|
背景介绍：X-57“麦克斯韦尔”电动飞机项目是NASA几十年来首个X验证机项目，是NASA于2017年发布的今后十年的“航空新视界”规划（New Aviation Horizons)的验证机之一（其他验证机包括低音爆超音速客机）。X-57项目目标是研究分布式多电推动力系统的应用效果，验证机基于意大利泰克南公司的P2006T双发活塞机型，仅保留机身和起落架，换用专门研制的新机翼和分布式多电推动力系统，第一阶段试飞将只测试双发电机。 第一阶段安装两台电机的X-57验证机 X-57验证机最终将实现的分布式多发电动布局 美国“联邦新闻网”(Federal News Network)的记者Tom Temin（汤姆·泰敏）近日采访了X-57的项目主管布伦特·科布利（Brent Cobleigh），以下就是采访内容的翻译： 汤姆·泰敏：请为我们简要描述下X-57，它现在看起来像一架飞机了，换了机翼，安装了新的电推系统。 布伦特·科布利：这是一架技术验证机，因此，它的目的不是尝试设计最理想的电动飞机，而是专注于电动推进系统。因此，为了降低项目预算，我们采用了这架现有的通航飞机，只是改装新的推进系统，这样我们就可以将该机与使用传统航发的同机型的性能进行比较，这就是我们使用该X-57平台来开发验证技术的关键方式。我们将分阶段进行验证飞行，一开始将采用双发电机的配置，然后，我们将进行扩展，增加更多的电机和螺旋桨，还将增加垂尾，就像城市空中交通(UAM)机型上的一些布局一样。 汤姆：除了电推系统之外，验证机还要有一个完整的配套系统，例如机翼形状、螺旋桨构型等等，以获得最有效的动力组合，这听起来很复杂，是吗？ 布伦特：是的，当今飞机的改进的趋势是，所有的系统设计都越来越集成。你知道吗，过去气动设计团队可能在一栋大楼中办公，而动力团可能在另一栋大楼，结构团队又可能在另一个地方，最后将所有部分总装在一起试飞，但是现在如果要提高飞机的性能，就必须整合所有团队，共同努力。比如，推进系统与机翼的空气动力学特性和机翼形状密切相关，众所周知，展弦比更大的机翼的效能更好，就像鸟类一样，长距离飞行的鸟类具有更长的翅膀，因此，X-57的最后阶段将安装更长、更窄、更薄的机翼，我们称其为大展弦比机翼。但是，当这样做时，机翼在结构上就变得更具挑战性，而且机翼的弹性也会增加，然后，还会安装多个螺旋桨朝那薄薄的机翼上吹风，因此，在工程设计以及如何使所有这些设计协同一致上就将面临真正的挑战。 汤姆：是的，视频中我看到它的机翼几乎就像几十年前的B-24轰炸机一样。 布伦特：是的，翼展很大，不过就机翼面积而言，比原装的机翼则要小得多，这可以减少阻力，从而降低飞行的能耗。这种配置面临的挑战是机翼面积较小，增加了起降的难度，那么解决起飞和降落问题的方法是，在机翼的前缘添加这些螺旋桨，在起降阶段，这些螺旋桨将朝机翼上表面吹风，加大流过机翼表面的气流速度，这就可以增大升力，巡航时，前缘的部分螺旋桨将关闭并折叠，以减少阻力，只使用两个电动机进行巡航，最终，这会是一个能耗更低的集成系统。 汤姆：听起来这项研究不仅可以使电动飞机受益，还可以使所有的飞机受益。 布伦特：是的，现在整个航空的新设计都基本是这个趋势，用更大展弦比的机翼，更轻的结构和更高效的发动机，因此，即使在非电动飞机上，您也一定会看到这类设计的应用。 汤姆：谈谈项目的设计方面。您有供应商参与吗？我的意思是，谁改装机身，谁负责电机、电池和类似的东西呢？ 布伦特：这就是我们所说的项目培育工作。这个项目最初是很简单的，可以说就是把几个工程师放在一起，让他们解决这个问题，看看会发生什么。很快，我们开始意识到这个项目的效果，而且，我们很快也意识到，如果我们要真正制造一架这样的验证机并且完成试飞，必须增加团队人数才能真正实现这一目标，因此，我们从项目培育开始就发展成为一个整机项目，并将其转变为一个基本上很小的实验平台，即我们所说的X验证机。该项目实际上是从一些小供应商公司开始的。加州的ES AERO是我们的主要承包商，他们与Joby Aviation等几家较小的公司合作，Joby Aviation在过去的几年中一直在开发电动机，而这些都是项目培育的努力。电池系统也是一个很大的挑战，电池很重，而这就是动力系统很重要的方面，是整机的能量所在。因此，我们必须付出巨大的努力开发电池技术，以使它们不仅重量轻而且要安全，这是非常非常具有挑战性的。EPS公司是与NASA合作开发电池的公司。我们与所有这些公司都建立了非常良好的协同关系，例如，电池的开发一直存在一些挑战，我们就向NASA的航天部门联系，他们就帮助我们解决了电池遇到的一些设计问题，现在，这种电池实际上在X-57项目以外已经取得了一些商业成功，有很多公司正在与EPS这个小公司合作，将这项电池技术真正应用于其他城市空中交通的机型应用。 汤姆：是的，城市空中交通。我的意思是，莱特兄弟他们的第一次飞行，大约只是一个购物商场那么长的距离，那么这个验证机项目是否会让你想到，要让这样的电动飞机具备载客飞行一定航程的经济性，是否还为时过早？ 布伦特：电动飞机有几个市场前景，可能大家最初看到的是城市空中交通（UAM）的应用前景，就是像优步提出的那样，在城市上空的三维空间里非常快速地飞越整个城市。在这个领域中，自X-57项目推出以来，进入该行业的投资额就猛增了。我们当然都坚信这项技术的前景，而且有很多非常富有的人也看好UAM，他们投资了数十亿美元，许多公司正在努力将其变为现实。但是除了UAM，其他电动航空市场也很有前景，资金也开始流向这些市场，UAM的载客量毕竟有限，如果最终要对整个行业和商业领域产生巨大影响，就需要大量的载客量，所以，实现民航飞机电气化也是NASA的目标，它最有可能从较小的飞机开始，然后在短途支线航空领域应用，最后到干线单通道级飞机，对于干线飞机而言，最初可能不会是全电动飞机，而可能是混动电动飞机，这与汽车首先开发混合动力车型的方式相同，混动机型也可以让民航业获益很多，比如节能和减排，这是航空电气化的重要组成部分。 汤姆：对于航空运输而言，目前电动飞机的电能还只有三四十千瓦时，还不能实现大载重、长距离的飞行，您对电动飞机的能量密度的发展趋势是怎么看的？ 布伦特：是的，可能有很多人关注电池的能量密度，可能有人会说，电池技术永远不可能实现实用目标，也许电池的能量密度可能的确很难一下子满足航空用途，但是，如果将飞机视为一个集成系统的整体，那么就有多种方法可以提高飞机的性能，比如可以将传统航发与电气系统结合使用，以减少总体能耗，降低飞机的运营成本。还比如，起降阶段使用电动，然后可以在巡航阶段采用混动，以减少排放，并降低涡扇发动机的工作温度，从而减少维护工作和维护成本，诸如此类。因此，大型飞机公司正在积极考虑采用这些综合措施，已经投入大量资金研发，因为他们认识到，如果将飞机视为一个集成系统，就可以通过混动的方式获得一些非常有趣的收益。我认为，这些类型的研究将更多地展示未来混合动力大型飞机的发展道路。 汤姆：那么是不是也许有一天我们会看到空客造的像丰田普锐斯（prius）那样的飞机？ 布伦特：是的，我认为那可能会是最早投入应用的电动机型。众所周知，现代飞机的各个子系统已经越来越电气化，为了进一步提高飞机的能效，这种系统优化正变得越来越具有挑战性，整机电气化则提供了一条全新的设计之路，使得我们可以继续提高飞机的能效。 原文链接（英文，点击文末“原文链接”可直达）： https:///technology-main/2020/02/electric-airplanes-could-be-on-the-horizon/?fbclid=IwAR2TIcB3jsoQ1OIlyHLnw10Qn5QhZJUHSlWJtW7WRDstyHmmFWBlyGE93F0 |
|
|
