美國空軍研究實驗室展示分布式混合電推進飛機概念

空天防務觀察
關注

在2020年美國航空航天學會科技大會(AIAASciTech Forum and Exposition)上,美空軍研究實驗室(AFRL)展示了一款分布式混合電推進飛機概念模型。目前,尚未查詢到該概念的運行場景和參數等信息,但這標志著繼NASA和美國能源部向電動飛機領域投資后,美空軍也開始進一步布局電動飛機研發。

電推進技術成為AIAA科技大會焦點,AFRL發布混合電推進概念

本屆AIAA科技大會于1月6日至1月10日在美國奧蘭多舉辦,電動飛機技術是本屆大會的重要議題之一,5天的主題論壇中有2天是圍繞電動飛機技術展開的。在大會首日上午,來自波音、普惠、NASA蘭利研究中心、FAA等機構的專家主持了名為“實現可持續航空”(Achieving Sustainable Aviation)的主題論壇;1月9日上午,來自波音極光、麻省理工學院、哈佛大學、NASA等機構的專家住持了“航空業下一挑戰:全球環境變化”(The Next Challenge for Aerospace: Global Climate Change)的主題論壇;此外,還設置了以電動城市空運為主題的展覽。

本屆AIAA科技大會上,美國空軍研究實驗室在其展區展示了一款構型與傳統飛機有顯著區別的飛機概念模型,下圖為本文作者在Twitter上(來自《航空周刊》高級編輯蓋伊和ESAero公司)找到的現場圖。這一概念采用分布式電推進布局,駕駛艙上方設置有鴨翼,同時采用無尾布局。機翼分段,內側為平直盒狀翼,分隔為7組涵道,采用分布式電推進系統提供動力;機翼外側為常規后掠翼。

根據NASA此前公布的類似概念方案推測,內、外翼連接處結構可容納內燃機驅動的發電機系統,為推進系統提供電力。考慮到混合電推進技術能夠有效提高能量效率、降低噪聲,因此可推測該飛機概念作為運輸機可獲得良好收益,一方面保證較大航程,另一方面降低在戰場上的噪聲特征。

AFRL混合電推進概念(圖片來源:Twitter ESAero)

AFRL混合電推進概念細節(圖片來源:Twitter蓋伊)

民用電動飛機技術向軍用領域的移植

本次AFRL發布的概念模型采用了獨特的分布式推進分段機翼構型,這一設計體現了電推進系統的一大優勢,由于電機具有功率密度-尺寸相對無關性,因而可采用多臺分布式電機提供飛機所需推力,為飛機構型設計帶來極大靈活性。

分布式推進分段機翼首次出現在NASA與ESAero公司合作推出的ECO-150分布式渦輪電推進客機概念中,如下圖所示。AFRL此次概念模型的機翼與ECO-150極為類似,考慮到AFRL通過小型企業創新研究(SBIR)等渠道向ESAero公司提供了支持,可以推測兩者在技術上存在關聯性。

ECO-150概念(圖片來源:NASA格倫研究中心)

NASA于2015年提出了電動飛機發展路線圖,在大型亞聲速飛機、小型垂直起降飛機(載客1人以上)、小型短距垂直起降飛機(載客4人以上)等三條技術路線同步推進電推進飛機研究。在大型亞聲速飛機領域,NASA與工業界緊密合作、在混合電推進方向開展了大量概念方案研究工作,如SUGAR(亞音速超綠色飛機研究)Freeze桁架支撐翼概念、STARC-ABL邊界層吸入渦輪電概念、N3-X超導分布式渦輪電推進概念以及ECO-150分段翼分布式電推進概念。

ECO-150分段翼分布式電推進概念由ESAero公司(Empirical Systems Aerospace)開發,獲得了AFRL小型企業創新研究(SBIR)渠道2期項目的支持。SBIR計劃基于空軍未來需求牽引,秉承“面向任務”的導向,相關內容限定在基礎研究和應用研究范疇。

ECO-150及其推進系統架構(圖片來源:NASA格倫研究中心)

ECO-150及上文提到的其他多個概念方案研究原本是面向NASA提出的未來大型亞音速電動飛機開展的,旨在通過混合電推進和新型飛機構型技術的結合,發展新型高效、低排放民用客機。AFRL借鑒了相關研究成果,實現了電動飛機技術從民用向軍用的移植。

三、美國對軍用電動飛機技術的關注

AFRL此次推出的混合電推進概念并非美國軍方首次關注電動飛機技術。早在2013年,美國國防高級研究計劃局(DARPA)就啟動了“垂直起降實驗飛機”(VTOL X)計劃,由極光飛行技術公司(Aurora Flight Sciences,現屬波音)、羅羅公司和霍尼韋爾公司合作開發,名為XV-24;該項目的競爭方還包括波音公司、卡雷姆公司、西科斯基公司。

XV-24采用分布式電推進布局、傾轉翼結構,具有24個電機驅動的變距涵道風扇,可實現垂直起降并轉換為平飛巡航模態。羅羅公司提供AE1107渦軸發動機,裝于機身中央,驅動3臺1兆瓦發電機,為推進系統提供電能。2017年4月,完成了1/5縮比驗證機試飛,驗證了電推進系統、傾轉翼等設計的可行性。但由于霍尼韋爾在1兆瓦發電機研發過程中遇到了熱管理困難、同時DARPA沒有找到合適的軍方合作方,因而DARPA于2018年初取消了該項目。

與DARPA XV-24不同,本次AFRL展示的方案將電推進技術應用在固定翼飛機,是美國對軍用電動飛機技術的新嘗試。

XV-24概念圖(圖片來源:DARPA)

XV-24縮比驗證機試飛(圖片來源:DARPA)

四、

當前,以電動飛機技術為代表的新一輪航空科技革命正在重構航空產業競爭格局,電動飛機技術以其節能、減排、降噪的收益獲得了世界主要航空強國的高度關注。電動飛機技術的應用目前主要集中在民用飛機領域,在全球巨額資金投入推動下,電動飛機技術正處于高速發展中。

由于發電、配電、能量控制等機載系統技術具有高度軍民融合的特征,民用電動飛機相關技術可迅速應用于軍用航空領域。

通過電動汽車等行業的大力投入,我國在動力電池、能量管理等領域已有豐富的技術儲備。我國應高度關注電動飛機技術,大力民用和軍用航空裝備兩條路線同步發展,在新一輪航空技術革命中占據先機。

(中國航空工業發展研究中心  穆作棟)

本篇供稿:系統工程研究所

運 營:李沅栩

聲明: 本文由入駐OFweek維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。
侵權投訴

下載OFweek,一手掌握高科技全行業資訊

還不是OFweek會員,馬上注冊
打開app,查看更多精彩資訊 >
国产欧美另类久久久精品