НАСА X-57 Максвелл
 | Части этой статьи (относящиеся к времени) необходимо обновить . ( июнь 2023 г. ) |
| X-57 Максвелл | |
|---|---|
| |
| Художественный концепт X-57 (Mod IV) | |
| Роль | Экспериментальный легкий самолет |
| Национальное происхождение | Соединенные Штаты |
| Производитель | ЕСАэро [ 1 ] |
| Статус | Отменено (июнь 2023 г.) |
| Основной пользователь | НАСА |
| Разработано на основе | Текнам P2006T |
NASA X-57 Maxwell — экспериментальный самолет, разработанный НАСА с целью демонстрации технологии снижения расхода топлива , выбросов и шума . [ 2 ] Первый полет Х-57 должен был состояться в 2023 году, но программу отменили из-за проблем с двигательной установкой. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Разработка
[ редактировать ]Эксперимент включал замену крыльев на двухмоторном итальянском Tecnam P2006T (обычный четырехместный легкий самолет) крыльями с распределенной электрической силовой установкой (DEP), каждое из которых содержало пропеллеры с электроприводом. Первоначально испытательные полеты планировалось начать в 2017 году. [ 6 ]
На первом этапе испытаний использовалось крыло с 18 двигателями, установленное на грузовике. На втором этапе были установлены круизные винты и двигатели на стандартный P2006T для наземных и летных испытаний. В испытаниях фазы 3 должно было задействоваться крыло DEP с большой подъемной силой и продемонстрировать повышенную крейсерскую эффективность на высоких скоростях. Передние гондолы будут установлены, но винты большой подъемной силы, двигатели и контроллеры не будут установлены. Фаза 4 заключалась в добавлении двигателей DEP и складных гребных винтов для демонстрации увеличения подъемной силы. [ 7 ]
проект LEAPTech
[ редактировать ]Проект «Передовые асинхронные пропеллерные технологии » ( LEAPTech ) — это проект НАСА, разрабатывающий экспериментальную технологию электрического самолета , включающую множество небольших электродвигателей, приводящих в движение отдельные небольшие пропеллеры , распределенные по краям каждого крыла самолета . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Для оптимизации производительности каждый двигатель может работать независимо на разных скоростях, что снижает зависимость от ископаемого топлива, улучшает характеристики самолета и качество езды, а также снижает шум самолета. [ 11 ]
Проект LEAPTech начался в 2014 году, когда исследователи из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли и Центра летных исследований НАСА Армстронг установили партнерские отношения с двумя калифорнийскими компаниями: Empirical Systems Aerospace (ESAero) в Писмо-Бич и Joby Aviation в Санта-Крус, Калифорния . ESAero является генеральным подрядчиком, ответственным за интеграцию системы и контрольно-измерительное оборудование, а Joby отвечает за проектирование и производство электродвигателей, пропеллеров и секции крыла из углеродного волокна. [ 11 ]
с размахом 31 фут (9,4 м) В 2015 году исследователи НАСА провели наземные испытания секции крыла из углеродного композита с 18 электродвигателями, работающими от литий-железо-фосфатных батарей . Предварительные испытания на скорости до 40 миль в час (64 км/ч; 35 узлов) 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 (110 км/ч; 61 узел) по высохшему дну озера на базе ВВС Эдвардс позже в 2015 году. [ 11 ]
Эксперимент предшествует созданию демонстратора X -plane X -57 Maxwell , предложенного в рамках программы НАСА «Концепции трансформации аэронавтики» . 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. [ 11 ]
X-57 Максвелл
[ редактировать ]
Проект X-57 был публично представлен администратором НАСА Чарльзом Болденом 17 июня 2016 года в программной речи перед Американским институтом аэронавтики и астронавтики (AIAA) на его экспозиции Aviation 2016. [ 12 ] [ 13 ] Самолет был назван в честь шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла . [ 2 ]
НАСА Это первый X-самолет за более чем десятилетие. Он является частью инициативы НАСА «Новые авиационные горизонты», в рамках которой также будет произведено до пяти более крупных самолетов. X-57 был построен в рамках проекта агентства SCEPTOR в течение четырехлетнего периода разработки в Центре летных исследований Армстронга в Калифорнии, причем первый полет первоначально планировался на 2017 год. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
В июле 2017 года компания Scaled Composites модифицировала первый P2006T до конфигурации X-57 Mod II, заменив поршневые двигатели электродвигателями Joby Aviation , которые начнут полеты в начале 2018 года. В конфигурации Mod III двигатели будут перемещены на законцовки крыла, чтобы повысить тяговую эффективность . В конфигурации Mod IV будет установлено Xperimental, LLC крыло с большим удлинением с 12 винтами меньшего размера вдоль передней кромки для увеличения аэродинамической подъемной силы при взлете и посадке . [ 17 ]
Донор Tecnam P2006T был получен в Калифорнии в июле 2016 года. В ходе испытаний, проведенных в декабре 2016 года, аккумуляторный элемент был закорочен, и перегрев распространился на другие элементы, что потребовало изменения конструкции упаковки с восьми до шестнадцати модулей с алюминиевыми сотовыми сепараторами. Rotax 912 будут заменены электродвигателями мощностью 60 кВт (80 л.с.) для Mod II. Целевой вес Mod III составляет 3000 фунтов (1400 кг) по сравнению с P2006T 2700 фунтов (1200 кг) и нацелен на повышение эффективности крейсерского полета на высокой скорости на 500%, поскольку меньшее крыло уменьшит крейсерское сопротивление , а пропеллеры на законцовках крыла будут противодействовать вихрям на законцовках крыла . Mod IV с 12 винтами, способными взлетать и приземляться с той же скоростью, что и P2006T, пока не получил финансирования. [ 18 ]
В декабре 2017 года прошел испытания обновленный аккумуляторный модуль с пассивным охлаждением с 320 литий-ионными элементами вместо 640. Этот опыт помог компании Electric Power Systems разработать батарею для самолета Bye Aerospace Sun Flyer 2 , который совершил свой первый полет в апреле 2018 года. Компания Joby Aviation поставила три круизных двигателя в 2017 году и собирала последнюю пару в июне 2018 года. Приемочные испытания двигателя, включающие 80-часовые испытания на выносливость, должны были быть упрощены перед интеграцией автомобиля. Подрядчик ES Aero проведет обширные наземные испытания в течение нескольких месяцев, кульминацией которых станут 30-минутные испытания на полной мощности, а затем полет в течение 2019 года. [ 19 ]
К сентябрю 2018 года первые электрические круизные двигатели Joby Aviation JM-X57 были установлены с контроллерами, батареями и новыми дисплеями в кабине на заводе Scaled Composites в Мохаве перед летными испытаниями в середине 2019 года. На тот момент было почти завершено строительство композитного крыла ESAero с большим удлинением и низким лобовым сопротивлением, которое должно было запустить Mod 3 к середине 2020 года. [ 20 ]
К сентябрю 2019 года были завершены испытания на крейсерскую нагрузку на крыло, созданные компанией Xperimental , до ±120 % от расчетного предела нагрузки, проверяя свободное движение рулей и вибрационные испытания для прогнозирования флаттера. После наземных испытаний двигателей ESAero должна была доставить самолет Mod 2 X с электродвигателями, заменяющими оригинальные поршневые двигатели, в Центр летных исследований НАСА Армстронга в Калифорнии в первую неделю октября. [ 21 ] ESAero доставила его 2 октября 2019 года. [ 22 ] Тогда наземные испытания системы должны были начаться к концу 2019 года, а летные испытания должны были начаться в третьем квартале 2020 года. [ 23 ]
К февралю 2021 года НАСА должно было начать функциональные наземные высоковольтные испытания Mod 2 в Летно-исследовательском центре Армстронга в Эдвардсе, Калифорния , перед испытаниями на рулежке и первым полетом. [ 24 ]
В июне 2023 года программа была отменена из-за проблем с безопасностью двигательной установки, которые не удалось решить в рамках выделенного на программу бюджета и времени. Программа была начата исходя из предположения, что существующая технология электродвижения достаточно развита для безопасного полета, но это оказалось не так. [ 4 ] [ 5 ]
Дизайн
[ редактировать ]
Модифицированный из Tecnam P2006T , X-57 должен был представлять собой электрический самолет с 14 электродвигателями , приводящими в движение пропеллеры, установленные на передних кромках крыла. [ 25 ] Все 14 электродвигателей будут использоваться во время взлета и посадки, и только два крайних электродвигателя будут использоваться во время крейсерского полета . Дополнительный поток воздуха над крыльями, создаваемый дополнительными двигателями, создает большую подъемную силу, что позволяет сделать крыло более узким. Самолет рассчитан на двоих. [ 26 ] Он будет иметь дальность полета 100 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; 152 узла). [ 14 ] Трехкратное сокращение должно произойти за счет перехода с поршневых двигателей на аккумуляторно-электрические. [ 21 ]
Распределенная двигательная установка увеличивает количество и уменьшает размеры авиационных двигателей. Электродвигатели существенно меньше и легче реактивных двигателей эквивалентной мощности. Это позволяет размещать их в разных, более выгодных местах. В этом случае двигатели предполагается установить сверху и распределить по крыльям, а не подвешивать под ними. [ 7 ]
Пропеллеры установлены над крылом. Они увеличат поток воздуха над крылом на меньших скоростях, увеличивая его подъемную силу. Увеличенная подъемная сила позволяет ему работать на более коротких взлетно-посадочных полосах . Такое крыло может составлять лишь треть ширины крыла, которое оно заменяет, что позволяет сэкономить вес и затраты на топливо. самолета Крылья типичных легких самолетов относительно большие, чтобы предотвратить сваливание (что происходит на низких скоростях полета, когда крыло не может обеспечить достаточную подъемную силу). Большие крылья неэффективны на крейсерской скорости, поскольку создают избыточное сопротивление . [ 6 ] Крылья будут оптимизированы для крейсерского полета, а двигатели защитят его от сваливания на малых скоростях и позволят достичь скорости для малых самолетов - 70 миль в час (113 км/ч; 61 узел). [ 7 ]
Скорость каждого пропеллера можно контролировать независимо, что дает возможность изменять схему воздушного потока над крылом в зависимости от условий полета, таких как порывы ветра. Во время полета пропеллеры, расположенные ближе к фюзеляжу, можно было сложить назад, чтобы еще больше уменьшить сопротивление, оставив те, которые направлены к законцовкам крыла, для перемещения самолета. Такие самолеты не будут иметь выбросов в полете, будут работать с меньшим шумом и снизят эксплуатационные расходы примерно на 30%. [ 6 ] Ожидалось, что крейсерская эффективность увеличится в 3,5–5 раз. [ 7 ]
Размах крыла 31,6 фута (9,6 м) с удлинением 15 по сравнению с размахом 37,4 фута (11,4 м) и удлинением 8,8 для стандартного крыла P2006T, хорда узкого крыла составляет 2,48 фута (0,76 м) на основание крыла и 1,74 фута (0,53 м) на законцовке. [ 7 ] Крыло оснащено двенадцатью крылатыми винтами диаметром 1,89 фута (0,58 м), каждый из которых требует мощности двигателя 14,4 кВт (19,3 л.с.) на скорости 63 миль в час (102 км / ч; 55 узлов) и скорости вращения 4548 об / мин . Пятилопастные винты складываются в крейсерском режиме, чтобы уменьшить сопротивление. На каждой законцовке крыла установлены два 3-лопастных крылатых винта диаметром 5 футов (1,5 м), каждый из которых потребляет 48,1 кВт (64,5 л.с.) на скорости 170 миль в час (280 км / ч; 150 узлов) и вращается со скоростью 2250 об / мин. Расположение законцовок крыла обеспечивает благоприятное взаимодействие с вихрями на законцовках крыла , что, как ожидается, обеспечит экономию сопротивления на 5%. [ 7 ] Аккумуляторные блоки емкостью 47 кВтч (170 МДж) весят 860 фунтов (390 кг) при плотности 121 Втч/кг. [ 20 ]
Группа из 12 гребных винтов должна поддерживать скорость сваливания 67 миль в час (107 км/ч; 58 узлов) . Оптимизированное крыло занимает 40% базовой площади, что снижает сопротивление трения , а нагрузка на крыло выше в 2,6 раза. [ 21 ] Его ширина будет 32,8 фута (10,0 м), но хорда будет на 40% меньше для нагрузки на крыло от 17 до 45 фунтов на квадратный фут (от 83 до 220 кг/м). 2 ), и должен летать с более высоким коэффициентом подъемной силы , около 4, что более чем в два раза больше базового крыла. [ 23 ]
-
Модификация II -
Модификация III -
Модификация IV
Технические характеристики (Мод IV)
[ редактировать ]Данные НАСА [ 27 ]
Общие характеристики
- Вместимость: 2 человека
- Размах крыльев: 32,8 футов (10,0 м) [ 23 ]
- Площадь крыла: 67,0 кв. футов (6,22 м 2 ) 42% от 14,8 м 2 [ 28 ] базовая область
- Соотношение сторон : 15 [ 7 ]
- Полная масса: 3000 фунтов (1361 кг)
- Аккумулятор: литий-ионный , 460 В, общая 69,1 кВтч, полезная 47 кВтч, удельная энергия 860 фунтов (390 кг), 80 Втч/фунт (180 Втч/кг)
- Силовая установка: 2 специальных электродвигателя по 97 л.с. (72 кВт) каждый (макс.), 80 л.с. (60 кВт) каждый (непрерывный),
117 фунтов (53 кг) каждый (включая пропеллер), с воздушным охлаждением, единственные двигатели, которые будут использоваться во время крейсерского полета, установлены на законцовках крыла. - Силовая установка: 12 кастомных электродвигателей по 14,1 л.с. (10,5 кВт) каждый,
По 15 фунтов (6,8 кг) каждый (включая пропеллер), с воздушным охлаждением, только для взлета и посадки, установлены на передних кромках крыла. - Гребные винты: 2 специальных 3-лопастных гребных винта, диаметром 5 футов (1,5 м), 2250 об/мин, [ 7 ] регулируемая скорость с независимым управлением
- Гребные винты: 12 специальных 5-лопастных гребных винтов, диаметр 1,9 фута (0,58 м), 4548 об/мин, [ 7 ] регулируемая скорость с независимым управлением, складная
Производительность
- Крейсерская скорость: 149 узлов (172 миль в час, 277 км/ч) на высоте 8000 футов.
- Скорость сваливания: 58 узлов (67 миль в час, 107 км/ч)
- Дальность: 87 миль (100 миль, 160 км) [ 14 ]
- Выносливость: ок. 1 час [ 14 ]
- Практический потолок: 14 000 футов (4300 м)
- Нагрузка на крыло: 45 [ 23 ] фунт/кв. фут (220 кг/м 2 )
- Коэффициент подъемной силы : 4 [ 23 ] (возможно за счет дополнительной подъемной силы, обеспечиваемой пропеллерами, расположенными для увеличения обтекания крыльев воздухом)
См. также
[ редактировать ]- Список электрических самолетов
- Управление миссий аэронавтических исследований
- NASA GL-10 Greased Lightning — гибридный дизель-электрический БПЛА с наклонным крылом
- Eviation Alice - разрабатываемый электрический 9-местный пригородный самолет
- Heart ES-30 — разрабатываемый гибридно-электрический 30-местный региональный авиалайнер
- Electra EL-2 Goldfinch — гибридно-электрический демонстратор с распределенной силовой установкой
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джули Линем (29 сентября 2015 г.). «ESAero, базирующаяся в Океано, построит НАСА X-plane» . Трибуна .
- ^ Перейти обратно: а б Бойтель, Аллард (17 июня 2016 г.). «Электрический исследовательский самолет НАСА получил номер X и новое имя» . НАСА . Проверено 19 июня 2016 г.
- ^ «Расписание запусков НАСА» . НАСА . Проверено 25 декабря 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Вергер, Роб (23 июня 2023 г.). «НАСА прекращает свою программу создания электрических самолетов еще до того, как самолет оторвется от земли» . Популярная наука . Проверено 25 июня 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б Найлз, Расс (25 июня 2023 г.). «NASA Axes X-57 Maxwell перед первым полетом» . AVweb . Архивировано из оригинала 26 июня 2023 года . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Электрифицирующий полет» . Экономист . 17 сентября 2015. ISSN 0013-0613 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Грэм Уорвик (4 сентября 2015 г.). «Испытания НАСА крыла с электродвижением помогают сформировать следующий X-Planet» . Неделя авиации и космических технологий .
- ^ Грейди, Мэри (18 марта 2015 г.). «Проект НАСА по созданию электрического самолета продвигается вперед» . AVweb .
- ^ Сонди, Дэвид (18 марта 2015 г.). «Может ли это 18-моторное крыло стать будущим электрического самолета?» . Гизмаг .
- ^ Голсон, Иордания (20 марта 2015 г.). «НАСА привязывает 18 пропеллеров к крылу ради науки» . Проводной .
- ^ Перейти обратно: а б с д Мерлин, Питер (16 марта 2015 г.). «LEAPTech продемонстрирует технологии электродвижения» . НАСА. Архивировано из оригинала 6 мая 2018 года . Проверено 2 января 2024 г.
- ^ Дэйнс, Гэри (17 июня 2016 г.). «На этой неделе НАСА, 17 июня 2016 г.» . НАСА .
- ^ «ЗАМЕЧАНИЯ ДЛЯ АДМИНИСТРАТОРА БОЛДЕНА AIAA AVIATION 2016 «От концепции к реальности: наш путь к преобразованию авиации» » (PDF) . НАСА. 17 июня 2016 г. стр. 9–11.
- ^ Перейти обратно: а б с д Мэтт МакФарланд (16 июня 2016 г.). «Новый электрический самолет НАСА может стать значительным шагом на пути к более чистой эре авиации» . Вашингтон Пост .
- ^ Алан Бойл (17 июня 2016 г.). «НАСА получило первый официальный X-самолет за десятилетие: электрический корабль под названием X-57 Maxwell» . GeekWire .
- ^ Ясмин Таяг (17 июня 2016 г.). «Администратор НАСА Чарли Болден: X-57 полетит в следующем году» . Inverse.com .
- ^ Грэм Уорвик (19 июля 2017 г.). «НАСА продвигается вперед с электрическим X-plane» . Сеть «Авиационная неделя» .
- ^ Грэм Уорвик (26 октября 2017 г.). «Электрический X-Plane приближается к решающему испытанию батареи» . Сеть «Авиационная неделя» .
- ^ Уорик, Грэм; Норрис, Гай (5 июня 2018 г.). «НАСА делится тяжелыми уроками по мере продвижения вперед полностью электрического X-57» . Неделя авиации и космических технологий .
- ^ Перейти обратно: а б Гай Норрис (5 сентября 2018 г.). «Монтаж двигателя знаменует собой веху для электрического X-plane НАСА» . Неделя авиации и космических технологий .
- ^ Перейти обратно: а б с Грэм Уорвик (30 сентября 2019 г.). «Неделя технологий, 30 сентября – 4 октября 2019 г.» . Неделя авиации и космических технологий .
- ^ Поттер, Шон (3 октября 2019 г.). «НАСА приняло поставку первого полностью электрического экспериментального самолета» . НАСА . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Гай Норрис (14 ноября 2019 г.). «Полностью электрический X-57 НАСА готов к этапу наземных испытаний» . Неделя авиации и космических технологий .
- ^ «НАСА начнет наземные испытания высокого напряжения на All-Electric X-57» (пресс-релиз). НАСА. 25 февраля 2021 г.
- ^ Кейт Баттон (май 2016 г.). «Полет на электронах» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики.
- ^ Стив Фокс (26 июля 2016 г.). «Кабина первого самолета с полностью электрической силовой установкой» . НАСА.
- ^ «X-57 Максвелл» (PDF) . НАСА . 28 июня 2021 г. LG-2018-04-048-AFRC. Архивировано (PDF) оригинала 29 декабря 2022 г. Проверено 29 декабря 2022 г.
- ^ «П2006Т» . Текнам .