美国宇航局的实验性电动飞机今年有望试飞

今年晚些时候，X-57 Maxwell，一架纯电力驱动的小型实验飞机，有望飞上蓝天。X-57 是美国宇航局一系列 X-planes（实验飞机）中的最新一款，其演示将用于证明该飞机的独特设计是可行的。

这架飞机被命名为“麦克斯韦”，以纪念 19 世纪的物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦，它是由改良的意大利 Tecnam P2006T 燃气动力飞机改装而成，这是一款通常可容纳四个座位的小型通用飞机。

美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心该项目首席研究员肖恩克拉克说：“电力推进技术真正令人兴奋的地方在于，它为飞机设计师提供了许多新颖有趣的工具，我们可以利用这些工具让飞机做有趣的事情，而且效率更高。”

尽管这款飞机永远不会投入生产，但业内专家们仍然渴望看到这款飞机的技术将带来什么样的成果。以下是我们对 X-57 工作原理的了解，以及它的首次飞行（NASA 计划于今年初夏进行）将如何造福航空业。

它是如何工作的？

与典型的商用飞机不同，NASA 的这款微型双座飞机不依赖装有石油产品的油箱。相反，X-57 使用可充电锂离子电池为发动机和螺旋桨供电，推动飞机在空中飞行。该飞机重约 3,000 磅，最显著的特点之一是比之前的飞机更小、更光滑的机翼。虽然它的翼展与普通的 Tecnam 相同，但飞机的前后长度要小得多——比原来的面积小了约 40%。

X-57 的机翼上装有 14 台电动机，而不是原机型的两台传统发动机。机翼上 12 个较小的螺旋桨帮助飞机获得升力，而每个机翼末端的较大螺旋桨提供向前的推力，帮助飞机巡航。这是让飞机在高速飞行中表现出色的一个特殊功能。

“在翼尖安装两台发动机，然后沿着机翼分布 12 台较小的发动机，这在获得最佳机翼性能和使用更为复杂的电力分配系统之间是一种很好的平衡，”克拉克说。

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这些发动机很容易制造，但与燃气发动机不同，它们使用复杂的软件或先进的电机控制器来驱动。飞行器的电力要求也与操作 eVTOL 或电动垂直起降飞机所需的电力要求相似。

但自 2015 年以来一直参与该项目的克拉克表示，NASA 目前更专注于提高飞机效率，而不是瞄准新的起飞功能。X-57 将像典型的小型飞机一样在跑道上起飞和降落。

克拉克表示，未来，电动航空领域最令人兴奋的应用之一是它如何推动区域空中交通。随着主流电动汽车的出现，通过高速公路需要几个小时的客运或货运行程可以减少一半。除了降低运输和维护成本外，它还可以为新兴的空中出租车服务提供巨大的市场。

“这些技术确实可以提高交通运输的可用性，尤其是在城市地区，”克拉克说。“如果我们能够证明这种技术足够可靠，飞机设计师可以基于这些技术制造商用飞机，那么这将对公众乘坐飞机的可用性产生巨大影响。”

起飞

在位于加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心，NASA 的试飞员和工程师多年来一直共同努力，开发出一款功能齐全的驾驶舱模拟器，帮助飞行员为驾驶 X-57 做好准备。据克拉克称，他们的表现通常会影响项目的下一步。

“我们的飞行员在模拟器上做了很多工作，这不仅帮助我们了解他们在飞行时是否拥有所需的所有数据，”他说。“而且他们还可以给我们反馈，以便我们修改设计，使其更适合飞行员操作这些系统的需求。”

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X-57 Maxwell 的航程约为 100 英里，临界起飞速度可达 58 节（或 67 英里/小时），最大飞行高度可达 14,000 英尺。起飞时，飞机的功率为 250 千瓦。巡航时，功率会缓慢下降，最后稳定在 80 千瓦左右。

环境影响

由于 X-57 由电力和可再生能源驱动，它可以实现飞行过程中零碳排放的目标，并减少飞行噪音。与通用飞机相比，可再生能源更清洁、更便宜，总体而言对环境更有利。

南加州大学维特比分校航空航天工程学教授马蒂·布拉德利表示，电动航空的发展也给我们带来了压力，我们需要找到长期解决方案来更好地跟踪我们的环境足迹。尽管 X-57 等电动汽车正在普及，但布拉德利预测，就像我们拥有的混合动力汽车（由内燃机和电动机驱动）一样，混合动力飞机的出现也并不遥远。

“航空业的可持续发展变得越来越重要，”何先生说。“这是为了最大限度地减少对环境的影响，同时仍然保持能够在全球范围内快速运送人员和货物的优势。”