电池驱动的全电飞机将大有用武之地

  • 科技日报
  • 2019-11-28 17:20:21
美国国家航空航天局(NASA)近日在位于加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心展示了实验性电动飞机X-57。据透露,这架电动飞机离首次试飞还有至少一年的时间。NASA的目标是在2020年末驾驶这架飞机升空。

军事专家文昌对科技日报记者科普道:“电驱动是未来武器装备的一个趋势,也是飞机发展的一个趋势。电驱动的好处很多,如有利于能源的管理,可以高效地把电力分配给最需要的组件。这使得装备在不影响控制的情况下,为未来安装更强大的雷达、定向能武器留下了余地。”

提起电动飞机就不能不提起全电飞机和多电飞机。全电飞机广义上讲,是指飞行控制系统与机载系统所需功率全部由飞机中央供电系统提供的飞机,不再从发动机引气,取消了液压和气压系统等二次能源系统。狭义上讲,全电飞机是指完全依靠电力飞行,不再采用传统的燃气发动机作为动力,而是利用某种电池,如燃料电池、太阳能电池等提供电力驱动的飞机。而多电飞机是实现全电飞机的中间产物,是指主要依靠电力飞行,但不排除使用部分其他能源的飞机。公开资料显示,F-35战斗机、空客A380、波音787都属于多电飞机。

广义上的全电飞机类似于目前“朱姆沃尔特”级驱逐舰采用的方式,即用发动机带动发电机产生电力,然后用电力驱动代替液压驱动、气压驱动、机械驱动。文昌介绍:“与‘朱姆沃尔特’级驱逐舰所采用的全电推进不同,X-57则更彻底,使用电池提供电力驱动飞机飞行,而不是用燃气轮机驱动发电机提供电力,是一款电动全电飞机。当然,目前受限于电池技术的发展,X-57的功率要远小于‘朱姆沃尔特’这样的舰艇。”

目前,全电技术多见于小型旋翼无人机。如欧洲导弹集团(MBDA)公布了名为“幽灵”的无人机,是一种倾转旋翼设计的电动垂直起降无人机。根据MBDA公布的数据,“幽灵”的巡航速度为180公里/小时,巡航高度100米,作战半径超过10公里,飞行续航时间超过60分钟。

“类似X-57这样的全电固定翼飞机还是近几年刚刚兴起的,可以肯定未来也是军用飞机的一个方向,未来无论是有人还是无人固定翼飞机都可以在一些领域采用电动全电技术。”文昌说,X-57是一款轻型的通勤飞机,可以作为教练机、运动飞机、私人飞机使用。这架飞机是由意大利制造的四座Tecnam P2006T改装而成,原是一型双发活塞式螺旋桨飞机。改装后,它使用了14个电动巡航马达,由专门设计的锂电池供电,而不是通常的航空内燃发动机。

文昌表示,目前看电动全电飞机有以下几个优点,一是飞行过程中没有碳排放,更加绿色环保,减少对燃油的依赖,降低费用;二是飞行噪音大幅降低,更加有利于飞机隐身性能的提升;三是能源转换效率高,目前的飞机使用燃油,能源转换效率低,而电池则会大幅提升能效比;四是可大幅减少飞机重量,降低飞机的复杂性,提高可靠性和可维修性。然而,当前制约电动全电飞机发展的因素中,电池技术是最主要的。一是能量密度低,如果想提供足够的电力,其重量体积也会非常大;二是电池性能受温度影响大,飞机飞行在高空,环境温度低,容易造成电力不足、续航下降。未来,随着电池技术的进步,使用电池驱动的全电飞机应该大有用武之地。而且,类似于电动汽车,电动飞机结构相对简单,在技术上也不存在太大的技术门槛。

很多人关心,有人战机上有类似的研制计划么?

其实,由于目前受限于电池技术的发展,还没有任何一个国家公开披露研制电动式全电战机的计划。“不过,将传统机械驱动的部件,逐步更换为电机驱动的部件,已经成为武器装备研制的一个方向。”文昌指出,英国前不久提出要研制电动坦克,现在电动飞机又浮出水面。可以肯定,未来武器装备的电动化,应该是大方向。特别是在无人领域,目前在轻型、低速的无人装备上,全电技术已经得到了广泛应用。

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