NASA第一架電動飛機,即將上天。這架飛機名為MaxwellX-57,是NASA第一架全電動機型。根據工程師的設計,該飛機動力放棄航空燃料,完全來自商用可充電鋰離子電池驅動電動機,這在業內挑戰性極高。
△ X-57試驗機,拍攝於NASA阿姆斯特朗飛行研究中心
為配合供能系統,團隊又將傳統的兩個大型發動機設計,變成——14個小型發動機均勻分佈在機翼兩側。這是該飛機的又一大挑戰性特征。
該項目副首席研究員Nick Borer表示:
我們試圖做一件雄心勃勃的事情,新型機身和新發動機設計均不常見,這兩方面都是極具挑戰性的工作。
根據IEEE Spectrum最新曝光,Maxwell X-57首飛時間定於2023年春夏。
一旦成功,意味著NASA在電動航空領域邁出第一步,考慮到20世紀後半葉NASA曾創下航空領域諸多歷史性紀錄,這也是其再次發力航空領域,捍衛技術領導地位的關鍵標志。
△ Maxwell X-57概念圖
更值得關註的是,該項目其實背後充滿坎坷,歷時7年,資金快耗盡下,連螺旋槳都砍大半。
NASA第一架電動飛機
先來認識一下此次首飛的主角,Maxwell X-57。
外觀上,該電動飛機由一架意大利Tecnam P2006T飛機改裝而成,機翼略作縮小。
核心參數方面,該飛機可搭載2人,翼展10米,重約1.36噸。設計參數顯示,其巡航速度277公裡/小時,可飛行距離為160公裡。
再看能源方面,飛機電能來自可充電的鋰離子電池,分為兩個400磅電池包,放置於機艙內。
動力上,這架電動飛機設計也可謂獨樹一幟。
根據X-57最終設計,其動力來自機翼前部的12個小型電動螺旋槳,均勻分佈在兩側,此外,機翼兩端還加裝尺寸較大的發動機,用於抵消末端渦流帶來的阻力。
從最終設計圖能看到,X-57擁有14臺螺旋槳。
這一設計主要是為讓飛機更高效利用能源,小螺旋槳本身及外形設計可在飛行時提供更多上升力量。在飛機達到一定高度後,小螺旋槳將停止工作。
需要註意的是,上述設計並非Maxwell X-57的最終形態。
從實地拍攝的照片能看出,其原本設計的14臺發動機被取消,X-57螺旋槳隻有2臺,分佈於機翼下方,靠近機身。
這背後原因,與該項目坎坷的設計研發歷程有關。
官宣至今已過去7年
Maxwell X-57項目官宣於2016年6月。
NASA局長查爾斯・博爾登在演講中,將X-57項目稱為——未來10年航空新計劃的關鍵組成部分,旨在研發先進技術減少化石燃料使用與排放,降低飛行噪音。
取得成果後,他們會將這些技術推向市場。除這架小型X-57,NASA還同時宣佈將生產5架大型X系列飛機。
NASA在航空方面的發力並非一時興起。早在1946年,其前身美國國傢航空咨詢委員會(NACA)就研發成功時速達1600km/h的X-1試驗機,動力依靠火箭發動機。
此後,NASA的X系列飛機多次刷新各項世界紀錄。
此番X-57,是X系列時隔20年來新產品,也可看作NASA在數字時代面向未來,捍衛航空領域技術領導地位的組成部分。
但在具體落地中,X-57遭遇波折不少。
項目本計劃2017年就首飛,但由於反復設計修改,電池過熱隱患等問題,測試一再延期。這當中,維持高電壓和功率輸出難度也超出項目組想象,他們還需要迭代升級防電子幹擾的組件。
由於所使用的晶體管無法承受飛行中的震動及溫度,他們又不斷尋找解決方案,直到采用新一代碳化矽MOSFET模塊,才解決問題。
項目拖到2019年,飛機地面測試才開始進行,隨之而來的疫情又導致飛行測試安排被打亂。
最終項目因資金不足,項目後期規劃已經無法完成,最終,即將首飛的飛機仍為2臺螺旋槳。
面對此種境況,相關業內人仍然認為,他們做的事很有意義。
電動航空業咨詢公司SMG創始人Sergio Cecutta認為,X系列飛機的研發本就是做前所未有的事,這當中有曲折屬正常,但X-57已為行業奠定基礎,從這個角度看,這是個成功的項目。
另值得一提的是,盡管目前小型飛機都在探索電動化,但航空業很多人認為,目前純電動飛機距離商用落地還有很大距離,其關鍵問題在於——電池無法支撐大型寬體客機進行數千公裡的飛行。