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罗罗概述航空混合动力推进系统现状及未来发展趋势

时间:2019-08-19 09:46来源:两机动力控制 作者:中国航空

 

混合电动商用飞机

根据欧洲航空研究与创新咨询委员会ACARE制定的目标,需要分别减少75%和90%的二氧化碳和氮氧化物排放量,同时在滑行时使飞机无排放,在可行的情况下,还具备可回收利用能力,这是一项雄心勃勃的目标。纽比说,要实现这个目标将意味着两个关键趋势:电气化和可增强设计的数字化。

纽比表示,燃气涡轮发动机还有很长的未来,这也是电池许多缺点决定的,虽然目前电池技术正在改进并且将进一步发展,但如果要上天,它们需要辅以燃气涡轮发动机。

通过更好的飞机和发动机融合也可以实现很多改进。正如纽比指出的那样,今天的飞机基本上是机身加机翼,然后发动机用螺栓固定。显然实际上可能没这么简单,但正如空客和波音公司最近所展示的那样,通过用新发动机更新现有的机身可以实现更多的目标。

而电气化可以更好的促进飞机和发动机融合的实现,因为它更容易通过电缆而不是通过驱动轴来分配电力。不过也不一定要这么干,纽比在此强调说,电气化本身并不是一个目标,我们需要问的是,电气化到底可以让我们的航空旅行获得什么好处。

机身和发动机一体化将重新利用在飞机表面上流动的空气边界层,可以使得发动机可有效地吸入机体表面的低速边界层,而低速边界层空气可以更好的驱动风扇,增加发动机的输出功率。纽比说,在这里,如果使用分布式风扇,电气化可能有所帮助,因为电气化还可以实现更简单和更便宜的附加升力配置。

然而,他指出重要的是要认识到将推力转换为电力再转换为推力也是有损失,因此必须有飞机级别的收益才能实现效益的净改善。正如开过油电混合动力汽车的驾驶员都知道的那样,混合动力车的一个吸引力在于它们可以通过使用储存的能量来节省总成本,而不是指望所有的效益都来自烧汽油的主发动机。

最终,飞机级集成将把电气化转变为净效益。纽比指出,在这种情况下,罗罗更像是一个系统集成商。其实即使是在航空发动机这种核心业务中,罗罗也没有制造所有零部件,相反,它的专长是拥有开发和认证航空发动机的技能、能够保证关键系统的安全和容错,以及复杂旋转机械的设计能力,而这些能力对实现航空混合动力推进系统也同样有用。

他还指出罗罗公司在船舶和铁路上的混合电气化方面拥有丰富的经验,其中实现的噪声和排放效益类似于航空客机。对于支线飞机,他认为混合动力配置“看起来非常实用”。

该评论也将很快得到验证,预计该飞行试验将于2021年开始,采用围绕罗罗M250涡轴发动机制造了一个垂直升降系统,这款250马力(190千瓦)动力装置可以追溯到20世纪60年代,它曾驱动过包括贝尔407在内的现代直升机。罗罗的该垂直起降推力系统既可以采用串联混合动力模式运行,其中燃气涡轮发动机仅用于为电池充电,为推进系统的电动螺旋桨提供动力;也可以采用并联混合模式,让推力系统的动力来自燃气涡轮发动机或电池,或两者同时。

此外,在2020年下半年,一架名为E-Fan X的飞机也将首次飞行,可能会更快地进行更重要的测试。该项目来自空客,罗罗和西门子共同努力,通过改装一架BAe 146飞机,将其中一台霍尼韦尔发动机用电动风扇取代。

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