未來誰將可能引領(lǐng)通用飛機(jī)技術(shù)的革命性發(fā)展?在環(huán)境友好、高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡化方面,電動(dòng)飛機(jī)或許是最好的答案。最近十多年,各類電動(dòng)飛機(jī)研制進(jìn)展迅速,小型鋰電池電動(dòng)無人機(jī)已被廣泛使用,商品化有人鋰電池飛機(jī)正在開發(fā)中,有人太陽能電動(dòng)飛機(jī)已經(jīng)開始分階段環(huán)球飛行。本文將主要介紹取得突破性進(jìn)展的鋰電池和
“銳翔” 遼寧通用航空研究院一直以電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)為研究重點(diǎn),約從2011年開始研制“銳翔”(RX-1E)鋰電池電動(dòng)飛機(jī)!颁J翔”是國內(nèi)第一個(gè)正式申請型號合格審定的電動(dòng)輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)。2012年11月,首架樣機(jī)在珠海航展上展示,2013年原型機(jī)成功首飛!颁J翔”雙座電動(dòng)輕型飛機(jī)采用高效氣動(dòng)外形設(shè)計(jì),具有良好的升阻特性,機(jī)翼設(shè)計(jì)為大展弦比上單翼,層流翼型,T形尾翼。起落架為固定前三點(diǎn)式,機(jī)體為全復(fù)合材料,采用碳纖維面板和泡沫夾芯結(jié)構(gòu),動(dòng)力裝置為一臺SinetonA37k154稀土永磁同步電機(jī)。
飛機(jī)基本技術(shù)數(shù)據(jù):翼展14.5米,機(jī)長6.6米,最大起飛重量 480千克,最大巡航速度150千米/小時(shí),設(shè)計(jì)航程148千米,實(shí)用升限1600米,續(xù)航時(shí)間40分鐘。
中國昊翔的E-Spyder
E-Fan 空客集團(tuán)公司(原EADS)高度重視電動(dòng)飛機(jī)和電力推進(jìn)系統(tǒng)的前沿航空技術(shù),開展了大量創(chuàng)新研究,其中在電動(dòng)飛機(jī)和未來概念飛機(jī)研制領(lǐng)域最重要的項(xiàng)目是E-Fan鋰電池電動(dòng)飛機(jī)。
空客的E-fan
E-Fan飛機(jī)項(xiàng)目在2011年巴黎航展上發(fā)起,作為空客創(chuàng)新工廠與其他公司合作的首款四發(fā)全電動(dòng)飛機(jī)Cri-Cri的延續(xù),空客對E-Fan項(xiàng)目總體負(fù)責(zé),并負(fù)責(zé)管理能源的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理,其他工作由多家合作伙伴承擔(dān)。E-Fan飛機(jī)的研制創(chuàng)造了最短研發(fā)時(shí)間紀(jì)錄,其設(shè)計(jì)從2011年末開始,2012年10月完成技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的設(shè)計(jì)評審,2013年展示驗(yàn)證機(jī)樣機(jī),2014年4月空客創(chuàng)新工廠展示E-Fan電動(dòng)飛機(jī)并發(fā)布E-Fan 2.0和4.0生產(chǎn)型發(fā)展計(jì)劃。2014年E-FAN首飛并參加了7月份的范堡羅航展。
E-Fan是全新概念的電動(dòng)飛機(jī),也是第一款專門設(shè)計(jì)的電動(dòng)教練機(jī)。目前世界上幾乎所有電動(dòng)飛機(jī)均使用已有的常規(guī)動(dòng)力飛機(jī)進(jìn)行改裝,而E-Fan從一開始就專門針對電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行氣動(dòng)力設(shè)計(jì)。E-Fan采用串列雙座中單翼布局,以及獨(dú)特的后機(jī)身兩側(cè)布置涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。大展弦比機(jī)翼具有復(fù)雜外形,可獲得高氣動(dòng)性能。由于動(dòng)力裝置安裝在機(jī)身的中線附近,因此具有較好的單發(fā)飛行操縱性。能量管理系統(tǒng)能夠自動(dòng)操作全部電氣系統(tǒng)部件,從而簡化了系統(tǒng)的監(jiān)測和控制,降低了飛行員的工作負(fù)荷,使駕駛飛機(jī)的飛行教員和學(xué)員能夠集中精力于培訓(xùn)任務(wù)。E-FAN全機(jī)采用先進(jìn)全復(fù)合材料結(jié)構(gòu),另外,它的起落架系統(tǒng)也做了重要?jiǎng)?chuàng)新,能夠減少日常使用中的能量消耗。
E-Fan的續(xù)航時(shí)間為45分鐘至1小時(shí),其鋰電池可在1小時(shí)內(nèi)完成充電,也可通過快速系統(tǒng)更換。兩座的E-Fan飛機(jī)適用于執(zhí)行基礎(chǔ)飛行訓(xùn)練、滑翔牽引以及特技飛行任務(wù),可以完成1小時(shí)飛行訓(xùn)練或30分鐘特技飛行。E-Fan還可以大幅降低飛行員的培訓(xùn)成本,其每小時(shí)飛行成本僅為2歐元左右,而傳統(tǒng)的教練機(jī)每小時(shí)燃油成本為36~46歐元。
E-Fan的系列化發(fā)展機(jī)型E-Fan 2.0和4.0進(jìn)行了多項(xiàng)重大更改,除去發(fā)動(dòng)機(jī)的基本設(shè)計(jì)外幾乎均是全新設(shè)計(jì)。E-Fan 2.0為并列雙座教練機(jī),采用全電動(dòng)力系統(tǒng),使用鋰電池電源;E-Fan 4.0是2.0的加長四座型飛機(jī),采用混合動(dòng)力系統(tǒng),增加一臺內(nèi)燃機(jī),利用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)給鋰電池組供電,從而增大續(xù)航時(shí)間。E-Fan 4.0主要面向私人飛機(jī)用戶和通航俱樂部用戶,也可用作教練機(jī)。空客和合作伙伴計(jì)劃使E-Fan 系列化飛機(jī)2017年底開始服役,屆時(shí)將成為世界第一款按照國際適航標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的全電動(dòng)飛機(jī)。
太陽能電動(dòng)飛機(jī) 太陽能電動(dòng)飛機(jī)是以太陽輻射作為推進(jìn)能源的飛機(jī),動(dòng)力裝置一般由太陽能電池組、直流電動(dòng)機(jī)、減速器、螺旋槳和控制裝置組成。為了能鋪設(shè)眾多的太陽能電池來獲得足夠飛行能量,太陽能飛機(jī)的機(jī)翼面積都比較大。目前世界上最引人注目的有人太陽能電動(dòng)飛機(jī)項(xiàng)目是美國太陽能飛行公司(Solar Flight Inc.)的“尋日器(Sunseeker)”系列和瑞士的“陽光動(dòng)力(Solar Impulse)”,這兩種太陽能飛機(jī)均使用了各種先進(jìn)技術(shù),技術(shù)水平和飛機(jī)性能都達(dá)到了新的高度。
“尋日器”Ⅱ和“尋日器”DUO
太陽能飛行公司2000年在對“尋日器”飛機(jī)改進(jìn)的基礎(chǔ)上發(fā)展出“尋日器”Ⅱ飛機(jī)!皩と掌鳌雹虻臋C(jī)翼進(jìn)行了全新設(shè)計(jì),更改了平面形狀并增大面積以安裝更多的新一代太陽電池,此外還采用了新的高效率太陽電池連接技術(shù)。其駕駛艙的設(shè)計(jì)能夠減輕長時(shí)間飛行疲勞,并配有氧氣系統(tǒng)以有利于高空飛行。其蓄電池在飛機(jī)起飛和爬升階段提供輔助動(dòng)力,電能可保證飛機(jī)飛到1000米高度。蓄電池接通后電量在15分鐘內(nèi)會(huì)被消耗光,但約90分鐘內(nèi)可再次充滿電。使用太陽能時(shí),飛機(jī)的速度能夠達(dá)到64千米/小時(shí),使用蓄電池時(shí),速度高到可以進(jìn)行娛樂飛行,低到可以打開座艙蓋飛行。
“尋日器”Ⅱ的飛行方式類似于階梯漸進(jìn)式。首先,使用太陽能電池和蓄電池爬升至2000米高度,之后僅依靠太陽能便能保持平飛,此時(shí)電機(jī)可以關(guān)閉并使用太陽電池為蓄電池充電,不到2小時(shí)蓄電池充滿電后飛機(jī)可以向另一個(gè)2000米高度爬升。在夏季通過這種方式飛機(jī)可以上升到6212米高度,中午時(shí)分飛機(jī)平飛可以到達(dá)4~5小時(shí)。遇到云層時(shí),使用蓄電池電能可驅(qū)動(dòng)飛機(jī)爬升到云層之上,這樣就能避開惡劣天氣,在氣流平穩(wěn)、太陽光充足的高空飛行。
“尋日器”Ⅱ飛機(jī)自2002年進(jìn)行首次展示以來,已經(jīng)飛行60多次,據(jù)稱多于任何其他太陽能飛機(jī)的飛行次數(shù)。2009年4月,“尋日器”Ⅱ飛機(jī)在德國通用航空展上展出,榮獲“E-flight”獎(jiǎng)。 同年,還實(shí)現(xiàn)了太陽能有人駕駛電動(dòng)力飛機(jī)首次飛越阿爾卑斯山,并創(chuàng)造了6214米的最大飛行高度紀(jì)錄,“尋日器”Ⅱ飛機(jī)也因此獲得當(dāng)年的世界飛行大會(huì)(Air Games)試驗(yàn)類飛機(jī)最高榮譽(yù)獎(jiǎng)。2010年6到7月,“尋日器”Ⅱ飛機(jī)進(jìn)行了橫跨歐洲飛行,展現(xiàn)了飛機(jī)的良好使用性能,標(biāo)志著有人駕駛太陽能電動(dòng)飛機(jī)向?qū)嵱没诌~進(jìn)了一步。
“尋日器”DUO是“尋日器”Ⅱ的延伸型號,是世界第一款雙座有人駕駛太陽能電動(dòng)飛機(jī),2009年開始研制,2013年12月實(shí)現(xiàn)首飛,2014年5月首次完成載客飛行。目前“尋日器”DUO飛機(jī)正在進(jìn)行一系列飛行實(shí)驗(yàn),預(yù)期將實(shí)現(xiàn)連續(xù)飛行12小時(shí)。
作者: 來源:新華網(wǎng)
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