正在天津舉行的直升機展會上,直-20成為了耀眼的明星。但除了直-20,這屆直博會還有很多亮點。航空工業的室內展區首次公開了一款新概念飛機——電驅動多槳傾轉高速旋翼飛行器(E-T-Potors)——的概念模型,外觀非常奇特,最大速度超過600公里/時,遠超常規直升機。
這款新飛機採用前後雙翼佈局,機翼和螺旋槳可以在水平和垂直方向變換,以此實現垂直/短距起降和水平高速飛行,類似於美國MV-22“魚鷹”傾轉旋翼機。但不同的是,這款新飛機並不是傳統渦槳或渦軸發動機,而是新穎的分散式多槳電驅動技術,前後機翼前緣均勻排列了共16個電機螺旋槳。
得益於現代電機和控制技術的發展,分散式多槳電驅動是近年來興起的一門新技術。相比常規發動機,分散佈置的電驅動力可以更好地適配飛機的氣動外形和結構受力,在推進效率方面可能會更好,噪音、能耗和排放也可能更有優勢,很適合低空慢速飛行器,是當前航空界最具發展前景的幾個探索專案之一。
美國NASA官網於今年9月26日宣佈,美國“X系列”技術驗證機的最新型號X-57已經完成了機翼測試。X-57專門用於測試分散式多槳電驅動技術,9.6米長的複合材料機翼上共裝有12個較小的電機螺旋槳;翼尖還有兩個較大的螺旋槳,產生推力的同時抵消部分翼尖渦流,可減少5%的阻力。
整個大展弦比機翼都被螺旋槳氣流覆蓋,產生非常好的額外增升效果,失速特性也大為改善;反過來主翼尺寸面積和重量也得以大為減小,從而進一步減小摩擦阻力。飛控系統可以靈活調整動力分配,甚至在某些巡航狀態下,可以關閉部分發動機並摺疊旋翼。
分散式電推佈局還有一個好處,就是安全冗餘更高。傳統飛機一臺或兩臺發動機集中佈置,一旦故障或受損就損失大半動力;而分散式安裝多臺小發動機也分散了風險。當然,不對稱推力情況下外翼段的發動機也會產生更大的偏航力矩,對飛控系統的要求很高。NASA曾改裝一輛卡車在鹽湖飛奔,摸索相關技術。
整體而言,X-57這種構型有望比常規飛機的巡航效率提高3.5到5倍,運營成本降低30%,有望在未來通用航空和軍用運輸領域推廣使用。目前美國在傾轉旋翼機領域獨領風騷,也正在研製X-57分散式電推進驗證機;但是中國航空科研人員將這兩個概念融為一體,並率先運用到軍用垂直起降運輸機的設計理念中,充分展示了強大的學習和創新能力。
展出的這款未來飛行器方案,除了新穎的機翼和動力佈置,還擁有一個堪比直-20的機體,注重戰術運輸效能。值得一提的是,這款飛機發動機電力來自機身後部的動力艙,可能是某種熱機發電技術,尾部還有特殊的層狀排氣裝置。這一創新點突破了現有電池技術根本性制約,令電力推進十多噸重的戰術飛機升空成為可能。
另外,展出模型的機翼整體為整體傾轉,但也可能採用各個螺旋槳單獨傾轉的形式。國內前幾年的新概念飛機大賽中,類似的電機傾轉飛機就曾亮相過。在近年來的新概念飛機領域,中國卻一直緊跟時代潮流,就像在無人機領域一樣,起步雖晚,卻起點極高、成果豐碩。
此次航空工業直升機所展示了這款概念飛機模型,相關核心技術應該也處於研究攻關階段,具有相當的工程可行性基礎,可能在未來十年造出技術驗證機。總之,中國產直升機已經度過了借鑑仿製的階段,開啟了追蹤前沿、創新發展的新篇章。【文/妹子楊】