالش فعلی با ساخت باتری های نسل جدید با شارژ بسیار سریع در حال برطرف شدن است اما همچنان برای چالش قدرت نسبت پیشرانه الکتریکی به وزن آن میبایست راه حل های جدیدتری ارائه شود.
◉ اختراع: موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
برای گذر از محدودیت فعلی در تولید قدرت بیشتر توسط یک پیشرانه الکتریکی (نسبت موتور به وزن آن), من یک ایده جدید برای ساختار موتور الکتریکی هواپیما ارائه کردم که در تست های اولیه کامپیوتری به قدرت و سرعتی 10 برابر بیشتر نسبت به موتورهای مشابه با استفاده از یک منبع تغذیه انرژی یکسان دست یافت. هرچند میبایست تست های بیشتری برای عملکرد یکنواخت گشتاور تولید شده توسط این موتور جدید در شرایط مختلف انجام شود اما در شرایط استاندارد بنظر میرسد این طراحی می تواند بازدهی بسیار بالایی نسبت به وزن کم خود برای استفاده در هواپیماهای بدنه سبک داشته باشد. در کنار این طراحی من یک ایده مکمل نیز برای کاهش وزن باتری ها و امکان شارژ آنها در حین پرواز ارائه کردم که در ادامه به صورت مختصر جزئیات نحوه کار هر دوی این ایده ها را شرح خواهم داد.
◉ توضیحات فنی اختراع:
همانگونه که در شبیه سازی کامپیوتری (ویدیوی انتهای این مقاله) و نیز تصاویر ضمیمه شده به این مقاله قابل مشاهده است, من از یک هواپیمای تجاری تایپ سبک Light (L) برای اتصال موتورهای جدید به بدنه آن استفاده کردم. در صورتیکه این موتورها بتواند در تمامی شرایط, تست یکسان و موفقی بگذارند می توان امیدوار بود که با افزایش تعداد موتورها به 4 و یا حتی 6 موتور الکتریکی, امکان تجهیز هواپیماهای بدنه بزرگتر تایپ (M) نیز به این نوع از موتور امکان پذیر گردد.
◉ اختراع: موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
در این مدل سبک از هواپیما من از دو موتور الکتریکی با طراحی جدید برای تولید گشتاور قدرتمند و سریعتر (نسبت به موتورهای فعلی) استفاده کردم زیرا هر چه بتوانیم به دور سریعتر و پر قدرت الکتروموتور دست یابیم در حقیقت به انرژی مکانیکی یکنواخت و مداومتری برای چرخش پروانه های متصل به شفت موتور دست یافته ایم. میزان ابعاد پروانه ها نیز با تولید فشار ارتباط مستقیم دارد, بعبارتی با چرخش قدرتمند و سریع پروانه های بزرگتر در یک موتور الکتریکی و ایجاد تفاوت فشار بیشتر توسط چرخش سریعتر, امکان به پرواز درآوردن بدنه های سنگین تر نیز فراهم میشود.
اغلب موتورهای الکتریکی فعلی از طریق اثر متقابل بین میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی در داخل یک سیمپیچ برای تولید نیرو به شکل گشتاور و اعمال آن به شفت موتور استفاده می کنند. در کنار مزایای این دسته از موتورها اما محدودیت هایی نیز در ماکزیمم سرعت گردش روتور و انتقال آن به محور شفت وجود دارد. بدین معنی که میزان سرعت گردش روتور متناسب با میزان جریان میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط استاتور بوده و گشتاور تولید شده قابلیت افزایش انرژی جنبشی را در مرحله انتقال به شفت ندارد و شفت با همان میزان سرعتی می چرخد که روتور در میدان مغناطیسی استاتور می چرخد. این بدان دلیل است که جریان درون هادی روتور, قطب های مغناطیسی را بوجود می آورد که دارای خاصیت قوی در جذب قطب های استاتور هستند و چون تعداد این قطب ها با تعداد قطب های استاتور یکسان است با هر میزان چرخش قطب های استاتور به همان میزان نیز قطب های روتور خواهد چرخید.
◉ اختراع: موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
مطابق تست کامپیوتری گردش محور اصلی موتور (ویدیوی انتهای مقاله) امکان افزایش 10 برابری سرعت و قدرت در مرحله انتقال نیروی گشتاور به محور شفت خروجی وجود خواهد داشت. این افزایش قدرت و سرعت به دلیل آن رخ می دهد که من محور شفت در وسط روتور را حذف و روتور را بصورت یک حلقه شناور در یک پوشش بسته (خلاء) با جداره لغزان بر روی بلبرینگ قرار دادم. شعاع بزرگ این پوشش دایره ای شکل کمک می کند که روتور در درون میدان مغناطیسی استاتور مسافت بیشتری را در هر چرخش طی کند. قرار گیری روتور بر روی شیارهای بلبرینگی لغزان باعث کاهش اصطکاک و افزایش سرعت گردش روتور و به تبع آن افزایش نیروی گشتاور می شود.
◉ برای بزرگ نمایی بر روی هر یک از تصاویر گالری زیر کلیک نمائید:
برای چند برابر کردن سرعت و قدرت در مرحله انتقال نیروی گشتاور به هاب پروانه های موتور من از یک گیربکس هآیبریدی ترکیبی بر روی محور شعاع بیرونی مسیر چرخش روتور استفاده کردم و با متصل کردن یک چرخ دنده به روتور (با شعاع یکسان), نیروی ایجاد شده بر اثر چرخش را به چرخ دنده کوچکتر در ورودی گیر بکس هآیبریدی منتقل کردم. بعبارتی با هر بار ایجاد میدان مغناطیسی کامل ناشی از پلاریته (polarity) عبور قطب های روتور از جلوی قطب های دائمی میدان تولید شده توسط استاتور, روتور و سپس چرخ دنده متصل به آن به چرخش در آمده و نیرو به محور گیر بکس ترکیبی انتقال می یابد.
◉ اختراع: موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
بطور تقریبی با هر 36 درجه گردش چرخ دنده متصل به روتر, یک دور کامل چرخش در چرخ دنده گیر بکس هآیبریدی ایجاد می شود و با هر 360 درجه گردش کامل چرخ دنده بزرگ متصل به روتر, 10 بار محور گیر بکس ترکیبی به دور خود می چرخد. این گردش به شفت متصل به هآب و پره های جلوی موتور منتقل شده و منجر به چرخش سریع و پر قدرت این موتور الکتریکی می شود که در نهایت فشار هوای تولید شده توسط پروانه موتور امکان جابجایی و به پرواز درآوردن وزن زیاد بدنه هواپیما را خواهد داشت. نکته حائز اهمیت این طرح این است که بدلیل قرار گیری چرخ دنده اصلی در چمبر خلاء و بر روی شیارهای لغزان بلبرینگی, گردش 360 درجه ای چرخ دنده اصلی منجر به افزایش مصرف انرژی از باتری ها نمی شود زیرا با یک شاخص پراکندگی جزئی, مصرف انرژی به گشتاور ایجاد شده تقریبا با حالتی که چرخ دنده اصلی را حذف و مجددا محور شفت را اضافه کنیم مشابه خواهد بود.
برای کاهش وزن مجموعه متعلقات موتور الکتریکی, تعداد پنل های باتری را کاهش و سیستم شارژ در حین پرواز را جایگزین باتری های حذف شده از پنل نمودم. بدین صورت که هواپیما در حین پرواز و با استفاده از نیروی فشار تولید شده قادر به جبران مداوم کاهش میزان ذخیره انرژی در باتری ها خواهد بود. با استفاده از این ایده امکان اینکه وزن کمتری به هواپیما تحمیل شود میسر خواهد بود. برای دستیابی به این مقصود, در مسیر خروج فشار هوا در عقب پروانه هر موتور الکتریکی, یک ژنراتور سبک و کوچک در درون بال هواپیما نصب کردم که وظیفه تولید الکتریسیته و انتقال آن به کانورتورها و ذخیره برق DC در باتری ها را بعهده دارد.
◉ اختراع: موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
حرکت هواپیما بهمراه چرخش پروانه های بزرگ موتور ملخی منجر به ایجاد فشار هوای بسیار زیاد بشکل یک گردباد خطی به سمت عقب هواپیما می شود. این فشار با برخورد به پروانه کوچک ژنراتور منجر به چرخش سریع, قدرتمند و مداوم ژنراتورها شده و کاهش ذخیره انرژی باتری ها را با شارژ مجدد در حین پرواز جبران می کند. با این ترفند ضمن حذف وزن اضافی امکان پرواز طولانی تر بدون نگرانی از کاهش ذخیره انرژی باتری ها فراهم خواهد شد.
در سالهای اخیر تغیرات اقلیمی بشکل باورنکردنی رو به افزایش بوده که یکی از نشانه های واضح آن, افزایش دمای زمین بر اثر انتشار مقادیر خیلی زیادی گاز کربن دیاکسید (CO۲) در سرتاسر زمین است. انتشار گازهای گلخانهای ناشی از سوخت های فسیلی استفاده شده در وسایل نقلیه زمینی و هوایی و نیز صنایع مختلف, به طور قابل توجهی در تخریب بخشی از لایه استراتوسفر (ناحیه اُزون) و گرمایش آب و هوایی زمین نقش اصلی داشته و در صورت ادامه روند فعلی منجر به از بین رفتن تدریجی ذخایر و منابع طبیعی بر روی این سیاره سنگی تا کمتر از چند دهه آینده خواهد شد. تلاش و خلق ایده و اختراع در توسعه سیستم های الکتریکی برای استفاده در خودروها و هواپیماها میتواند ضمن بهبود بهرهوری انرژی, با عدم گسترش آلودگی های کربنی، انتشار گازهای گلخانهای (GHG) را در حد بسیار زیادی کاهش دهد.
◉ اختراع: موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
بمثابه سایر اختراعات, این اختراع نیز قابلیت توسعه و ظرفیت بهینه سازی بیشتر را داشته و با تجاری سازی آن می توان ضمن داشتن تجربه ای متفاوت, ایمن و راحت در سفرهای هوایی الکتریکی, به حفظ آب و هوای سیاره منحصر بفرد زمین کمک کنیم.
پایان مقاله//
◉ ویدیوی موتور الکتریکی قدرتمند هواپیما با قابلیت شارژ باتریها در حین پرواز / از دسته «اختراعات علی پوراحمد»
◉ سازنده انیمیشن این ویدیو: علی پوراحمد
◉ سازنده موسیقی این ویدیو: علی پوراحمد
◉ گفتار متن: علی پوراحمد
◉ زبان: انگلیسی
◉ زیر نویس فارسی: ندارد
درباره مخترع و نویسنده این مقاله 👇 :
سایر مقالات علی پوراحمد :
◉ آیا هوش مصنوعی میتواند خالق هنر و جایگزینی برای هنرمند و خلاقیت انسانی باشد؟
◉ چرا در سینمای ایران ژانر علمی تخیلی وجود ندارد!
◉ عوامل تاثیر گذار در خلق اختراعات, چگونه میتوانیم یک مخترع شویم!
◉ آیا خدا وجود دارد؟ آیا وجدان می تواند جایگزین خدا شود؟
تبلیغات
