滚动新闻|数字报|移动阅读|微博|视频|EN|RSS|我要投稿
收藏本站| 关于我们

NASA开展 “飞马”混合电推进支线客机概念研究

核心提示: 两种方法结果是:分析显示比起先进的2030支线涡桨飞机、能源使用降低27%~39%,同时起飞总重增加则减半,从用60%电的混合电推进基础构型的65%减至“飞马”的31%。
巡航状态下,内翼的电动桨叶将关闭并折叠以减小阻力、节省电能。 随着小型、短途电动飞机逐渐成为现实,研究人员开始把目光转移到相对更大尺寸的飞机,希望知道电推进是否能让支线客机再次恢复繁荣。但没有技术的巨大进步,全电飞机或混合电推进支线客机很难成为吸引人的产品,因为目前电池的储能能力与燃油相比还差距甚远,而且将航空燃油变为电能仍然低效。工程人员相信,关键问题是使用电推进帮助提升飞机的空气动力性能,进而获得效率的整体提升、抵消储能和换能效率方面的短板。 NASA设计人员已开发一种48座支线客机概念,多个电动和混合电螺旋桨设计分布在机体多处以改善气动性能,减少整体能源需求、降低飞机重量。该设计概念称为“飞马”(Pegasus,即并联电-燃油架构增效使用方案),在6月初丹佛举行的AIAA 2017会议上进行了展示。该设计是一项由NASA兰利研究中心工程师凯文·安特克里夫领导的前期研究的结果,该研究对能在2030年服役的先进支线客机进行了分析。NASA的这一设计概念基于ATR42-500,载客48人、概念航程600海里(1111千米),研究分析了采用0~100%4个等级的并联混合电推进的设计概念。 研究发现,如果全部能源消耗要低于常规的涡桨推进,电池能量密度必须大于500瓦时/千克。目前最好的商用电池能源密度约为250瓦时/千克,航空燃油则为12000瓦时/千克。但即使达到500瓦时/千克,经济性也不太令人满意,飞机重量更大、能源成本更高。采用500瓦时/千克的电池,75%电推进的飞机重量是涡桨飞机的2.3倍、能源成本高10%。随着能量密度的增加,重量和成本的代价逐渐降低。采用1000瓦时/千克的电推进飞机只比涡桨飞机重39%,而能源成本低23%。由于该水平的能量密度近期还不会出现,研究暗示需要对推进系统周围的机体进行优化。 其结果就是“飞马”,ATR42-500的并联混合电推进衍生型。该设计概念在机翼翼尖有2个混合电螺旋桨、机翼内侧下有2个电动螺旋桨、尾部还有1个螺旋桨,该机目标为2030年服役。翼尖螺旋桨产生的滑流减弱了机翼涡流、使得有效推进效率增加约18%,这一效果将在NASA X-57“麦克斯韦”电推进验证机上进行验证,该机计划2018年初开始试飞。机翼内侧的电动机在起飞和着陆时运转,但在巡航时关闭、螺旋桨折叠收起,这样减少了旋转阻力以及螺旋桨旋转对翼展方向升力分布的不利影响,使诱导阻力降低10%。折叠螺旋桨将在X-57上验证。尾部的螺旋桨用于吸入机身上最慢速移动的边界层,为该气流提供能量以降低尾流中的动量不足。边界层吸入(BLI)预计使尾部螺旋桨有效推进效率增长10%。 电动飞机由于储能问题对设计航程极端敏感。ATR42-500的最大航程是1000海里(1852千米),之前的混合电推进研究结论是缩短到600海里(1111千米),但分析显示300海里(556千米)航程的飞机更有竞争力。NASA 2030年运输需求预测,50%的支线航程为小于等于200海里(370千米),90%为400海里(740千米)及以下。因此“飞马”设计为依靠500瓦时/千克能量密度的全电推进w88官网200海里(370千米),混合电推进w88官网400海里(740千米)。两种任务下起飞和爬升阶段所有5个螺旋桨都工作,机翼内侧螺旋桨在巡航阶段关闭并折叠,让翼尖和BLI螺旋桨提供有效推力。如果巡航阶段出现螺旋桨失效,机翼内侧电动机会重新启动。 所有能源受限的电动飞机面临的一个问题是FAA的仪表w88官网规则操作需要的能源储备。ATR需要的储备等同于约300海里(556千米)的航程,即44%的机载总能源,对200~400海里(370~740千米)航程的飞机代价巨大。现有技术下,只有电池内能源的80%可以使用。如果这一限制被超越,电池的寿命将严重缩短。因此,“飞马”设计成完全依赖航空燃油完成全部储备任务。这导致涡轮发动机超尺寸。 研究人员使用两种方法对“飞马”进行了分析,均显示该设计与过去研究的600海里(1111千米)级混合电推进构型相比,“较之前的概念有潜在优势,电能需求减少、油耗降低。”两种方法结果是:分析显示比起先进的2030支线涡桨飞机、能源使用降低27%~39%,同时起飞总重增加则减半,从用60%电的混合电推进基础构型的65%减至“飞马”的31%。 NASA下一步将计划研究增效飞推集成的类似方法是否将改善其他尺寸的全电和混合电飞机的运营经济性,涉及下至9座飞机上到130座的飞机。
  • 微笑
  • 流汗
  • 难过
  • 羡慕
  • 愤怒
  • 流泪
责任编辑:李美静