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混合电推进飞机加速发展
关键词:      时间:2018-12-09

据《航空周刊》2018年12月9日报道,一架外形奇特的小飞机于10月31日在奥地利完成首飞,这是航空史上具有里程碑意义的事件。该飞机从维也纳纽施塔特东部机场起飞,进行了20分钟的飞行,这被宣布是多发混合动力推进飞机的世界首创。


改进后的钻石DA40活塞单发飞机代表了从轻型短程电池驱动电动飞机,快速转换为混合分布式电动支线飞机(或许从长期看,甚至商用客机)的发展道路上取得的最新进展。


该飞机是由钻石飞机工业公司和电动系统开发商西门子公司在 HEMEP 项目下进行改进的,该项目由德国 LuFo 航空研究计划及奥地利相应机构的资助。


钻石公司的DA40活塞发动机已换成两台75kW的电动机,安装在鸭式前置翼面上,由安装在机头内的110kW的AE300柴油发电机提供动力。后机舱配备两个12kWh电池提供储存电能。验证机上,纯电池驱动时续航时间大约30分钟,而采用混电系统时最长可达5小时。


西门子电动飞机公司执行副总裁,弗兰克·安东说道,“这是世界上第一架配备电动螺旋桨和一台内燃机的串行混合动力飞机。分布式推进架构为高效飞机的设计开辟了全新的可能性,我们现在已经证明了技术的可行性。”


锂离子电池目前只能为轻型飞机提供短航程的动力,而且它们的性能每年只能提高几个百分点。虽然已发现更好的电池化学材料,但目前有多家制造商正转向混合电推进研制,认为混合电推进是能够在近期实现电动飞机这一目标更有前景的方式。


混合动力推进系统比传统的活塞或涡轮发动机更为复杂,但它确实具有一些优势,比如在电力驱动下实现低噪音、零排放的起飞和降落,以及在液体燃料驱动下实现远距离巡航。电池和电动机也可以用来为起飞和爬升提供动力,这样就可以使用消耗更少燃料的小型发动机,或者在飞行中发动机失效后作为备用。


采用混合动力还可以实现分布式电力推进布局,以及动力装置与机身紧密集成的飞机构型,实现能效改进,或垂直起降,增加了潜在安全性能改进。


“串行混合电推进系统和分布式推进架构对于我们来说是未来实现可持续性飞行的关键,还要具备更高的功率级别,钻石飞机的飞行试验将帮助我们理解这些新推进技术的要求,并为迎接更大规模应用挑战做好准备。”安东说。


西门子公司正在与空客合作开发10MW或以上的混合动力系统,为未来可能搭载100名乘客的客机提供动力;与罗罗公司合作,正在研发 E-fanX 混合动力支线客机样机。


西门子公司一直在开发飞机用电动机方面处于领先地位。公司首次与钻石工业公司合作是在2009年,当时西门子研制了一台混合动力系统来驱动DA36电动滑翔机。2014年,空客E-fan电动飞机验证机安装了西门子公司30kW电动机驱动的双涵道风扇。到2016年,一台260kW的电动机配装在特技飞行飞机 Extra 300上,创造了电动飞机的两项速度记录。该电动机的衍生型将为空客的 City Airbus 电动垂直起降验证飞机提供动力,该飞机计划在2019年年底左右试飞。


目前为止,西门子公司已经涉足了纯电动和混合电动两个领域,为电池驱动的Extra 300LE飞机和 City Airbus 提供动力,也为从两座的 Magnus eFusion 到法国初创公司 Volt Aero (伏特)的 Cassio 1飞行试验台(由 Cessna 337 Skymaster 改装成的混合电动飞机,预计2019年初试飞)等混合动力飞机提供动力。还有更大的飞机和电动机,即将进入电动飞机领域。


西门子公司并不是电动飞机领域的独行者。 Wright Electric (莱特电子)公司正与西班牙的 Axter Aerospace 公司合作,计划在2019年试飞一架9座混合电动飞机样机。另一家美国混合动力推进系统初创公司 VerdeGo Aero 表示其正在与以色列宇航工业公司合作一个城市空中交通项目。法国赛峰公司正在为贝尔公司的电动垂直起降飞机开发混合动力推进系统。


由于电池能量密度低,全电动飞机遭到了质疑,但人们对混合动力解决方案越来越感兴趣。混合动力系统在性能、复杂性和成本等方面仍然存在问题,但以目前这种发展速度,答案揭晓的时间将比几年前看起来可能要早得多。

(翻译:王新敏,校对:吕春艳)