Сегодня NASA обнародовало планы потратить следующее десятилетие на разработку электрических самолетов под названием «X-57». Программа X-Plane традиционно использовалась NASA для развития авиации, поэтому это важное событие, а не просто личный проект или 3D-рендеры.
бензиновая версия
Самолет, также названный «Maxwell» в честь Джеймса Клерка Максвелла, шотландского физика XIX века, внесшего новаторский вклад в электромагнетизм, будет основан на итальянском Tecnam P2006T — очень эффективном легком четырехместном самолете (на фото выше). NASA откажется от крыла и бензиновых двигателей, заменив их сверхэффективным тонким крылом и 14 электродвигателями. Меньшие 12 двигателей будут использоваться только для взлета и, как можно предположить, для рекуперации энергии при посадке. Два более крупных двигателя на концах крыльев будут приводить самолет в движение во время полета, при этом ожидаемая крейсерская скорость составит 175 миль в час. Tecnam имеет убирающееся шасси и взлетную дистанцию в 1500 футов, что делает его хорошей базой для переоборудования в электромобиль.
Здесь есть много моментов, которые стоит рассмотреть…
Прежде всего, электрические полеты — это не совсем новое явление. Десять лет назад генеральный директор и технический директор Tesla Илон Маск и Дж. Б. Штраубель встретились за обедом, и их первый разговор был посвящен электрическим самолетам. Оба неоднократно обсуждали электрические полеты как следующую границу. Генеральный директор Alphabet Ларри Пейдж инвестирует в два стартапа по производству электросамолетов.
Европейская транснациональная аэрокосмическая и оборонная корпорация Airbus имеет свой электрический проект e-Fan, так сказать, на полном ходу. Это гораздо меньший двухместный самолет, предназначенный для обучения пилотов, а не для перевозки пассажиров, и он недавно пересек пролив Ла-Манш в рамках показательного полета, который вы можете посмотреть ниже.
Хотя Airbus заявила, что это первый электросамолет, пересекший пролив, это было сделано несколько раз, в том числе солнечный (без батарей!) полет Пола МакКриди и команды Aerovironment Solar Challenger в далеком 1981 году.
Существует ряд других компаний, занимающихся производством электросамолетов ( вот большой список), поэтому будет интересно посмотреть, где NASA видит свои инновации. У них есть довольно амбициозные цели:
Цель, которую NASA поставила перед собой, казалась недостижимой, и тем не менее, она требовала, чтобы проекты были готовы к полету через пять лет (к 2020 году). Цель NASA по проектированию включала четырехместный самолет с дальностью полета 800 морских миль (921 сухопутную милю или 1482 км) и крейсерской скоростью 175 узлов (равной 201 миле в час или 323 км/ч). И хотя большинство конструкторов могли бы посмеяться над такой задачей, считая эти характеристики совершенно обычными, цели были более чем в семь раз больше и в два раза быстрее, чем мог пролететь совершенно новый электрический самолет Pipistrel Alpha Electro. Быстрый расчет показывает, что целевые показатели NASA требуют примерно в 30 раз больше энергии, чем может обеспечить Pipistrel. Что могло так кардинально измениться за пять лет, чтобы это стало возможным?
Месяц назад нас заинтересовало обсуждение самолета на топливных элементах, разработанного для NASA Томом Ньюманом, ответственным за вышеприведенные и нижеприведенные цитаты.
В то время электрические полеты становились все более реальной перспективой, поскольку литий-ионные батареи становились легче и дешевле. Полеты на электромоторах делали самолеты чище, тише и проще в эксплуатации. Тем не менее, технология, доступная в 2008 году, ограничила бы пилотов полетами на несколько минут. Аналогичные соображения применялись и к первому автомобилю Tesla: он предлагал некоторые убедительные преимущества, но не мог проехать так далеко, как его бензиновые аналоги.
С тех пор технология аккумуляторов улучшилась до такой степени, что полностью электрические автомобили стали устоявшейся нишей: Nissan представила массовый Leaf в конце 2010 года, а Tesla увеличила размер своего флагманского автомобиля с двухместного Roadster до пятиместного Model S. Электрические самолеты также выиграли от этих достижений в области аккумуляторов. За последние два года как Pipistrel, словенский производитель легких самолетов, так и Airbus SAS, базирующаяся во Франции, представили электрические двухместные учебно-тренировочные самолеты.
Хотя дальность полета электросамолетов растет, ограниченное время полета остается их основным недостатком. Причина в том, что аккумуляторы тяжелые по сравнению с обеспечиваемой ими движущей энергией — в 10 раз или более по сравнению с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания. Для наземных транспортных средств конструкторы могут несколько компенсировать этот недостаток, добавляя больше или более крупные аккумуляторы. Но самолеты чрезвычайно чувствительны к дополнительному весу: почти каждый компонент конструкции самолета должен увеличиваться в размере на каждый добавленный килограмм. Требование более прочных компонентов, в свою очередь, приводит к более тяжелому самолету, который требует еще больше энергии и, следовательно, более крупных аккумуляторов для полета. Этот порочный круг означает, что для проектирования электросамолетов добавление аккумуляторов для увеличения дальности не является жизнеспособной стратегией.
Одна из мыслей, которая приходит мне на ум, заключается в том, что большая часть энергии, необходимой для полета, приходится на взлет и набор высоты, и здесь может произойти множество инноваций (ответ NASA, похоже, заключается в использовании 12 меньших пропеллеров EV для решения проблемы). В то время как некоторые предлагают бензиновый двигатель для взлета, я задаюсь вопросом, может ли электромагнитная пушка в аэропорту (как на авианосцах), лебедка или взлет с помощью наземного транспортного средства (видео) сэкономить заряд батареи. Чистая энергия могла бы поднять электрические самолеты на высоту 2000 футов и крейсерскую скорость до включения электродвигателей, экономя тонны энергии и фактически значительно увеличивая дальность крейсерского полета. Устранение необходимости в взлете также потребовало бы меньше двигателей и пропеллеров, что также уменьшило бы вес и сопротивление.
Интересно, что, начиная спуск к аэропорту назначения, большинство самолетов фактически обладают избытком энергии, поэтому теоретически вы могли бы исчерпать электрическую энергию в воздухе и все же (во)сстановить достаточно на пути вниз к взлетно-посадочной полосе для маневрирования во время посадки и руления.
Как пилот-любитель и энтузиаст солнечной/электрической энергии, я (и мы здесь, в Electrek) очевидно заинтересованы в развивающейся области (ведь нам нужно что-то делать, когда все автомобили станут электрическими!), поэтому ожидайте гораздо более широкого освещения индустрии электросамолетов и транспорта.
https://www.youtube.com/watch?v=PJKYekL7JsY
Благодаря 14 электродвигателям, вращающим пропеллеры, и всем им, интегрированным в уникально разработанное крыло, NASA протестирует новую двигательную технологию на экспериментальном самолете, получившем обозначение X-57 и прозвище «Maxwell».
Администратор NASA Чарльз Болден подчеркнул первое за десятилетие обозначение X-plane агентства во время своей основной речи в пятницу в Вашингтоне на ежегодном Форуме и выставке авиации и аэронавтики Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA), известном как Aviation 2016.
«С возвращением пилотируемых X-planes в исследовательские возможности NASA — что является ключевой частью нашей 10-летней инициативы «Новые горизонты авиации» — X-57 размером с обычный самолет сделает первый шаг к открытию новой эры авиации», — сказал Болден.
В рамках инициативы также планируется до пяти более крупных самолетов X-класса для транспортировки. Его цели, как и у X-57, включают демонстрацию передовых технологий для снижения расхода топлива, выбросов и шума, и, таким образом, ускорение их внедрения на рынок.
Обозначение X-57 было присвоено ВВС США, которые управляют этим историческим процессом, по запросу NASA. Первый X-plane — это X-1, который в 1947 году стал первым самолетом, летавшим быстрее скорости звука.
«С тех пор последовал десяток X-planes всех форм, размеров и назначений — все они внесли вклад в наш статус мирового лидера в области авиационных и космических технологий», — сказал Джайвон Шин, помощник администратора Директората миссии по аэронавтическим исследованиям NASA. «Самолеты, такие как X-57, и другие, которые появятся в будущем, помогут нам сохранить эту роль».
Исследователи NASA, работающие непосредственно с гибридным электрическим самолетом, также решили назвать самолет «Maxwell» в честь Джеймса Клерка Максвелла, шотландского физика XIX века, внесшего новаторский вклад в электромагнетизм. Его важность в понимании физики соперничает только с Альбертом Эйнштейном и Исааком Ньютоном. В рамках четырехлетнего плана демонстрационных полетов проект NASA Scalable Convergent Electric Propulsion Operations Research (SCOPE) построит X-57, модифицировав недавно приобретенный итальянский двухмоторный легкий самолет Tecnam P2006T.
Его оригинальное крыло и два бензиновых поршневых двигателя будут заменены длинным узким крылом со встроенными 14 электродвигателями — 12 на передней кромке для взлета и посадки и по одному более крупному двигателю на каждой законцовке крыла для использования на крейсерской высоте.
Инноваторы NASA в области аэронавтики надеются подтвердить идею о том, что распределение электроэнергии по ряду двигателей, интегрированных в самолет таким образом, приведет к пятикратному снижению энергии, необходимой для крейсерского полета частного самолета со скоростью 175 миль в час.
Будут и другие преимущества. «Maxwell» будет питаться только от аккумуляторов, устраняя выбросы углерода и демонстрируя, как снизится потребность в свинцовом авиационном топливе, которое все еще используется в общей авиации.
Энергоэффективность на крейсерской высоте с использованием технологии X-57 может принести пользу пассажирам, сократив время в пути, расход топлива, а также снизив общие эксплуатационные расходы на малые самолеты до 40 процентов. Обычно, чтобы добиться наилучшей топливной экономичности, самолету приходится лететь медленнее, чем он способен. Электрическая силовая установка по сути устраняет штраф за крейсирование на более высоких скоростях.
Наконец, как знают большинство водителей гибридных электромобилей, электродвигатели тише обычных поршневых двигателей. Ожидается, что технология электрической силовой установки X-57 значительно снизит шум самолетов, сделав его менее раздражающим для общественности.
Исследования X-57 начались как часть проекта Convergent Aeronautics Solutions программы Transformative Aeronautics Program Директората миссии по аэронавтическим исследованиям NASA, а демонстрационные полеты проводились в рамках проекта Flight Demonstration Concepts программы Integrated Aviation Systems.
Для получения дополнительной информации об исследованиях NASA в области электрических силовых установок перейдите по ссылке:
-конец-