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[信息] NASA研究电推进系统 未来民航机超导电力推进

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发表于 2013-10-16 09:09:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
NASA飞行研究中心构建电推进系统试验台

  NASA现在正着眼于为未来10年到20年支线飞机或未来30至40年的窄体客机提供动力的电推进技术。NASA计划首先启动小型电推力系统部件研究,通过试验首先理解其属性和效率,然后对其进行建模,其结果将为一种分布式推进系统与机体紧密集成所开展的地面试验和可能的飞行试验提供输入。NASA已制定了一份技术路线图,计划在10年内促成50座支线飞机所需的1-2MW电推力系统的;在20年内促成100座飞机所需的2-5MW电推力系统的实现;在30年内促成B737一级客机所需的5-10MW电推力系统的实现。
  由于缺少资金,NASA研究开始于kW级,但该技术可用于通用航空,促成在轻型飞机上实现新方案。
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  NASA航空任务研究部总工程师Starr Ginn透露,NASA德赖登飞行研究中心刚刚完成对电推进试验台的关键设计评审。该试验台绰号为AirVolt,将在2014年3月建成,用于准确测量从电池、马达到速度控制器和螺旋桨等各个系统部件的效率。德赖登的AirVolt试验台是NASA实现涡轮电力分布式推进系统长期目标的第一步,该系统是通过涡轮驱动的交流发电机为与机体集成的多倍推进器提供电力,其效果是增加有效的涵道比和推进效率,同时促成利用推进系统来改进气动力或提供飞行控制能力。
  据NASA飞行系统工程师Sean Clarke透露,计划明年夏季开始试验。该单线试验台将可以从一个6英尺直径的推进器产生500磅以上推力。初始试验将包括一个40kw传动系。他说,“我们将能够隔离一个既定部件,并能够确认其效率,然后将其装入一堆推进器中。
  作为电推进技术研究的下一步,NASA德赖登研究中心已授予Empirical宇航系统(ESAero)公司一项构建混合电力集成系统试验台(Heist)的合同。它将是一个80kw涡轮电力分布式推进系统,具有与最终飞行试验所用尺寸类似的体系结构。它有两种实现方案:要么对德赖登研究中心的TG-14马达滑翔机进行改装,要么设计建造一架专用试验机。Ginn说,电推进系统的好处是不用固守传统的飞机设计。
  Clarke工程师说,刚启动的Heist是一个18个月的项目,硬件应在一年后进入试验。按照预想,该试验台将拥有一个涡轮式发电机、交/直流转换器、电池组系统、电子控制器和一根向8或10片4-6英寸导管风扇配电的直流总线,每片风扇都有其各自的电马达和速度控制器。Ginn透露,目前仍在讨论是将该试验台仅用于测试功率管理和分配,还是将其集成到一个类似机体的结构中。
  Clarke 工程师说,“除了实时管理发电机加载、电池容量和功率需求,Heist试验台还将便于研究分布式推进算法,该算法将根据飞行员设置的系统总推力目标来综合单个推进器指令,我们将研究如何计划发电机加载、电池在不同飞行模式充电和放电的时间表。随着功率水平按比例提高,直流总线稳定性是一个问题,因为大型马达的磁惯性在总线上诱发电动势(简称EMF),它会导致马达失控。Heist试验台将便于以一个与飞行器兼容的功率等级对该问题进行评估。”
  NASA计划在未来几年加快其在分布式电推进系统方面的研究步伐,它通过演示验证一个KW级体系结构,作为向民用飞机所需的MW级功率水平迈进的一个步骤。
  Ginn指出,“至今,对德赖登而言,不是资源的增加,而是资源的转移,因为我们的策略是进入混合电力世界”。Ginn指出,“NASA路线图的最终里程碑是瞄准300座客机的10MW以上混合电推进系统,它可能是40年以后甚至更长时间才能实现的事。我们认识到要实现该目标,需要开展大量技术开发工作。今天已有机会开始收集数据。我们开始开展的工作可以被按比例放大给更大的飞机。一个低成本kw级原型机可以在飞行环境下演练技术,该技术可以按比例放大到2-5MW。”


 楼主| 发表于 2013-10-16 09:12:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 54169 于 2013-10-16 09:14 编辑

此外,《航空科学技术》还报道了NASA建立超导电力推进系统:
涡轴机给超导发电机提供动力,分布式的超动电动风扇给飞机推进

超导使用液氢冷却,液氢冷却属于高温超导,目前快成熟了,液氢还可以给燃料电池发电。所以是两用的。
其分布式的超导风扇分布在翼根处,彻底消除干扰阻力,同时机翼使用前掠翼或平直翼代替后掠翼。

(为了避免超导失效,可能有备用机,备用机采用波音研制的开关磁阻机可能性最大)
发表于 2014-8-2 01:52:53 | 显示全部楼层
相当不错,感谢无私分享精神!
 楼主| 发表于 2014-8-2 11:13:03 | 显示全部楼层
低速民航机使用直机翼代替后掠翼,翼根吸气; 多个小直径电动风扇安装在机翼上表面,则可以极大降低失速速度.
即便是一块无翼型的平板,上表面吹气也可以飞起来。

另外,飞翼布局实现上表面吹气,则可以低速安全飞行,飞翼更接近升力体,轻易实现超音速飞行.

百座级客机,可以在800米跑道起降.
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