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NASA首架电动飞机!锂电池供能 时速277km!

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发表于 2023-1-10 10:25:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
NASA首架电动飞机来了:锂电池供能,时速277km

量子位

NASA第一架电动飞机,即将上天。

这架飞机名为Maxwell X-57,是NASA第一架全电动机型。

NASA首架电动飞机来了

NASA首架电动飞机来了

△ X-57试验机,拍摄于NASA阿姆斯特朗飞行研究中心

根据工程师的设计,该飞机动力放弃了航空燃料,完全来自商用可充电锂离子电池驱动电动机,这在业内挑战性极高。

为配合供能系统,团队又将传统的两个大型发动机设计,变成了——14个小型发动机均匀分布在机翼两侧。这是该飞机的又一大挑战性特征。

该项目副首席研究员Nick Borer表示:

我们试图做一件雄心勃勃的事情,新型机身和新发动机设计均不常见,这两方面都是极具挑战性的工作。

根据IEEE Spectrum最新曝光,Maxwell X-57首飞时间定于2023年春夏。

一旦成功,意味着NASA在电动航空领域迈出第一步,考虑到20世纪后半叶NASA曾创下航空领域诸多历史性纪录,这也是其再次发力航空领域,捍卫技术领导地位的关键标志。

Maxwell X-57概念图

Maxwell X-57概念图

△ Maxwell X-57概念图

更值得关注的是,该项目其实背后充满坎坷,历时7年,资金快耗尽下,连螺旋桨都砍了大半。

NASA第一架电动飞机先来认识一下此次首飞的主角,Maxwell X-57。

外观上,该电动飞机由一架意大利Tecnam P2006T飞机改装而成,机翼略作缩小。

核心参数方面,该飞机可搭载2人,翼展10米,重约1.36吨。设计参数显示,其巡航速度277公里/小时,可飞行距离为160公里。

Maxwell X-57概念图

Maxwell X-57概念图

再看能源方面,飞机电能来自可充电的锂离子电池,分为两个400磅电池包,放置于机舱内。

飞机电能来自可充电的锂离子电池,分为两个400磅电池包,放置于机舱内

飞机电能来自可充电的锂离子电池,分为两个400磅电池包,放置于机舱内

动力上,这架电动飞机设计也可谓独树一帜。

根据X-57最终设计,其动力来自机翼前部的12个小型电动螺旋桨,均匀分布在两侧,此外,机翼两端还加装了尺寸较大的发动机,用于抵消末端涡流带来的阻力。

从最终设计图能看到,X-57拥有14台螺旋桨。

从最终设计图能看到,X-57拥有14台螺旋桨

从最终设计图能看到,X-57拥有14台螺旋桨

这一设计主要是为了让飞机更高效利用能源,小螺旋桨本身及外形设计可在飞行时提供更多上升力量。在飞机达到一定高度后,小螺旋桨将停止工作。


需要注意的是,上述设计并非Maxwell X-57的最终形态。

从实地拍摄的照片能看出,其原本设计的14台发动机被取消,X-57螺旋桨只有2台,分布于机翼下方,靠近机身。

这背后原因,与该项目坎坷的设计研发历程有关。

官宣至今已过去7年Maxwell X-57项目官宣于2016年6月

官宣至今已过去7年Maxwell X-57项目官宣于2016年6月

官宣至今已过去7年Maxwell X-57项目官宣于2016年6月。

NASA局长查尔斯・博尔登在演讲中,将X-57项目称为——未来10年航空新计划的关键组成部分,旨在研发先进技术减少化石燃料使用与排放,降低飞行噪音。

取得成果后,他们会将这些技术推向市场。除了这架小型X-57,NASA还同时宣布将生产5架大型X系列飞机。


NASA在航空方面的发力并非一时兴起。早在1946年,其前身美国国家航空咨询委员会(NACA)就研发成功时速达1600km/h的X-1试验机,动力依靠火箭发动机。

此后,NASA的X系列飞机多次刷新各项世界纪录。

Maxwell X-57概念图

Maxwell X-57概念图

此番X-57,是X系列时隔20年来新产品,也可看作NASA在数字时代面向未来,捍卫航空领域技术领导地位的组成部分。

但在具体落地中,X-57遭遇波折不少。

项目本计划2017年就首飞,但由于反复设计修改,电池过热隐患等问题,测试一再延期。这当中,维持高电压和功率输出难度也超出项目组想象,他们还需要迭代升级防电子干扰的组件。

由于所使用的晶体管无法承受飞行中的震动及温度,他们又不断寻找解决方案,直到采用了新一代碳化硅MOSFET模块,才解决问题。

NASA的X系列飞机多次刷新各项世界纪录

NASA的X系列飞机多次刷新各项世界纪录

项目拖到2019年,飞机地面测试才开始进行,随之而来的疫情又导致飞行测试安排被打乱。

最终项目因资金不足,项目后期规划已经无法完成,最终,即将首飞的飞机仍为2台螺旋桨。

飞机电能来自可充电的锂离子电池,分为两个400磅电池包,放置于机舱内

飞机电能来自可充电的锂离子电池,分为两个400磅电池包,放置于机舱内

面对此种境况,相关业内人仍然认为,他们做的事很有意义。

电动航空业咨询公司SMG创始人Sergio Cecutta认为,X系列飞机的研发本就是做前所未有的事,这当中有曲折属正常,但X-57已为行业奠定了基础,从这个角度看,这是个成功的项目。

另值得一提的是,尽管目前小型飞机都在探索电动化,但航空业很多人认为,目前纯电动飞机距离商用落地还有很大距离,其关键问题在于——电池无法支撑大型宽体客机进行数千公里的飞行。

最终,即将首飞的飞机仍为2台螺旋桨

最终,即将首飞的飞机仍为2台螺旋桨


参考链接:

[1]https://spectrum.ieee.org/electric-aviation-nasa-maxwell-x57

[2]https://www.nasa.gov/specials/X57/

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_X-57_Maxwell

[4]https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/x-57-litho-print-v4.pdf


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