美國(guó)航空航天局（NASA）在研制X-57項(xiàng)目時(shí)遇到了電池組超重的難題，但是該項(xiàng)目的其他系統(tǒng)研制進(jìn)展還算順利。與此同時(shí)，大型航空制造商紛紛看好電動(dòng)飛機(jī)未來的發(fā)展，并開始著手啟動(dòng)相關(guān)項(xiàng)目研究。

今年6月8日，在美國(guó)科羅拉多州丹佛舉行的美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）2017航空年會(huì)上，美國(guó)航空航天局（NASA）X-57項(xiàng)目首席研究員SeanClarke講到，電池問題已經(jīng)成為X-57項(xiàng)目迄今為止遇到的最大挑戰(zhàn)。雖然電池組能夠提供47kW·h的能量，但是重量接近408.6kg，比設(shè)計(jì)目標(biāo)超重了10％以上，這幾乎用盡了當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留的增重空間。

NASA遭遇電池超重問題

在去年12月的一次地面測(cè)試時(shí)，電池組曾發(fā)生過熱失控故障。因?yàn)殡姵亟M在機(jī)艙內(nèi)的安裝位置就位于飛行員座椅后面，為了確保安全性而更改了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，這也是電池組增重的部分原因。

電池系統(tǒng)包括8個(gè)模塊，每個(gè)模塊由圓柱形鋰離子電池組成。在一次地面試驗(yàn)中，研究人員故意在其中一個(gè)電池中引發(fā)短路，以驗(yàn)證故障不會(huì)影響整個(gè)電池模塊。但不幸地是，試驗(yàn)證明故障‘傳染’了所在的電池模塊。按照行業(yè)指導(dǎo)原則，電池組在設(shè)計(jì)時(shí)要在電池之間留有一定的縫隙，可是試驗(yàn)表明這一措施并不奏效。為此，項(xiàng)目組從NASA約翰遜航天中心引入了專業(yè)的技術(shù)，該中心在國(guó)際空間站和“獵戶座”飛船上使用相同類型的電池組。

約翰遜航天中心的工程師告訴X-57項(xiàng)目組，他們需要設(shè)計(jì)一個(gè)蜂窩狀鋁結(jié)構(gòu)，以便將電池插入其中。這樣可以將單個(gè)電池失效產(chǎn)生的熱量分散掉，并且還可以防止其從圓柱形電池模塊的側(cè)面“燒穿”電池。但是按照這樣的設(shè)計(jì)，電池的能量密度會(huì)成為一個(gè)挑戰(zhàn)，那就是電池組的重量在增加的同時(shí)，電容量卻減少了。

ESAero公司是X-57項(xiàng)目其他系統(tǒng)的主承包商，目前該公司負(fù)責(zé)的系統(tǒng)的研制進(jìn)展比較順利。Clarke表示，Joby巡航電動(dòng)機(jī)在地面測(cè)試中表現(xiàn)良好。“它的功率裕度很大，因此為了減輕電動(dòng)機(jī)重量我們降低了一定功率?！?/p>

460V直流電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)包括雙冗余電池組、接觸器、牽引總線、轉(zhuǎn)矩控制器和電動(dòng)機(jī)。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)都有兩個(gè)獨(dú)立的可控三相線圈。Clarke指出，如果飛機(jī)在試飛過程中出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)失效，飛行員將嘗試在加利福尼亞州愛德華空軍基地附近干燥的湖床上進(jìn)行無動(dòng)力降落。

雖然縮尺復(fù)合材料(ScaledComposites)公司將一架泰克南P2006T輕型雙發(fā)飛機(jī)改裝為所謂的X-57“ModII”——電動(dòng)機(jī)安裝在與原始活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相同的位置，但是Xperimental公司已經(jīng)開始制造ModIII機(jī)翼，其具有更高的展弦比，巡航電動(dòng)機(jī)改為安裝到翼尖位置。該公司建立了一個(gè)輔助無線電控制模型，以評(píng)估配裝小型ModIII機(jī)翼的X-57飛行器的穩(wěn)定性、控制和操控質(zhì)量。Clarke講到：“我們從中學(xué)到了很多東西，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，減少襟翼尺寸和增加副翼尺寸已經(jīng)被納入到機(jī)翼設(shè)計(jì)中?！庇捎诓荒鼙ＷC電力系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生故障，X-57項(xiàng)目組正在對(duì)無動(dòng)力構(gòu)型的X-57ModIII進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，以確保其能夠可靠地以滑翔機(jī)方式安全降落。

NASA飛行演示和能力項(xiàng)目經(jīng)理BrentCobleigh認(rèn)為，使用電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，將機(jī)翼展弦比從P2006T的8.8增加到15，并將巡航螺旋槳重新定位到翼尖渦流中，所有這些措施將有助于實(shí)現(xiàn)NASA降低高速巡航（281.75km/h以上）時(shí)能量消耗的目標(biāo)。

小型機(jī)翼為適應(yīng)巡航飛行進(jìn)行了優(yōu)化，降低了ModIII的失速臨界速度以便可以更加安全地起飛和降落。X-57的機(jī)翼前緣將安裝12個(gè)小型電動(dòng)螺旋槳，通過向機(jī)翼和襟翼吹風(fēng)，增加低速飛行時(shí)的升力。按照計(jì)劃，這種分布式電力推進(jìn)（DEP）構(gòu)型將在X-57項(xiàng)目的ModIV階段進(jìn)行試飛。同時(shí)，在沒有安裝電動(dòng)機(jī)和折疊螺旋槳的情況下，ModIII機(jī)翼將與DEP短艙一起試飛。雖然該階段試驗(yàn)還沒有獲得NASA的經(jīng)費(fèi)支持，但今年夏季NASA計(jì)劃審議這一階段的預(yù)算申請(qǐng)。

航空業(yè)對(duì)電動(dòng)飛機(jī)的態(tài)度轉(zhuǎn)變

IDTechEx研究院在今年3月發(fā)布的一份報(bào)告認(rèn)為，到2027年，有人駕駛電動(dòng)飛機(jī)行業(yè)將達(dá)到60億美元的市場(chǎng)規(guī)模，因此各家航空制造商紛紛行動(dòng)起來。電動(dòng)飛機(jī)的發(fā)展步伐落后于電動(dòng)水陸交通工具的發(fā)展。例如，純電動(dòng)小型汽車首先出現(xiàn)，然后在50年后首個(gè)載客級(jí)電動(dòng)船舶和電動(dòng)轎車分別問世?；旌蟿?dòng)力飛機(jī)必須能夠適應(yīng)更長(zhǎng)的飛行距離和更嚴(yán)格的工作周期，也只有做到這些才能獲得像樣的投資。IDTechEx指出，由于市場(chǎng)需求不是很強(qiáng)烈，再加上飛機(jī)行業(yè)的監(jiān)管更加嚴(yán)格，因此某種程度上造成混合動(dòng)力技術(shù)進(jìn)步緩慢，現(xiàn)在隨著大型企業(yè)紛紛投入其中，電動(dòng)飛機(jī)的研發(fā)速度為之一變。

GE公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官杰夫·伊梅爾特（JeffImmelt）表示：“如果真的認(rèn)為電動(dòng)推進(jìn)將在10年或20年內(nèi)發(fā)生，那么你需要從現(xiàn)在起開始行動(dòng)。”今年3月，伊梅爾特在紐約接受航空周刊記者采訪時(shí)并沒有詳細(xì)說明GE的投資內(nèi)容，但他的言論證實(shí)了他的“數(shù)字工業(yè)”公司的意圖。GE公司的管理層最近一直在談?wù)撾妱?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。伊梅爾特提出由軍方推動(dòng)電動(dòng)推進(jìn)應(yīng)用的速度，特別是在無人機(jī)動(dòng)力方面。在此之前，GE航空集團(tuán)商用發(fā)動(dòng)機(jī)銷售總監(jiān)比爾·布朗（BillBrown）在圣迭戈舉行的國(guó)際運(yùn)輸飛機(jī)交易協(xié)會(huì)（ISTAT）美洲會(huì)議上曾表示，GE設(shè)想的電動(dòng)混合動(dòng)力和多個(gè)小型電動(dòng)機(jī)嵌入機(jī)翼的方案在2030年左右會(huì)投入使用。

波音公司似乎同意GE的觀點(diǎn)。波音公司的“地平線X”基金會(huì)與捷藍(lán)技術(shù)投資公司合作，收購(gòu)了位于華盛頓州柯克蘭的ZunumAero公司，該公司致力于油電混合動(dòng)力飛機(jī)的研發(fā)。Zunum公司計(jì)劃使用搭配電池、涵道風(fēng)扇和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的混合電動(dòng)推進(jìn)方式。

波音公司的所作所為或許是受其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手空客公司的啟發(fā)。2016年，空客公司就在研究多人制飛機(jī)電動(dòng)操作概念，即所謂的CityAirbus飛行器，該機(jī)具有多個(gè)螺旋槳，并且其基本設(shè)計(jì)類似于一架小型無人機(jī)?？湛凸颈硎?，電動(dòng)飛機(jī)結(jié)合自主操作和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的商業(yè)模式，可能預(yù)示著未來數(shù)十年內(nèi)航空業(yè)最大的變革。

2016年夏天，聯(lián)合技術(shù)航空系統(tǒng)（UTAS）總裁戴維?吉特林（DavidGitlin）表示，電力、智能和集成飛機(jī)系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注，將有助于UTAS在2020年前保持6％的復(fù)合增長(zhǎng)率。作為這項(xiàng)投資的一部分，UTAS在開發(fā)各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室建設(shè)上投資了大約5億美元。吉特林表示，不管是用10年、20年還是30年時(shí)間，電動(dòng)推進(jìn)都會(huì)投入實(shí)用。它將首先從通航小型飛機(jī)開始，然后逐步應(yīng)用到商用飛機(jī)上。作為電力系統(tǒng)供應(yīng)商，UTAS將繼續(xù)投資于潛在的可行性技術(shù)。能夠產(chǎn)生更多的電力并將其配送到整架飛機(jī)上；需要經(jīng)常將電源從交流轉(zhuǎn)換為直流；能夠存儲(chǔ)更多的電力，這些因素對(duì)電動(dòng)飛機(jī)是至關(guān)重要的。

西門子公司和空客公司于2016年同意共同集合200名工程師進(jìn)行電動(dòng)推進(jìn)項(xiàng)目的研發(fā)。IDTechEx的分析師認(rèn)為，這與豐田公司在20年前分配給混合動(dòng)力汽車業(yè)務(wù)的資源相當(dāng)，而這也奠定了豐田公司今天的商業(yè)成功。豐田公司目前每年的電動(dòng)汽車、電動(dòng)公共汽車和電動(dòng)叉車的銷售額超過200億美元，而本田和寶馬公司也同樣取得了成功?！笆聦?shí)上，谷歌和臉書都參與到電動(dòng)汽車和電動(dòng)飛機(jī)的開發(fā)上，蘋果公司也有興趣，所以現(xiàn)在是混合動(dòng)力行業(yè)的覺醒時(shí)刻?！?/p>

分析人士指出，符合道路交通法規(guī)的太陽(yáng)能汽車將于2018年由德國(guó)索諾汽車公司（SonoMotors）上市銷售，而中國(guó)的漢能控股集團(tuán)在2016年展出了里程更遠(yuǎn)的車型，該車計(jì)劃在2020年投產(chǎn)。臉書的泰坦無人太陽(yáng)能飛機(jī)將一次飛行長(zhǎng)達(dá)5年時(shí)間……這些和其他突出的技術(shù)進(jìn)步都將有利于有人駕駛電動(dòng)飛機(jī)的研究。

更多資訊請(qǐng)關(guān)注電源頻道