【科普】锂电池和太阳能电动飞机

2015-03-13 11:06:18 太阳能发电网
未来谁将可能引领通用飞机技术的革命性发展?在环境友好、高效节能、结构简化方面,电动飞机或许是最好的答案。最近十多年,各类电动飞机研制进展迅速,小型锂电池电动无人机已被广泛使用,商品化有人锂电池飞机正在开发中,有人太阳能电动飞机已经开始分阶段环球飞行。本文将主要介绍取得突破性进展的锂电池和


  “锐翔”
  辽宁通用航空研究院一直以电动飞机技术为研究重点,约从2011年开始研制“锐翔”(RX-1E)锂电池电动飞机。“锐翔”是国内第一个正式申请型号合格审定的电动轻型运动飞机。2012年11月,首架样机在珠海航展上展示,2013年原型机成功首飞。“锐翔”双座电动轻型飞机采用高效气动外形设计,具有良好的升阻特性,机翼设计为大展弦比上单翼,层流翼型,T形尾翼。起落架为固定前三点式,机体为全复合材料,采用碳纤维面板和泡沫夹芯结构,动力装置为一台SinetonA37k154稀土永磁同步电机。
  飞机基本技术数据:翼展14.5米,机长6.6米,最大起飞重量 480千克,最大巡航速度150千米/小时,设计航程148千米,实用升限1600米,续航时间40分钟。

  中国昊翔的E-Spyder
  E-Fan
  空客集团公司(原EADS)高度重视电动飞机和电力推进系统的前沿航空技术,开展了大量创新研究,其中在电动飞机和未来概念飞机研制领域最重要的项目是E-Fan锂电池电动飞机。

  空客的E-fan

  E-Fan飞机项目在2011年巴黎航展上发起,作为空客创新工厂与其他公司合作的首款四发全电动飞机Cri-Cri的延续,空客对E-Fan项目总体负责,并负责管理能源的系统和数据管理,其他工作由多家合作伙伴承担。E-Fan飞机的研制创造了最短研发时间纪录,其设计从2011年末开始,2012年10月完成技术验证机的设计评审,2013年展示验证机样机,2014年4月空客创新工厂展示E-Fan电动飞机并发布E-Fan 2.0和4.0生产型发展计划。2014年E-FAN首飞并参加了7月份的范堡罗航展。
  E-Fan是全新概念的电动飞机,也是第一款专门设计的电动教练机。目前世界上几乎所有电动飞机均使用已有的常规动力飞机进行改装,而E-Fan从一开始就专门针对电力推进系统进行气动力设计。E-Fan采用串列双座中单翼布局,以及独特的后机身两侧布置涵道风扇发动机设计。大展弦比机翼具有复杂外形,可获得高气动性能。由于动力装置安装在机身的中线附近,因此具有较好的单发飞行操纵性。能量管理系统能够自动操作全部电气系统部件,从而简化了系统的监测和控制,降低了飞行员的工作负荷,使驾驶飞机的飞行教员和学员能够集中精力于培训任务。E-FAN全机采用先进全复合材料结构,另外,它的起落架系统也做了重要创新,能够减少日常使用中的能量消耗。
  E-Fan的续航时间为45分钟至1小时,其锂电池可在1小时内完成充电,也可通过快速系统更换。两座的E-Fan飞机适用于执行基础飞行训练、滑翔牵引以及特技飞行任务,可以完成1小时飞行训练或30分钟特技飞行。E-Fan还可以大幅降低飞行员的培训成本,其每小时飞行成本仅为2欧元左右,而传统的教练机每小时燃油成本为36~46欧元。
  E-Fan的系列化发展机型E-Fan 2.0和4.0进行了多项重大更改,除去发动机的基本设计外几乎均是全新设计。E-Fan 2.0为并列双座教练机,采用全电动力系统,使用锂电池电源;E-Fan 4.0是2.0的加长四座型飞机,采用混合动力系统,增加一台内燃机,利用内燃机发电机系统给锂电池组供电,从而增大续航时间。E-Fan 4.0主要面向私人飞机用户和通航俱乐部用户,也可用作教练机。空客和合作伙伴计划使E-Fan 系列化飞机2017年底开始服役,届时将成为世界第一款按照国际适航标准设计并实现批量生产的全电动飞机。

  太阳能电动飞机
  太阳能电动飞机是以太阳辐射作为推进能源的飞机,动力装置一般由太阳能电池组、直流电动机、减速器、螺旋桨和控制装置组成。为了能铺设众多的太阳能电池来获得足够飞行能量,太阳能飞机的机翼面积都比较大。目前世界上最引人注目的有人太阳能电动飞机项目是美国太阳能飞行公司(Solar Flight Inc.)的“寻日器(Sunseeker)”系列和瑞士的“阳光动力(Solar Impulse)”,这两种太阳能飞机均使用了各种先进技术,技术水平和飞机性能都达到了新的高度。
  “寻日器”Ⅱ和“寻日器”DUO
  太阳能飞行公司2000年在对“寻日器”飞机改进的基础上发展出“寻日器”Ⅱ飞机。“寻日器”Ⅱ的机翼进行了全新设计,更改了平面形状并增大面积以安装更多的新一代太阳电池,此外还采用了新的高效率太阳电池连接技术。其驾驶舱的设计能够减轻长时间飞行疲劳,并配有氧气系统以有利于高空飞行。其蓄电池在飞机起飞和爬升阶段提供辅助动力,电能可保证飞机飞到1000米高度。蓄电池接通后电量在15分钟内会被消耗光,但约90分钟内可再次充满电。使用太阳能时,飞机的速度能够达到64千米/小时,使用蓄电池时,速度高到可以进行娱乐飞行,低到可以打开座舱盖飞行。
  “寻日器”Ⅱ的飞行方式类似于阶梯渐进式。首先,使用太阳能电池和蓄电池爬升至2000米高度,之后仅依靠太阳能便能保持平飞,此时电机可以关闭并使用太阳电池为蓄电池充电,不到2小时蓄电池充满电后飞机可以向另一个2000米高度爬升。在夏季通过这种方式飞机可以上升到6212米高度,中午时分飞机平飞可以到达4~5小时。遇到云层时,使用蓄电池电能可驱动飞机爬升到云层之上,这样就能避开恶劣天气,在气流平稳、太阳光充足的高空飞行。
  “寻日器”Ⅱ飞机自2002年进行首次展示以来,已经飞行60多次,据称多于任何其他太阳能飞机的飞行次数。2009年4月,“寻日器”Ⅱ飞机在德国通用航空展上展出,荣获“E-flight”奖。 同年,还实现了太阳能有人驾驶电动力飞机首次飞越阿尔卑斯山,并创造了6214米的最大飞行高度纪录,“寻日器”Ⅱ飞机也因此获得当年的世界飞行大会(Air Games)试验类飞机最高荣誉奖。2010年6到7月,“寻日器”Ⅱ飞机进行了横跨欧洲飞行,展现了飞机的良好使用性能,标志着有人驾驶太阳能电动飞机向实用化又迈进了一步。
  “寻日器”DUO是“寻日器”Ⅱ的延伸型号,是世界第一款双座有人驾驶太阳能电动飞机,2009年开始研制,2013年12月实现首飞,2014年5月首次完成载客飞行。目前“寻日器”DUO飞机正在进行一系列飞行实验,预期将实现连续飞行12小时。

作者: 来源:新华网 责任编辑:wutongyufg

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