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電動飛機
鎖定
已經研製成功的可載人電動飛機主要包括太陽能飛機、蓄電池電動飛機和燃料電池飛機等類型。1957年6月30日,第一架電動飛機模型試飛成功。2010年7月8日,太陽能飛機首次完成26小時晝夜連續飛行。
- 中文名
- 電動飛機
- 外文名
- Electric aircraft
- 分 類
- 飛機
- 發動機
- 電動機
- 動力來源
- 太陽能、燃料電池、鋰離子電池等
電動飛機發展歷程
1957年6月30日,一架使用永磁電動機和銀鋅電池驅動的電動模型飛機---“無線電皇后”號在英國試飛成功,這是有官方報道的世界上第一架電動飛機。從20世紀70年代開始,電力模型飛機開始陸續試飛。
圖1 無線能量傳輸飛機模型(3張)
2009年7月7日,世界上首架利用燃料電池驅動的有人駕駛飛機在德國漢堡升空,實現二氧化碳零排放。
2012年5月24日,瑞士一架太陽能動力載人飛機的飛機首次嘗試從瑞士到摩洛哥的洲際飛行,全程使用太陽能動力。
截止2012年6月,世界上已經完成研製的電動飛機多數屬於實驗性質的試用品,包括有人駕駛和無人駕駛飛機。
2017年4月底的TED大會上,創業公司Kitty Hawk的空氣動力負責人Todd Reichert上台放了一段視頻:一個極限運動愛好者裝扮的人騎在一個大疆和摩托車結合體一樣的“飛車”,飛了起來。此後,貝爾直升機、Uber、空客等等都宣佈了自己的電動飛機計劃。
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電動飛機優點
電動飛機使用電動力推進系統代替內燃機動力,從而獲得了很多優點和獨特品質。最突出的優點是節能環保,效率高能耗低,同時實現接近零排放,噪聲和振動水平很低,乘坐舒適性好,是名符其實的環境友好飛機。此外,還具有安全可靠(不會發生爆炸和燃料泄漏)、結構簡單、操作使用簡便、維修性好/費用低、經濟性好等特點。在設計上也有很多優勢:總體佈局靈活,可採用最佳佈局和非常規/創新佈局;可設計出具有超常性能的飛機,滿足特殊用途需求等。
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電動飛機分類
電動飛機與普通飛機的主要區別是依靠電動機而不是內燃機驅動。根據電動力推進系統的不同,電動飛機可分為太陽能電動飛機(一般稱為太陽能飛機)、蓄電池電動飛機(目前主要是鋰電池電動飛機)和燃料電池電動飛機。除了純電動飛機以外,還有混合動力飛機。每種類型飛機又分成有人駕駛和無人駕駛兩類。
太陽能飛機
“太陽挑戰者”號
圖2 蜘蛛絲-企鵝號太陽能飛機(5張)
圖2為蜘蛛絲-企鵝號電動飛機圖冊,源自美國國家航空航天局官網。
“太陽神”號
圖3 太陽神號太陽能飛機(10張)
圖3為“太陽神”號太陽能無人機的圖冊,源自美國國家航空航天局官網。
“陽光動力”號
“陽光動力”號太陽能飛機(4張)
截至2012年5月底,這架採用太陽能動力的載人飛機,仍保持着26小時10分鐘19秒的飛行時間紀錄,同時也創下了海拔9235米的飛行高度紀錄。
2012年5月24日,從瑞士帕耶訥出發,由該項目的兩位發起人博爾施貝格和皮卡爾輪流駕駛。在歷時17個小時後,抵達西班牙首都馬德里。此後,受直布羅陀海峽多風天氣影響,“太陽驅動”號在馬德里逗留了約10天。
“陽光動力”號降落在拉巴特-薩累機場(4張)
此次飛行標誌着人類歷史上第一架太陽能飛機完成跨越歐非大陸之旅。據報道,有專家預計,40多年後,太陽能飛機在解決太陽能吸收、大幅提高電池功效之後,能夠承載300名乘客的大型太陽能飛機有望投入運營。
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蓄電池電動飛機
Cri-Cri電動飛機
鋰電池飛機Cri-Cri(11張)
Cri-Cri是單座型飛機,基於Cri-Cri自制飛機研製,採用了複合材料,以降低自身重量,並彌補因安裝鋰電池而增加的重量。
E430電動飛機
2010年7月28日,中國製造的世界首架商用純電動E430電動飛機在美國威斯康辛州奧什科什市機場“飛來者大會”試飛成功,起飛平穩,飛行高度達到3000米左右。試飛現場共有80萬名飛行迷和近萬架飛機,其中包括中國E430電動飛機主創設計團隊。
E430電動飛機(9張)
中國E430以良好的性能在奧什科什完美亮相,標誌着世界第一架商用純電動飛機正式誕生,一舉打破了歐美國家長期主宰低空飛行的格局。首屆林白電動飛機大獎評審會決定將最佳電動飛機大獎頒發給中國Yuneec公司,美國Sonex飛機公司獲得最佳電動系統設計獎,德國的Lange飛機公司獲得最佳電動滑翔機獎。E430又榮獲英國倫敦設計博物館主辦的英國生命保險設計大獎,被授予交通類設計大獎。
2011年,中國Yuneec公司曾計劃實現E430批量生產,並通過英國公司全部包銷,每架飛機定價為8.9萬美元。
燃料電池飛機
“安塔里斯”號
燃料電池飛機“安塔里斯”號(2張)
電動飛機面臨挑戰
技術難題
各類電動飛機發展面臨的最大技術挑戰是電動力推進系統關鍵性能指標低、技術不成熟、重量過大,僅能滿足電動飛機的最低使用要求。此外,電動力推進系統實用性、安全性和可靠性有待提高。電動力推進系統重量過大是電動飛機設計的最大難題。
對於氫燃料電池電動飛機,還有燃料電池及氫燃料存儲系統佈局和設計問題。同時安全可靠的氫燃料存儲系統設計問題不容易解決。目前儘管一些技術試驗機取得成功,但有人駕駛氫燃料電池電動飛機還有很多方面需要發展完善,離實用還有一段距離。
太陽能電動飛機設計上的主要技術挑戰大尺寸機翼的氣動彈性、晝夜連續飛行等。太陽能電動力推進系統從太陽能輸入到螺旋槳最終的動能輸出,總的能量利用率只有約10%。太陽能飛機超大展弦比、大面積機翼會造成嚴重的氣動彈性問題。
成本過高
鋰電池、燃料電池和太陽能電池等電動力推進系統關鍵部件成本高,電動力推進系統和電動飛機的開發成本也很高,經濟因素制約着其發展的一個問題。
適應能力差
天氣和環境適應能力也是一個重大技術問題。目前電動飛機基本上只能在天氣良好的狀況下飛行,而對於降水、降雪、雷電等惡劣天氣情況和比較惡劣的環境條件下還不能飛行,要滿足實用要求,這些問題必須加以解決,這在技術上存在較高難度。
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- 參考資料
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- 1. Monaghan, Angela (27 September 2017). "EasyJet says it could be flying electric planes within a decade". The Guardian. Retrieved 28 September 2017.
- 2. Grosz, P. (1978). "Helicopter pioneers of World War I". Air Enthusiast. No. 6. pp. 154–159.
- 3. 全球首次!電動飛機成功飛越新西蘭庫克海峽 .看看新聞[引用日期2021-11-12]
- 4. 航空工業通飛AG60E電動飛機完成首飛 .界面新聞.2024-01-04