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听过14个发动机的电动飞机吗?居然是NASA研发的

NASA研发14个发动机的电动飞机

航空产业知道两件事:一是噪音,二是污染。当然咯,飞行除外。飞机在飞行的过程中需要燃烧大量的燃料,很多很多,以至于航空排放成为气候变化的最大帮凶。因为这个原因以及其它一些原因,NASA正在开发全电动实验飞机。

飞 机名叫X-57,看起来相当傻。飞机的机翼很长、很直、很薄,有点像牛仔裤,上面安装了12个小型电动发动机。在两边的翼尖上还有两个更大的发动机,每边 一个。6月17日,NASA主管查尔斯·博尔登(Charles Bolden)在美国航空航天年会上发表主题演讲时透露了X-57的消息。很显然,它可能会改变航空产业。

“我们重新回归到传统飞机设计流程。”NASA工程师、电动推进器和X-57副首席科学家西恩·克拉克(Sean Clarke)表示,“在性能上我必须达到一个要求:让飞机以相当快的速度飞行,尽可能减少燃料消耗量。”

机翼的设计

为 了保证安全,FAA对飞机的起降速度(越慢越好)有严格的要求,克拉克以及所有的飞机工程师都必须满足这一要求。如果飞机安装的是小展弦比机翼,就可以用 更低的速度起飞降落,但是宽宽的机翼会形成很大的阻力,在高空巡航时必然会浪费更多的燃料。如果安装的是长而窄的机翼,巡航效果就会很好多,但是在升空时 需要更快的速度。

在引擎方面,克拉克与团队选择了一种新办法,类似于汽车变速器。在起飞和降落时,12个小型发动机会在30秒内打开。我们不妨将它类比为汽车低档扭矩。当X-57开始飞行,进入高速档,12个引擎关闭(推进器会缩回去,与机翼持平),两个更大的翼尖推进器接管飞机。

但是汽车车档技术并不完美。为什么?因为不论选择什么样的档速,汽车的发动机是不会改变的,仍然是同一个。正因如此,X-57的机翼上才会安装两种类型的发动机,它可以从不同的方位帮助机翼生成提升力。

如 果要增强提升力,最基本的办法就是让机翼快速穿过空气。更具体地解释,就是说机翼上方空气的移动速度必须比底部空气快(所以机翼才会设计成翅膀状),只有 这样才能形成提升力。为了实现这一目的,飞机会利用引擎推动整个机身向前冲,达到必需的速度,这个必需速度由一些因素决定,比如机翼的形状、飞机的大小、 其它一些几何变量。

不同的几何形状会带来不同的特性:机翼长而薄,适合于漂浮;机翼短而厚,适合于起飞;短、尖、向后倾斜,适合在危险地带飞行。

克 拉克与NASA团队的初衷是为电动飞机安装长而薄的机翼,让飞机适合漂浮,这样一来,飞机就会面临一个困难,起降速度必须达到FAA的安全标准。怎么办? 团队用12个小型发动机喷出气流,气流速度接近飞机飞行速度的2倍。最终,机翼会形成一种“错觉”,好像自己的速度比飞机快。克拉克说:“它实际上不是推 进系统,只是一个高升力翼形设备。”在起飞时,飞机的速度可能只有每小时75英里,但是风穿过机翼的时度接近150英里。

在干涸的湖泊测试

为什么要将X-57的主引擎安装在翼尖?因为效率更高。在飞行的时候,飞机翼尖会形成旋涡,旋涡又会形成阻力。克拉克称:“我们设计的翼尖发动机可以利用旋涡。”

克 拉克团队已经在地面上测试过X-57基本机翼设计,测试时间长达18个月。他说:“爱德华空军基地(Edwards Air Force Base)有一个干涸的大湖泊,开车可以连开几英里不拐弯。”NASA研究人员将机翼放在卡车上,然后开着卡车前进,时速从40英里提升到60英里,然后 是80英里,这样就可以测试机翼的性能了。

如果你觉得开着安装机翼的卡车在荒漠里行驶 是一件疯狂的事,请记住:要开发先进的航空电子设备,疯狂是相当重要的。在爱德华空军基地,查克·耶格尔 ( Chuck Yeager )驾驶飞机超越了音速,尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)开着飞船进入了太空。每当NASA和美国空军测试任何实验推动系统时,湖泊都是一个理想的测试地,飞行员中断引擎后可以完全落地。克 拉克说:“过去50年,飞机测试之所以一直在爱德华进行,主要是因为那里有湖泊。”

在 短期之内,X-57的机翼还无法用来飞行。在未来1年多时间里,克拉克将会对意大利设计的双引擎飞机进行改造,直到它变成NASA想要的飞机。现有飞机用 活塞和机械组件控制机翼推进器,它们会被全电动系统替换。克拉克说:“我们要将电动系统与原引擎对比。”按照克拉克的预计,明年秋天之前就可以进行飞行测 试了。克拉克还说:“之后,我们会将飞机的基准机翼拆下来,将实验机翼装上去。”

几个月前,NASA公布了“New Aviation Horizons ”项目,X-57只是其中之一。未来10年,NASA工程师会开发各种实验飞机,努力解决燃油效率、噪音、排放等问题。

克拉克说:“我们正在制造,正在学习,正在开发飞行螺旋桨,我们将学到的经验应用于新机型。”在X-57之后,NASA还准备开发5款电动飞机。

最终,克拉克认为创新成果将会进入到商用航空领域。

听过14个发动机的电动飞机吗?居然是NASA研发的
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