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电动飞机的原理是什么(飞机的工作原理)

电动飞机的原理是什么(飞机的工作原理)

空客前沿部门A3的Vahana原型系统将于2017年底首飞,这款飞机具有电动、自动垂直起降、载客特征。

全尺寸的Vahana最近从位于加利福尼亚的Santa Clara工厂运至位于Pendleton Hangar的俄勒冈州东部的地区机场,准备飞行测试,飞机的机身、发动机和螺旋桨分别运输,一天就能完成组装,完成高压动力系统和发动机安装是A3的主要里程碑。

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空客一直在推进电动飞机,从概念草图来看,Vahana与之前的飞行汽车很相似。飞行汽车在两个机翼上安装了8个电力发动机,机翼会根据汽车的飞行状况自动倾斜,比如汽车是垂直飞行还是水平飞行。飞行汽车可以容纳一名乘客,乘客坐在天蓬下,它可以像遮阳板一样收缩。未来Vahana将主要作为的士使用,运营模式像Uber一样。

目前来说,已经有很多人在尝试打造电动飞机,如果你仔细看过2010年的电影《钢铁侠2》,你可能注意到马斯克本色客串时候,讨论的不是宇宙飞船,不是人工智能,而是电动喷气机。

电动飞机的原理是什么(飞机的工作原理)

新兴节能技术的应用速度从来都是取决于油价的,纯电动市区直升机和混合动力客机改变生活的速度最快。

与汽车类似,飞机的运行成本,很大一部分来自燃料。电动汽车和电动飞机的合理性体现在效率,油价波动并不会改变这一点。从第一性原理概括:飞机飞得越高,阻力越小,能耗越小,但是高空氧气不够烧,所以我们把飞机装满电池吧。

电动飞机,现在最大的瓶颈毫无疑问是电池能量密度,而当代科技的发展显然从不是屈尊于混合动力,电池的能量密度每年进步10%-15%,如果达到400Wh/kg ,并且电池占飞机总质量70%~80%,接近化学燃料占火箭的重量,达到横跨美国东西海岸航程的电动飞机就足以让人信服。(作为参考,空客E-Fan的电池占总重30%,可以飞跃英吉利海峡)。

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电动飞机的一个优点是方便姿态控制,可以缩小升降舵和方向舵,甚至砍掉尾翼,从而降低阻力(无尾翼飞机已经存在,只不过少见)。整个机身都可以作为升力面的翼身融合结构。在马斯克眼里,为了降低风阻系数砍掉汽车后视镜,和取消控制舵面,是一个逻辑。

还有一点,飞机在高空飞行时,空气阻力小有助于减少损耗、提高效率,但是由于氧气稀薄,喷气式发动机的性能受到一定制约。而飞机自己携带氧气过于笨重就跟火箭没什么区别了。电动飞机取消燃烧室有可能做到不受任何含氧量限制,只要这个星球有适当密度的大气层就可以工作,为此需要寻求燃料之外的加热方法。

电动飞机的原理是什么(飞机的工作原理)

当人们第一次坐在电动飞机的驾驶舱里时,并不会觉得有什么不一样的地方。触摸「开始」按钮,它立刻就会给你一击:一种可怕的沉默,没有咆哮,没有引擎振动,只有电的嗡嗡声和螺旋桨轻轻的嗖嗖声。不用靠耳机,就可以和旁边座位的人轻松交谈。对于驾驶舱里的人和地面上的人来说,安安静静的电动飞机算得上是恩惠了。

电动飞机的马达不是用节流阀,而是一个变阻器,它的高扭矩可以直接传送到螺旋桨上,没有能量消耗的传动。马达重20公斤,长10厘米,直径30厘米,可以用手控制。一个等效的内燃发动机重量约为7倍,占用的空间大概是120x90x90厘米。在某种程度上发动机的出色效率,它能将95%的电能直接转化为工作,一小时的电能消耗了3美元的电力,而单引擎飞机上的汽油则需要花费40美元。

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对专业飞行员来说,成本优势的吸引力比低噪音运行还要大。飞行是一项昂贵的生意,如果大幅降低产品的成本,就能有效地创造出一种全新的产品。

所以,有远见和先驱者,电动飞机不仅仅是一种有趣的可能性,它会成为现实。

关于作者: 柳月

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