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绝对零排放

发布时间:2021-07-05 08:46:20 浏览数:


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3月4日,欧洲著名的直升机生产商阿古斯塔·韦斯特兰公司向外界公开发布了他们一直秘密进行研发工作的新型非常规技术验证机——“项目零”电动倾转旋翼验证机。这架飞机完全不同于以往的任何一架飞机,是一架全电驱动、无变速传动装置、机翼内装有倾转旋翼/风扇混合用途装置的验证机,既不需要常规的液压驱动系统,也不会因为燃烧化石燃料而带来污染,可以达到完全的零排放。由于其上集成了阿古斯塔·韦斯特兰公司目前多种前沿技术,“项目零”在公司内部得到了一个“技术孵化器”的雅号。

“项目零”的研制

作为阿古斯塔·韦斯特兰公司寄予厚望的一个新时代项目,“项目零”技术验证机的根本技术——倾转旋翼技术,其实也不是一种新技术,其出现也已经有了半个多世纪的历史,例如美军目前装备的MV-22“鱼鹰”运输机,采用的就是倾转旋翼技术。而阿古斯塔·韦斯特兰公司的倾转旋翼技术,就来源于MV-22“鱼鹰”运输机的生产商——美国贝尔直升机公司。阿古斯塔·韦斯特兰公司和贝尔直升机公司已就BA609倾转旋翼机合作了十多年,而后贝尔退出,阿古斯塔·韦斯特兰买断了BA609的所有资产和图纸,改名为AW609倾转旋翼机。

由于拥有了完整的倾转旋翼机技术,“项目零”技术验证机项目进展非常顺利,根据阿古斯塔·韦斯特兰公司研发与技术首席发言人詹姆斯宣称,“项目零”技术验证机的完整概念是在2010年提出的,经管理部门批准后,公司在当年12月成立了一个小型研发团队以完成该计划,随后的2011年6月,就进行了首飞。该项目名称来源于对这个独特项目所不同于公司内部以往任何其他项目的认识——它是完全从零开始的。

阿古斯塔·韦斯特兰公司的先进概念部在最初6个月的研发期里主导了模型测试,通过一些1/10缩比模型的飞行测试,测试了这种不同寻常的造型的飞行包线极限。在2011到2012年的“项目零”技术验证机飞行测试中,对在倾转旋翼外周带导流环和不带导流环的情况都进行了试验,并试验了另一种带非线性扭转、传统翼型剖面的先进旋翼叶片。在测试中,还进行了电力推进系统超出30%额定负荷工作的能力。通过应用现代化的计算流体力学和有限元模型分析,显著提高了动力计算和设计的水平,从而顺利达到了几乎“不可能完成”的时间表的进度要求。

“项目零”技术验证机如此快速的进展,还要归功于阿古斯塔·韦斯特兰公司的另一个“逆潮流”的创举:与目前日益广泛采用的网络协作不同,“项目零”技术验证机的设计团队一开始就全部位于公司在米兰的“一个大工作间”内,所有的组员都能够迅速找到可以解决相关协作问题的其他组员,并进行有效的面对面沟通,而不需要通过Email和电话进行无休止的纠缠。詹姆斯宣称,与AW169直升机花费了4年时间完成设计工作相比,“项目零”技术验证机在完成了卓有成效的试飞之后,也仅仅只用了1年时间。

“项目零”的推测性能

从照片和试图可以看出,“项目零”技术验证机就像一只大鸟,在两翼的中部布置了倾转旋翼机构。其两翼翼尖带有翼稍小翼,而其小巧的V形尾翼,看起来也很像鸟儿的尾巴,整个造型简洁美观。

根据阿古斯塔·韦斯特兰公司的官方资料说明,“项目零”技术验证机正常情况下一般采用垂直起飞和降落的方式,此时倾转旋翼的旋转平面平行于地面,产生垂直向上的直接升力,像直升机一样完成起降;当倾转旋翼的旋转平面向前转过90°时,产生向前的拉力,此时飞机的升力由机翼和扁平的升力体机身共同产生,可以达到比常规直升机和复合直升机更高的巡航速度。飞机正常飞行时的俯仰和横滚操纵,均由位于两侧倾转旋翼后方的大型副翼来完成,而V形尾翼后缘的方向舵则负责方向操纵和配平,除此之外,并没有其他的气动控制舵面,不仅简化了结构、减轻了重量,也减小了操纵系统的功耗。全机所有操纵系统都采用电力作动器驱动,包括起落架收放系统,这也是采用电力驱动的一个额外好处,因为通常小型飞机为了降低液压操纵系统的复杂性和重量,一般不采用可收放起落架,而外露的起落架迎风阻力很大,不利于高速飞行,这也从另一个侧面反映了“项目零”技术验证机对高速巡航的追求。

除了正常模式之外,由于“项目零”技术验证机的外侧机翼设计为可拆卸组件,在必要时,可拆下两边外侧机翼,飞机只使用直升机模式飞行,可以用在一些特殊的应用场合。

“项目零”技术验证机全机超过80%的组件都是由复合材料制成,包括整个机身壳体、操纵舵面、旋翼叶片和导流环等,主体结构大部分采用碳纤维复合材料和航空铝合金,仅有极少数地方使用了钢构件,倾转旋翼的电动机撑杆则采用了比强度更高的钛合金来制作。其电池采用可充电的聚合物锂电池。

由于采用了全电驱动,不需要消耗氧气,“项目零”技术验证机还可以在火山喷发、空气受到重度污染的场合进行飞行,其多样化的飞行性能也可以保障其适应这种恶劣环境下正常飞行的要求。

“项目零”技术验证机还有一个属于首创的功能,当其处于地面停放状态的时候,可以将倾转旋翼向前旋转一个角度,与地面成一个倾斜角度,当有风的时候,可以吹动倾转旋翼旋转,带动驱动电机发电,向机载电池充电。即使在没有充电电源支持的野外,在自充电功能的保障下,“项目零”技术验证机也能维持足够的电力以安全返航。

目前,阿古斯塔·韦斯特兰公司并未向外界公布“项目零”技术验证机的具体性能参数,从照片上与人的比例推断,其倾转旋翼直径约3米,翼展约13米,全长约8米。但是,阿古斯塔·韦斯特兰公司不仅为其申报了欧盟专利,也在美国、韩国、日本、中国申请了专利,从欧盟专利申请文件的描述可以看出,其巡航速度可达500千米/小时,巡航高度可达 7 500米,不仅两倍于现有的直升机,也的确领先于现有的复合直升机,难怪阿古斯塔·韦斯特兰公司对其充满了信心。

混合动力的考虑

不可否认,由于锂聚合物电池的比能量仍然偏低,采用纯电动的“项目零”技术验证机尚难以满足一些更高的要求,特别是航程和重复出动的问题。为此,阿古斯塔·韦斯特兰公司已经宣布,“项目零”技术验证机在设计时已经考虑了使用狄赛尔发动机驱动发电机的混合动力方式(注:狄赛尔发动机国内一般直接翻译为柴油机,易造成歧义,实质上是采用鲁道夫·狄赛尔发明的压缩发火工作原理的往复式内燃机的统称,现代航空狄赛尔发动机并不使用柴油作为燃料,而是使用航空煤油,因为柴油馏分重、密度大,低温易凝固,不适宜用在高空飞行时的低温环境)。锂聚合物电池的比能量为0.15~0.25 千瓦时/千克,而使用航空煤油的活塞动力系统比能量约为14千瓦时/千克,在同样的起飞重量下,使用混合动力的“项目零”技术验证机航程可以大幅度提高,这也是该项目下一步研发的重点之一。

责任编辑:王鑫邦

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