Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с X-57 )
Перейти к навигации Перейти к поиску
X-57 Максвелл
X57-Maxwell-CGI (обрезано) .jpg
Художественный концепт Х-57
РольЭкспериментальный легкий самолет
национальное происхождениеСоединенные Штаты
ПроизводительESAero [1]
Первый полетПланируется на 2020 год [2]
Основной пользовательНАСА
Разработано изTecnam P2006T

NASA X-57 Максвелл представляет собой экспериментальный самолет, разрабатываемое НАСА , предназначенные для демонстрации технологии , чтобы уменьшить использование топлива , выбросы и шум . [3]

Развитие [ править ]

Эксперимент включает замену крыльев двухмоторного итальянского Tecnam P2006T (обычного четырехместного легкого самолета) с крыльями с распределенной электрической силовой установкой (DEP), каждое из которых содержит пропеллеры с электрическим приводом. Первоначально испытательные полеты планировалось начать в 2017 году. [4] Первый полет ожидается в 2020 году. [2]

На первом этапе испытаний используется крыло, смонтированное на грузовике с 18 двигателями. На втором этапе на стандартный P2006T будут установлены маршевые винты и двигатели для наземных и летных испытаний. На третьем этапе испытаний будет задействовано крыло DEP с высокой подъемной силой, которое продемонстрирует повышенную крейсерскую эффективность на высоких скоростях. Передние гондолы будут установлены, но винты с большой высотой подъема, двигатели и контроллеры установлены не будут. Фаза 4 добавляет двигатели DEP и складывающиеся пропеллеры, чтобы продемонстрировать увеличение подъемной силы. [5]

Проект LEAPTech [ править ]

Проект Leading Edge Asynchronous Propeller Technology ( LEAPTech ) - это проект НАСА, разрабатывающий экспериментальную технологию электрического летательного аппарата, в которой задействовано множество небольших электродвигателей, приводящих в движение отдельные малые пропеллеры, распределенные по краю каждого крыла самолета . [6] [7] [8] Для оптимизации характеристик каждый двигатель может работать независимо на разных скоростях, уменьшая зависимость от ископаемого топлива, улучшая летно-технические характеристики и качество езды, а также снижая уровень авиационного шума. [9]

Проект LEAPTech начался в 2014 году, когда исследователи из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли и Центра летных исследований НАСА Армстронга начали сотрудничать с двумя калифорнийскими компаниями: Empirical Systems Aerospace (ESAero) в Писмо-Бич и Joby Aviation в Санта-Крус, Калифорния . ESAero является генеральным подрядчиком, отвечающим за системную интеграцию и оборудование, а Джоби отвечает за проектирование и производство электродвигателей, пропеллеров и секции крыла из углеродного волокна. [9]

В 2015 году исследователи НАСА проводили наземные испытания секции крыла из углеродного композитного материала с размахом 31 фут (9,4 м) с 18 электродвигателями, работающими от литий-железо-фосфатных батарей . Предварительные испытания на скорости до 40 миль в час прошли в январе в аэропорту округа Океано на центральном побережье Калифорнии. Установленный на специально модифицированном грузовике, он был испытан на скорости до 70 миль в час по высохшему дну озера на базе ВВС Эдвардс позже в 2015 году [9].

Эксперимент предшествует демонстрации X-57 Maxwell X-plane, предложенной в рамках программы NASA Transformative Aeronautics Concepts . Пилотируемый X-самолет должен полететь через пару лет после замены крыльев и двигателей Tecnam P2006T на улучшенную версию крыла и двигателей LEAPTech. Использование существующего планера позволит инженерам легко сравнить характеристики X-plane с оригинальным P2006T. [9]

X-57 Максвелл [ править ]

Maxwell был включен в иллюстрацию к Национальному дню авиации 2016 года.

Проект X-57 был публично представлен администратором НАСА Чарльзом Болденом 16 июня 2016 года в программной речи Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA) на его выставке Aviation 2016. [ необходима цитата ] Самолет был назван в честь шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла . [3]

Первый X-самолет НАСА за более чем десятилетие, это часть инициативы НАСА New Aviation Horizons, которая также будет производить до пяти крупномасштабных самолетов. X-57 был построен в рамках проекта агентства SCEPTOR в течение четырехлетнего периода разработки в Центре летных исследований Армстронга , Калифорния, с первым полетом, первоначально запланированным на 2017 год. [10] [11] [12]

В июле 2017 года компания Scaled Composites модернизировала первый P2006T до конфигурации X-57 Mod II, заменив поршневые двигатели на электродвигатели Joby Aviation , которые будут летать в начале 2018 года. Конфигурация Mod III переместит двигатели на законцовки крыльев, чтобы повысить тяговую эффективность. . Конфигурация Mod IV будет видеть установку Xperimental, LLC высоких соотношения сторон крыла с 12 небольшими винтами вдоль его передней кромки , чтобы увеличить его взлет и посадки аэродинамической подъемной силы . [13]

Донор Tecnam P2006T был получен в Калифорнии в июле 2016 года. В ходе испытаний в декабре 2016 года произошло короткое замыкание одного элемента батареи, и перегрев распространился на другие элементы, что потребовало изменения конструкции упаковки с восьми до 16 модулей с алюминиевыми сотовыми разделителями. В 912s Rotax будет заменен на 60 кВт (80 л.с.) электродвигателей для Mod II. Целевой вес Mod III составляет 3000 фунтов (1400 кг) по сравнению с P2006T. 2700 фунтов (1200 кг) и нацелен на 500% более высокую крейсерскую эффективность на высокой скорости, поскольку более высокая нагрузка на крыло снизит крейсерское сопротивление , а винты законцовки крыла будут противодействовать завихрениям законцовок. Mod IV с 12 гребными винтами для взлета и посадки на тех же скоростях, что и P2006T, пока не финансируется. [14]

В декабре 2017 года модернизированный аккумуляторный модуль с пассивным охлаждением на 320 литий-ионных элементов по сравнению с 640 прошел испытания. Этот опыт помог компании Electric Power Systems разработать аккумулятор для Bye Aerospace Sun Flyer 2, который совершил свой первый полет в апреле 2018 года. Joby Aviation поставила три маршевых двигателя в 2017 году и собирала последнюю пару в июне 2018 года. Приемочные испытания двигателя с участием 80 -hr. Перед интеграцией автомобиля испытание на выносливость должно было быть упрощено. Подрядчик ES Aero проведет обширные наземные испытания в течение нескольких месяцев, кульминацией которых станут 30-минутные испытания на полной мощности перед полетом в течение 2019 года [15].

К сентябрю 2018 года первый электрический круизный двигатель Joby Aviation JM-X57 был установлен с контроллерами, батареями и новыми дисплеями в кабине на Scaled Composites в Мохаве перед летными испытаниями в середине 2019 года. Строительство композитного крыла ESAero с высоким удлинением и низким лобовым сопротивлением было почти завершено, и к середине 2020 года он будет летать на Mod 3. [16]

Наземные испытания новых электродвигателей Mod II на оригинальном крыле, июнь 2019 г.

Построенный Xperimental , тестирование нагрузки крыла круиза-оптимизированный было завершено в сентябре 2019 г. до ± 120% от предела расчетной нагрузки, проверяя свободное движение поверхностей управления и вибрацию для испытаний флаттера предсказаний. После наземных испытаний двигателей ESAero должна была доставить самолет Mod 2 X с электродвигателями, заменяющими оригинальные поршневые двигатели, в Центр летных исследований НАСА Армстронг в Калифорнии в первую неделю октября. [2] ESAero поставила его 2 октября 2019 года. [17] Наземные испытания системы должны начаться к концу 2019 года, а летные - в третьем квартале 2020 года. [18]

Дизайн [ править ]

Модель последней модификации 4 с разрезом по центральной линии, показывающая аккумуляторную систему, крыло с большим удлинением, электродвигатели и тяговую шину.

Модифицированный на основе Tecnam P2006T , X-57 будет электрическим самолетом с 14 электродвигателями, приводящими в движение пропеллеры, установленные на передних кромках крыла. [19] Все 14 электродвигателей будут использоваться во время взлета и посадки, и только два внешних двигателя будут использоваться во время крейсерского полета . Дополнительный воздушный поток над крыльями, создаваемый дополнительными двигателями, создает большую подъемную силу, что позволяет сделать крыло более узким. Самолет вмещает двоих. [20] У него будет диапазон100 миль (160 км) и максимальное время полета примерно один час. Конструкторы X-57 надеются в пять раз сократить энергию, необходимую для полета легкого самолета со скоростью 175 миль в час (282 км / ч). [10] Трехкратное сокращение должно произойти за счет перехода с поршневых двигателей на аккумуляторные электрические. [2]

Распределенная силовая установка увеличивает количество и уменьшает размер авиационных двигателей. Электродвигатели значительно меньше и легче реактивных двигателей эквивалентной мощности. Это позволяет размещать их в разных, более благоприятных местах. В этом случае двигатели следует устанавливать сверху и распределять вдоль крыльев, а не подвешивать под ними. [5]

Винты установлены над крылом. Они увеличивают поток воздуха над крылом на более низких скоростях, увеличивая его подъемную силу. Увеличенный подъемник позволяет ему работать на более коротких взлетно-посадочных полосах . Такое крыло могло составлять лишь треть ширины заменяемого крыла, что позволяло экономить вес и затраты на топливо. Типичные крылья легких самолетов имеют относительно большие размеры, чтобы предотвратить сваливание самолета (что происходит при низких скоростях полета, когда крыло не может обеспечить достаточную подъемную силу). Большие крылья неэффективны на крейсерской скорости, поскольку создают избыточное сопротивление . [4] Крылья будут оптимизированы для крейсерского полета, а двигатели будут защищать его от сваливания на низкой скорости и достичь стандарта малых самолетов 61 узлов (113 км / ч). [5]

Скорость каждого пропеллера можно регулировать независимо, что дает возможность изменять схему воздушного потока над крылом, чтобы справиться с условиями полета, такими как порывы ветра. Во время крейсерского полета пропеллеры, расположенные ближе к фюзеляжу, можно было сложить, чтобы еще больше уменьшить лобовое сопротивление, оставив винты ближе к концам крыла для перемещения самолета. Такой самолет не будет иметь выбросов в полете, будет работать с меньшим шумом и снизит эксплуатационные расходы примерно на 30%. [4] Ожидается, что крейсерская эффективность вырастет в 3,5-5 раз. [5]

Размах крыла 31,6 фута (9,6 м) с удлинением 15 по сравнению с 37,4 футами (11,4 м) и 8,8 для стандартного крыла P2006T, хорда тонкого крыла составляет 2,48 фута (0,76 м) у основания крыла и 1,74 фута ( 0,53 м) на конце. [5] Крыло оснащено 12 маршевыми винтами диаметром 1,89 фута (0,58 м), каждый из которых требует мощности двигателя 14,4 кВт (19,3 л.с.) при скорости 55 узлов (102 км / ч) и вращается при 4548 об / мин . Пятилопастные винты складываются в крейсерском режиме, чтобы уменьшить сопротивление. На каждой законцовке крыла установлены два 3-лопастных винта диаметром 5 футов (1,5 м), каждый из которых требует 48,1 кВт (64,5 л.с.) при скорости 150 узлов (280 км / ч) и вращается при 2250 об / мин. Расположение законцовки крыла обеспечивает благоприятное взаимодействие с вихрями законцовки крыла , что, как ожидается, обеспечит снижение лобового сопротивления на 5%. [5]Аккумуляторная батарея на 47 кВтч (170 МДж) весит 860 фунтов (390 кг) при плотности 121 Втч / кг. [16]

Группа из 12 гребных винтов должна поддерживать скорость сваливания 58 узлов (107 км / ч) . Оптимизированное крыло имеет 40% площади базовой линии, что снижает сопротивление трения , а нагрузка на крыло выше в 2,6 раза. [2] Его ширина будет 32,8 фута (10,0 м), но его хорда будет на 40% меньше , для нагрузки крыла от 17 до 45 фунтов на квадратный фут (83–220 кг / м 2 ), и он должен лететь с более высоким коэффициентом подъемной силы. , около 4, более чем вдвое больше базового крыла. [18]

См. Также [ править ]

  • Смазанная молния NASA GL-10
  • Управление исследовательских миссий по аэронавтике

Ссылки [ править ]

  1. ^ Julie Lynem (29 сентября 2015). «ESAero, базирующаяся в Океано, создаст X-plane NASA» . Трибуна .
  2. ↑ a b c d e Грэм Уорвик (30 сентября 2019 г.). «Неделя технологий, 30 сентября - 4 октября 2019 г.» . Авиационная неделя и космические технологии .
  3. ^ a b Бейтель, Аллард (2016-06-17). «Самолет НАСА для электрических исследований получает номер X, новое имя» . НАСА . Проверено 19 июня 2016 .
  4. ^ a b c "Электрификационный полет" . Экономист . 17 сентября 2015 г. ISSN 0013-0613 . 
  5. ^ a b c d e f Грэм Уорвик (4 сентября 2015 г.). «Испытания крыла с электроприводом НАСА помогают сформировать следующий X-Plane» . Авиационная неделя и космические технологии .
  6. ↑ Грейди, Мэри (18 марта 2015 г.). «Проект электрического самолета НАСА продвигается вперед» . AVweb .
  7. ^ Szondy, Дэвид (18 марта 2015). «Может ли это 18-моторное крыло стать будущим электрических самолетов?» . Гизмаг .
  8. ^ Golson, Иордания (20 марта 2015). «НАСА прикрепляет 18 пропеллеров к крылу, потому что наука» . Проводной .
  9. ^ a b c d Мерлин, Питер (16 марта 2015 г.). «LEAPTech для демонстрации технологий электрического движения» . НАСА.
  10. ^ a b Мэтт Макфарланд (16 июня 2016 г.). «Новый электрический самолет НАСА может стать значительным шагом к более чистой эре авиации» . Вашингтон Пост .
  11. ↑ Алан Бойл (17 июня 2016 г.). «НАСА получает первый официальный X-самолет за десятилетие: электрический корабль под названием X-57 Maxwell» . GeekWire .
  12. ^ Ясмин Tayag (17 июня 2016). "Администратор НАСА Чарли Болден: X-57 полетит в следующем году" . Inverse.com .
  13. ↑ Грэм Уорвик (19 июля 2017 г.). «НАСА продвигается вперед с помощью электрического X-самолета» . Сеть Aviation Week .
  14. ↑ Грэм Уорвик (26 октября 2017 г.). «Электрический X-Plane приближается к решающему испытанию батареи» . Сеть Aviation Week .
  15. ^ Уорик, Грэм; Норрис, Гай (5 июня 2018 г.). «НАСА делится тяжелыми уроками по мере того, как полностью электрический X-57 движется вперед» . Авиационная неделя и космические технологии .
  16. ↑ a b Гай Норрис (5 сентября 2018 г.). "Знаки установки двигателя вехой для электрического X-самолета НАСА" . Авиационная неделя и космические технологии .
  17. ↑ Поттер, Шон (3 октября 2019 г.). «НАСА принимает первый полностью электрический экспериментальный самолет» . НАСА . Проверено 8 ноября 2019 .
  18. ↑ a b Гай Норрис (14 ноября 2019 г.). "НАСА All-Electric X-57 готов к фазе наземных испытаний" . Авиационная неделя и космические технологии .
  19. ^ Кейт Баттон (май 2016 г.). «Полет на электронах» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики.
  20. ↑ Стив Фокс (26 июля 2016 г.). «Кабина первого самолета с полностью электрической силовой установкой» . НАСА.

Внешние ссылки [ править ]

  • http://www.nasa.gov/centers/armstrong/Features/leaptech.html
  • http://www.jobyaviation.com/LEAPTech/