德國航空航天中心在電動飛機領域的研發實踐
在節能環保的大趨勢和綠色航空的發展背景下,電動飛機正在逐漸成為當前航空運輸業的研究熱點。電動飛機開辟了航空業的新領域,為未來的可持續交通提供了前所未有的機遇,因其具有無排放和低噪聲等優點,研究機構和工業界對此安排了越來越多的研究項目,對電動飛機的實施和應用場景進行了大量的探索。本文將對德國航空航天中心(DLR)在此領域的研究情況進行簡要介紹,供讀者參考。
DLR是電動飛機領域的先驅。DLR以基礎研究和應用導向相結合的方式開展電動飛機研究,這在歐洲是獨一無二的。基于長期的研究積累,DLR匯集了航空運輸電氣化所需的所有專業知識,這包括電池和燃料電池技術、電力推進技術、推進系統集成技術、飛行測試和整體系統評估技術等。
DLR電動飛機協調專員AndreasKl?ckner認為,電動飛機具有的三大優勢:一是無排放。純電動飛機不排放任何污染物,是綠色航空的最佳解決方案。二是低成本。由于運動部件數量減少,預計電力推進系統的生產和維護成本會有所降低。三是高效率。電推進能夠實現全新的飛機構型,這將提升飛機的氣動效率,進一步降低燃油消耗、排放和噪聲水平。由于電動飛機具有以上優勢,DLR預計,在不久的將來,可能出現全新的交通服務方式,如空中的士。此外,布倫瑞克DLR空氣動力學和流動技術研究所的研究員JanWerner Delfs表示,雖然電力推進系統本身并不是絕對安靜的,但相較于傳統的渦輪或活塞發動機,其降噪的潛力非常大。
近年來,DLR在電動飛機領域的主要研發實踐包括以下三大方面。
一、舉辦E2Flight電動飛機行業專家級學術會議
由DLR工程熱力學研究所與斯圖加特大學飛機設計研究所聯合舉辦的“E2Flight”研討會是電動飛機行業的專家級學術會議。該會議關注電動飛機行業的最新進展,今年將以電動飛機為主題組織國際相關研究人員開展第四次學術研討。2019年3月28日和29日,來自研究機構和工業界的120多名參會代表就斯圖加特附近萊恩費爾登-埃希特丁根地區的電動飛行問題交換了意見。今年的研討會重點關注電動飛行概念、混合動力推進系統、技術和認證以及基于當前項目的推進系統集成等問題。
二、研發HY4——全球第一架由氫燃料電池驅動的四座客機
據DLR研究員兼E2Flight研討會聯合創始人Josef Kallo介紹,目前社會各界已經明確認識到電動飛機的發展潛力,在接下來的幾年里,預計該行業會得到快速的發展。幾乎所有的飛機設計與制造商、推進系統和渦輪機設計與制造商都已經在電動領域開展積極的探索。德國乃至歐洲的資助機構均對電動飛機的發展潛力達成共識,并正在積極授權和支持各種研究項目,研究的重點是輸出功率在1到2兆瓦之間電推進系統,目標是用于搭載20-50名乘客的短途支線運輸。對此,科學界和工業界正在評估現有技術的可行性,同時,DLR科學家也希望歐洲的其他國家以及美國能在電動飛機領域提出一些新想法、新技術和新項目,從而促進電動飛行目標的實現。
Kallo 是HY4項目的負責人,HY4是世界上第一架由氫燃料電池驅動的四座客機,該飛機已于2016年首飛。研究團隊目前正在開展新一階段的研究工作,旨在為HY4試驗機開發全新的推進系統,并預計于2019年秋季再次試飛。計劃至少將燃料電池的性能提高一倍,并將氫氣的存儲效率提高三倍。目前已經完成了幾項實驗室測試,取得了積極的研究成果。
三、開展電動飛機新布局研究
電推進系統將帶來飛機布局的革新,因為可以采用多個小型分布式電動發動機,電動飛機上的發動機數量、分布方式和不同飛行階段的運行數量都可以重新設計,這導致飛機的設計更為自由,設計空間更大。例如,可以優化機翼的形狀,減小或取消方向舵,依靠分布式的螺旋槳來控制飛機航向。
DLR已經對新型電動飛機的新型總體布局開展研究,并正在使用數字模型來開發和評估用于短途與支線交通的混合電動推進飛機概念。
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