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特斯拉CEO的电动飞机梦是狂语还是黑科技?

时间:2016-04-15 19:46:32        来源:中国航空新闻网

具体来说,锂电池和汽油的比能量数值分别为:0.15-0.25kWh/kg和12-12.5kWh/kg,碳氢燃料是除液氢外比能量数值最高的燃料,即使只有30%的能量被利用上,比能量仍高达3.6-3.7kWh/kg,相当于锂电池的20倍。

电动力系统存在偏重的问题。电动力系统和机体结构的重量系数达到0.70-0.85,约为常规飞机的2倍。另外,电动飞机还存在性能差,环境适应性差,安全性、可靠性有待验证等问题。目前的电动飞机仅能满足最基本的飞行。

诚然,电力具有通用性、灵活性、可再生(相对于煤炭、石油、天然气)、输送的便捷性等特点使其在能源上具备先天优势,电力取代化石燃料是时间问题,但现在的技术水平还无法达到这一要求。哪怕是军舰所谓全电推进也是用大功率燃机发电,而非使用锂电池。

其二气动布局技术

气动布局简单的说就是飞机的外形,因空气阻力和气流升力的影响,不同的外形会对飞机的性能造成很大的影响。

比如RX1E就采用了常规气动布局,常规布局可以把飞机的长宽比做到很大,利于发挥大机翼和长发动机的优势。而RX1E类似于滑翔机的设计,在电机动力有限的情况下给RX1E提供了升力。

另外,军机的气动设计会更加复杂,比如成飞的J10就采用了中距耦合鸭式布局;达索的幻影2000采用了无尾三角翼布局;洛马的F22因为其发动机F119独步天下,选择了常规布局。

特斯拉CEO的电动飞机梦是狂语还是黑科技?

因电动飞机在巡航时速度较低,飞行雷诺数低,而在高空长航时飞机飞行环境复杂(密度、温度、高空风等),大翼展机翼的气动弹性问题难解决,因此,电动飞机的气动设计要求比常规动力飞机苛刻,要达到极低能耗和极高效率。

气动设计是无数次成功或失败的经验积累,飞机模型要在风洞中反复测试,在试飞和交付用户后不断改进,这些都要花费巨大的时间成本和资金成本。

具体来说,顶级的风洞只有中、美、俄才有,而且因为风洞巨大的耗电量,往往会配属专门的核电站为风洞供电。而经过风洞验证的气动外形,会被用在原型机上,原型机在试飞过程中会根据实际情况改进气动设计,比如J20于2011年曝光,迄今为止以制造7架原型机,最新的2017和最初的原型机在气动设计方面已经有很大的改进。另外,原型机试飞是非常危险的,因为新的气动设计存在太多不确定因素,很有可能发生机毁人亡的事故。

气动设计和技术验证的门槛很高--韩国举国之力也很难完成,T50教练机只能找洛马做设计,吹风洞。以至于洛马曾经将韩国"国产"的T50教练机,作为洛马的产品,并放在洛马的官网上和其他洛马设计的飞机一同展示。(当然,T50教练机的气动设计难度和玩具一样的电动飞机完全不是一个难度的)。

特斯拉CEO的电动飞机梦是狂语还是黑科技?

诚然,如同玩具般的电动飞机的气动设计门槛远远无法与J20、F22这类4代战机相提并论,对波音、洛马、中航工业这样的老牌航空巨头来说更是小儿科的事情。

但对从未设计过飞机,技术积累为零的航空工业门外汉来说,如果不参照已有的成熟产品或公开的技术成果,或者像韩国人那样找航空巨头帮忙,一切要从零开始摸索的话,凭一己之力搞定电动飞机整条产业链可谓难于上青天。即使最后做出来了项目研发周期被大幅拉长,项目大幅延期是必然的。

其三材料和结构

因电动飞机的动力系统存在重量偏大,功率偏低的问题,电动飞机机体结构就必须要比常规动力飞机更强,重量更轻。比如RX1E、E-Fan、E-430等都采用复合材料制造,机身空重普遍在200千克到300千克。