我軍一直缺乏國產的大型軍用運輸機,直到2016年運-20入役才解決了這個困擾我們多年的“有無”問題。沒料到大洋彼岸卻已經開始研發新型推進系統的運輸機了,近日美國空軍展示了一種名為“分布式推進動力平臺”的試驗機模型,據美媒報道,該飛機的動力與傳統航空煤油動力飛機相比,能有效提高飛機的環保性、安全性與效費比。眾所周知,航空領域減排降噪的研究一直都是圍繞著傳統動力而進行,雖然經過數十年的優化,但可挖掘的潛力已非常有限。電推進系統無疑有高效、低排放、低噪聲等優點,據悉這種分布式電推系統能大幅度提升飛機的氣動與推進效率。
媒體透露,NASA的分布式電推系統項目最早可以追溯到2014年,該項目是NASA與ESAero(實驗系統航宇公司)聯合開發的,主要是研究將LEAPTech(異步螺旋槳技術)應用到X系列的驗證飛機上,NASA方面認為未來航空技術的突破點在于電推系統與自主控制這兩個方面,為了率先獲得實用性的、符合環保經濟性的新型電推系統,因此啟動了該項目。X系列飛機的首次試驗是在加州的愛德華茲空軍基地進行的,驗證機是一架機翼長達31英尺的中型飛機,引人注目的是機翼上密布的18個小型電驅動螺旋槳。
到了2018年NASA推出的X-57驗證機在設計上已趨成熟,這是接近實用化的新里程碑。X-57驗證機與始祖機相比有了較大的變化,主要集中在機翼布局上,在尖端各安裝了一臺大電動引擎,其它小引擎則仍舊分布在機翼中段的前緣。據了解,X-57采用意大利P2006T輕型飛機改造而成,首先原機翼已拆除,改為大展弦比的機翼;其次原有的雙發動機也被拆除,改成了14臺發動機的龐大陣容,其中2臺60KW的大發動機安裝在翼尖,其它12臺9KW發動機平均分布在機翼其它位置。這些發動機全依靠機艙內的電池組提供能量,每個電池組由16個部分,共320個單元組成。剛開始X系列飛機使用的是現成的鋰離子電池組,但在2016年熱失控測試中出現了嚴重的故障,因此NASA只能為其研發了專門的電池。
分布式電推的原理其實很簡單,就是依靠這些密布在機翼前緣的小型發動機將氣流推過機翼表面而增加升力,然后在其它大型發動機的推動下飛行,如此一來飛機產生升力與推力所需的能量將會大大減少,從而提高了飛機的能源使用效率。不過,最近亮相的美國試驗模型的造型卻非常前衛,這是一種機翼中央非常寬大、無垂尾的“怪物”飛機,其機翼呈后掠狀,并且設計成了中空結構,在這個夾層中內置了7臺小型螺旋槳,為了達到隱身的需要,還把發動機安置在夾艙之中。為了最大限度增加飛機的升力,機頭兩側還有大面積的呈上反角的鴨翼結構。
我國在這方面的研究遲了好些年,但后發先至也取得了相當的進展,2019年由西北工大研制的分布式電推驗證機在西安航天基地進行了首飛。這個項目是由西北工大與若干個科研團隊深度合作研發的,歷經一年多的時間就完成了設計、制造、地試、車試等階段,為此次成功升空打下了扎實的基礎。分布式電推技術代表著未來飛機的發展方向,其關鍵技術主要在于氣動布局和能源系統,例如機翼、螺旋槳、電力系統等都要重新設計,這些技術都涉及到跨學科領域。目前來說,實用性的電動飛機最大的困難在于電池組重量仍未能達到飛機的適航性要求,這是至關重要的、也是暫時未能突破的。


