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燃料電池技術(shù)助載人電動直升飛機(jī)成真

2010年08月17日 11:18 8404次瀏覽 來源:   分類: 新技術(shù)

  盡管只能飛行15分鐘,但仍然是一次突破。通過對其所用電池加以改進(jìn)后,載人電動直升飛機(jī)終于成為現(xiàn)實。德國(PC-Aero)、法國(EADS)、意大利(SkySpark)、中國(Luneec)和美國(Sonex)相續(xù)發(fā)表了有關(guān)完全電氣化的固定翼機(jī)(注:固定翼機(jī)在中文通常簡稱飛機(jī),指機(jī)翼固定于機(jī)身且不會相對機(jī)身運動,靠空氣對機(jī)翼的作用力而產(chǎn)生升力的航空器,這樣定義是為了與滑翔機(jī)和旋翼機(jī)有所區(qū)別)的宣告,而Solar Impulse更是在完全由太陽能供電的情況下完成了具有重大歷史意義、長達(dá)24個小時的飛行。Solar Impulse采用Airbus的機(jī)翼(長度超過200英尺),機(jī)內(nèi)搭載了11,628塊太陽能電池,用于對飛機(jī)內(nèi)的4個發(fā)動機(jī)進(jìn)行供電。
  近年來,已出現(xiàn)了全部電氣化的輔助式滑翔機(jī)和懸掛式滑翔機(jī)。電動式飛機(jī)的優(yōu)點包括:因其電動機(jī)具有更大扭矩而提高了操縱的靈活性;因降低了發(fā)生機(jī)械故障的機(jī)率、降低了在飛機(jī)在發(fā)生碰撞時出現(xiàn)爆炸或火災(zāi)的風(fēng)險,從而提高了安全性,并且降低了噪音。電動式飛機(jī)在飛行時無需礦物燃料,因此不會排放廢氣,這還將具有環(huán)境和成本效益。正如在道路上行駛的車輛一樣,問題在于(飛行)距離——在切實可行的載人配置下,兩者的最佳范圍均為160~400公里(約 100~250英里)。
  現(xiàn)在已經(jīng)有一些以套件形式出售的全電式固定翼飛機(jī)和其它電動式飛機(jī)。SkySpark公司的全電動固定翼飛機(jī)的速度已達(dá)到155mph(300kph),但這類飛機(jī)最常見的速度是100mph,它們的飛行時間為1~3個小時。SkySpark實驗所用的是一架兩座的Pioneer Alpi 300,它由一臺采用無刷技術(shù)和聚合物鋰電池的75千瓦(100.5馬力)的電機(jī)來推動。

  電動式直升機(jī)
  Sikorsky Aircraft(美國,西科斯基飛機(jī)公司)的技術(shù)開發(fā)部門——Sikorsky Innovations已正式推出了“螢火蟲項目(Project Firefly)”,一架全部電氣化直升機(jī)技術(shù)樣機(jī)。
  Sikorsky Innovations主管Chris Van Buiten表示:“我們對螢火蟲項目的目標(biāo)是提供一個主要概念的證明樣品,以驗證電動式旋翼機(jī)的好處;開發(fā)各項技術(shù)以實現(xiàn)電動式載人飛機(jī),并推動改進(jìn)的、最先進(jìn)的‘綠色’技術(shù)和實踐在今后的發(fā)展”。
  為打造這架演示機(jī),Sikorsky Innovations團(tuán)隊將U.S. Hybrid公司的一款高效的142千瓦(191馬力)電動機(jī)和數(shù)字控制器與GAIA公司的鋰離子能量存儲系統(tǒng)相結(jié)合,用于取代S-300CTM直升機(jī)中所用的舊式推進(jìn)系統(tǒng)。這兩個GAIA 135Ah鋰聚合物使其在高空飛行了15分鐘。大多數(shù)其它電動式飛機(jī)還應(yīng)用了涉及一種或另一種化學(xué)物質(zhì)的鋰聚合物牽引電池,因為其安全、重量輕且沒有沉重的金屬外殼。GAIA在其牽引電池的正極采用了磷酸鐵鋰和鋰鎳鈷鋁。
  集成傳感器提供飛機(jī)的有/無故障信息,通過一個集成的交互式液晶顯示器顯示給直升機(jī)上的飛行員。Eagle Aviation Technologies, LLC(鷹航空科技有限責(zé)任公司)完成對這架演示飛機(jī)的定制機(jī)身更改和裝配。
  “航空領(lǐng)域所取得的大多數(shù)最重要的進(jìn)步都源于推進(jìn)技術(shù)的變革。我們很高興能處在旋翼機(jī)電力推進(jìn)技術(shù)的探索前沿”, Sikorsky Research & Engineering(西科斯基公司研究與工程)副總裁Mark Miller表示。“通過電力轉(zhuǎn)換,飛機(jī)的推進(jìn)效率從起點被提高了約3倍。通過減少運動部件的數(shù)量、提高可靠性,電力推進(jìn)也必然簡化(飛機(jī))推進(jìn)系統(tǒng)的復(fù)雜程度,并在此同時降低直接運營成本”。
  “隨著需求的增加,世界燃料儲備將持續(xù)減少。供應(yīng)/需求周期的反演將提高所有燃料型運載工具的營運成本,特別是在航空這一領(lǐng)域。這在商用直升機(jī)市場最為明顯,旋翼機(jī)所發(fā)揮的關(guān)鍵作用將受到燃油成本不斷上升的威脅”,西科斯基公司與工程研究(Sikorsky Research & Engineering)副總裁Mark Miller在一份聲明中表示。

  混合式飛機(jī)
  與此同時,在歐洲,EADS(歐洲航空防務(wù)及航天集團(tuán))正在研發(fā)一款混合式直升機(jī)的概念機(jī),它使用2個柴油發(fā)動機(jī)和2個鋰離子電池組來對主槳和尾部螺旋漿中的電機(jī)進(jìn)行供電。在2010年中旬于柏林舍納費爾德機(jī)場舉辦的2010 ILA飛機(jī)展上,EADS展出了這款柴油-電力混合動力概念直升機(jī)和一款全電動式特技飛機(jī)。通過采用這項混合動力技術(shù)可大大的減低燃料的消耗和廢氣的排放,存在爭議。
  在2010年7月,舉行了一場針對這些“多電”飛機(jī)的研討會。都靈大學(xué)(University of Turin)的Alberto Tenconi(阿爾貝托滕科尼)教授坐鎮(zhèn)意大利的電動飛機(jī)項目,他對用于客運航線的電動飛機(jī)用于有自己的看法。另一方面,在英國,F(xiàn)alx Air Vehicles計劃通過在傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)(tilt rotor aircraft)中使用混合式電力電機(jī)和內(nèi)置太陽能電池組,以進(jìn)一步推動燃油經(jīng)濟(jì)。該公司預(yù)期其不久即將推出的緊湊型單、雙座位的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)每小時僅使用10升燃料,并且其安靜的電動操作使得這些小型、重量輕且操縱靈活的飛機(jī)還可用于充當(dāng)極佳的軍事隱形運載工具。

  采用燃料電池的飛機(jī)
  在171年前,英國發(fā)明了燃料電池,現(xiàn)在Intelligent Energy公司將其燃料電池用于試驗飛機(jī)。和在道路上行駛車輛一樣,飛機(jī)中所用的燃料電池更像是混合,用一塊精密的電池來管理負(fù)載的變化和可再生充電。意大利的SkySpark團(tuán)隊現(xiàn)在計劃側(cè)重于由氫燃料電池供電的發(fā)動引擎,Aero Vironment 已將氫燃料電池用于巡游在高層大氣層的龐大的固定翼無人偵察機(jī)。領(lǐng)先的飛機(jī)制造商Boeing(波音)和Airbus(空中客車),EADS(歐洲航空防務(wù)及航天集團(tuán))旗下子公司,對能否通過以全部電氣化模式(可能涉及燃料電池)實現(xiàn)大型客機(jī)以幾乎無聲的情況進(jìn)行起飛和降落很感興趣。

  展望未來
  當(dāng)然,飛機(jī)的電氣化和水、陸交通工具的電氣化密切相關(guān)。它們使用相同或類似的電池、電池管理系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)。而減輕重量幾乎是普遍的目標(biāo)。相關(guān)的還有來自多家公司的印制電子和電氣件,例如,由Virginia Tech能量采集材料和系統(tǒng)(CEHMS)中心研制的T-Ink、無線傳感器和執(zhí)行器以及能量采集和光伏能源助推,據(jù)IDTechEx分析,更適宜以透明的形式遍布整個運載工具。
  對飛機(jī)實行再生制動(Regenerative braking,亦稱反饋制動,是一種已被用于汽車或鐵路列車上的制動技術(shù)。在制動時把車輛的動能轉(zhuǎn)化及儲存起來;而不是變成無用的熱。)聽起來是異想天開,但最近的研究表明,再生飛行特性是可以實現(xiàn)的——當(dāng)飛機(jī)遇到上升氣流時,可以將螺旋槳用作充電儲能的渦輪機(jī)。明年將推出的新款混合式電動船,也以類似的方式利用了其螺旋槳。利用可再生能源的飛機(jī)具有在高海撥無限期飛行的潛能,因為來自垂直大氣運動所產(chǎn)生的能量可以超過由太陽能所產(chǎn)生的能量的10倍或更高。請記住,Hawkes Ocean Technologies公司的全電式Deepfligh潛艇扮演了水下飛機(jī)的角色,并且時機(jī)差不多。

責(zé)任編輯:仁可

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