凤凰彩票平台手机版_凤凰彩票官方版app下载|唯一官方网站

来自 凤凰彩票唯一官方网站科学 2019-08-19 23:00 的文章
当前位置: 凤凰彩票平台手机版 > 凤凰彩票唯一官方网站科学 > 正文

凤凰彩票唯一官方网站NASA航空科技发展计划,

凤凰彩票唯一官方网站 1

2 飞行器系统计划飞行器系统计划旨在发展新的飞行器技术,由7项子计划构成:安静飞机技术、21世纪飞机技术、极高效发动机技术、推进系统与动力装置、飞行研究、先进飞行器概念、突破性飞行器技术。

[据美国航空周刊网站2014年7月10日报道] 航空尚未进入喷气时代的黄昏,而到下一种推进模式的几十年的旅程却可能已经正在进行。NASA已经在一系列的计划下开始了探索,通过地面和飞行试验确定混合和分布式电推进系统是否成为民用航空的下一个革命性的转折。

不同于上世纪飞机“速度至上”的设计理念,进入21世纪以来,随着低碳理念的深入人心、环保压力日益增大,越来越多的设计者将“低碳环保”视为飞机设计的首要目标,他们从外形、材料、发动机等多方面入手,努力提升飞机的环保性能。

为什么Uber瞄准了飞机,不是直升机?

将18台发动机放在一架飞机上会产生什么后果?如果你我这么做,那就是一场灾难,但如果是美国国家航空航天局这么做,那我们就得到了“前沿异步推进技术”,这种新型机翼设计有望广泛应用于新一代飞行模拟器X-Plane上,推进飞机制造业向电子推进系统转化的过程。

表3 2001~2003财年NASA飞行器系统计划投资细表

上方装载机翼的卡车于11月在位于加利福利亚州爱德华兹空军基地沿干涸的湖床的试验能够提供首次有效数据,以验证分布式电推进系统能够带来预期的好处。31英尺跨度的机翼将携带18个小型电驱动螺旋桨,是NASA新的变革性航空概念项目中小型X-飞机验证机的前身。

今年年初,美国国家航空航天局公布了新一代宽体客机的3种设计方案。每个设计方案都力求在15年以内达到一个比较理想的环保目标,如将燃油消耗降低40%,氮氧化合物排放量降低75%,以及将噪音印迹减小42分贝等。

凤凰彩票唯一官方网站 2

据美国《大众科学》网站3月20日报道,LEAPTech机翼上的这18台发动机会让更多空气通过机翼,减少阻力,同时增加飞机的提升动力。另外,更多螺旋桨也能更灵活地调配,提高安全性,可以避免出现飞机引擎故障引起的事故,同时还能降低能耗和噪音。这18台发动机都是电动发动机,由磷酸铁锂蓄电池驱动。

表3 2001~2003财年NASA飞行器系统计划投资细表

同时,在接下来的5年内,机构将研发紧凑型、高功率密度、能够产生1-2兆瓦电能的电动机,以满足全电通用航空飞机或直升机、许多小发动机以更安全和更能量高效的方式分布在飞机上的混合涡轮电力支线飞机或大型运输机的动力需求。

巧合的是,几乎在同一时间,两个致力于未来飞机研究的团队也分别公布了自己的设计方案,他们分别来自麻省理工学院和伦敦的帝国理工学院。在他们看来,他们的方案完全可以凭借现有的技术将燃油消耗减少一半。

就目前来看,飞行汽车仍然是未来的技术,只存在于科幻小说、《杰森一家》电视剧中。不过Uber却对飞行汽车高度重视,最近,它向前迈出一大步,在会议上披露了自己的计划。

据NASA介绍,LEAPTech的潜在优势包括:减少对燃料的依赖性;增强飞机性能和驾驶性能;有效降低飞机的噪音,LEAPTech是未来十年NASA计划飞机制造业向电子推进系统转化的重要环节。

FY2001

FY2002

FY2003

飞行器系统计划

370.8*

369.4

321.3

安静飞机技术

19.9

20.0

20.0

21世纪飞机技术

6.7

29.0

29.0

极高效发动机技术

47.9

50.0

50.0

推进系统和动力装置

79.7

92.4

66.8

飞行研究

59.8

52.5

58.9

先进飞行器概念

61.2

42.3

34.7

突破性飞行器技术

84.4

83.2

61.9

NASA固定翼飞机项目经理表示,第一代电力飞机需要1-2兆瓦的电能。然而,机构也看到了无人和友人飞行器在电能和增加自主方面的分岔口,这也开始了小型无人航空系统和轻型飞机之间的螺旋式探索。

凤凰彩票唯一官方网站 3

去年10月,打车分享巨头Uber发布了97页的白皮书,它准备组建一个城市飞行的士系统,与按需汽车服务连接起来,Uber在白皮书中指出了组建时面临的挑战。自此之后,Uber聘请NASA老兵Mark

按照原定计划,搭载LEAPTech机翼的飞机的巡航速度将达到每小时320公里,电池充电一次可飞行370公里,混合动力模式可飞行740公里。这种形式的飞机能产生巨大而直接的提升力,且翼展长达9.45米,这就意味着,从跑道起飞的滑行距离不超过610米,比美国联邦航空管理局为小型客机推荐的滑行距离短213米。

*说明:还包括一项少数大学研究和教育计划。安静飞机技术随着空中交通、机场、航站变得越来越拥挤,喷气飞机产生的噪声已变成一个不可忽视的重要问题。噪声已成为当今阻碍飞机运输业发展的一个制约因素。NASA从1997年开始实施飞机减噪计划,并制订了10规划和25年规划,预期目标旨在10年内--到2007年将飞机的噪音降低10分贝,到2022年降低20分贝。经过5年的努力,目前已达到降低2分贝的目标。NASA研究人员通过数值模拟计算和实验研究发现,飞机噪音主要来源于发动机产生的噪音、飞机部件系统产生的噪音以及操纵飞机产生的噪音。在飞机部件系统噪音中,飞机起落架是噪音的主要来源,此外,襟翼和缝翼偏转也会产生很大的噪音。降低起落架噪音的关键技术是采用一个"虚拟"起落架整流罩使绕流起架的气流呈流线型。或者在装配飞机时后期配置起落架。对于襟翼和缝翼噪音,NASA正在开发一些先进技术诸如主要部件连接技术、襟翼边缘附面层吹除技术、以及缝翼后缘开孔技术等等。从理论上讲,这些技术非常有效,实际验证工作首先在NASA的"安静飞机技术计划"中实施,预计2003财年末,获得效益评估结果。发动机的噪声主要来自风扇/压气机噪声、涡轮和燃烧噪声及喷气噪声。目前,降低民用发动机风扇噪声的技术有:提高涵道比,使发动机的排气速度降低;降低叶尖切线速度、采用数目合理和间距适当的转子叶片;采用声学衬垫和长整流罩;采用流动控制技术。NASA有关减少发动机噪声的研究项目中开发的先进技术包括使发动机静子叶片后掠并倾斜的技术,这有效地消除了风扇产生的声音,可降低3分贝的噪声;新型发动机轴套,专门吸收发动机内部产生的噪声;基于先进的物理吸声模型和新型"航空声学计算"程序重新设计发动机进气道;发动机尾喷口设计成扇形,即"V"型结构,以便分布式排气,具有显著的减噪效果;先进的粒子图像测速仪(PIV,利用脉冲激光片记录喷气粒子在单位时间内的相对位置)技术,用于测量绕流发动机风扇和尾喷口的流体的位移,有助于设计者观测发动机噪声。操纵噪音主要是指飞机在机场附近爬升和大坡度下滑飞行时所产生的噪声。目前NASA正在开发"最佳飞行轨迹"飞行操纵程序,在这一程序中不仅考虑了风向、风力、温度和其他大气条件的影响,还充分考虑了飞行安全性以及机场的容量等因素。21世纪飞机技术计划主要研究开发确保实现未来航空发展目标的基础技术和理论方法,例如,开发模拟分离流雷诺数效应的方法,利用微涡装置改善流动不稳定性的技术等等。极高效发动机技术计划UEET计划是NASA从1999年开始实施的航空发动机技术计划,为期6年。其技术目标之一是提高涡轮发动机的性能和效率,使发动机的耗油率下降8%~15%;目标之二是发展智能型燃烧室,利用传感器和致动器控制燃烧过程,采用智能材料技术,使亚声速大型客机发动机和支线客机发动机起飞/着陆时的氧化氮比1996年的ICAO标准减少70%。NASA将减少飞机排放物作为未来重点发展目标,并通过极高效发动机技术计划来实施减少排放物计划。NASA研究认为减少排放物的关键技术包括,①减少油耗,采用超轻材料,减少飞机机体的重量,使飞机阻力减少,从而降低耗油率;②推进系统最优化,采用智能燃烧室,利用新型传感器和作动器控制燃烧过程,从而提高燃油效率;③操纵最优化,提高飞机操纵性能,特别是在起飞和着陆阶段,尽量避免无为的操作以减少燃烧过多的燃油;④开发新概念推进系统、机体结构以及无污染的替代能源,采用分布式推进系统、复式风扇发动机、燃料电池发动机以及采用智能材料的机体结构,以显著改善或完全消除有害排放物。推进系统与动力装置计划NASA的推进系统与动力装置计划是从2000年开始实施的一项航空推进技术发展计划。目标之一是满足国家的目标--确保推进系统长期满足环境要求,保持美国推进系统的优势地位,提高全球航空运输的安全性、效率和成本效率;目标之二是保障航空航天技术企业的目标--通过发展满足可预期未来目标的高风险、高收益研究和技术获得突破性推进技术,发展和促进可成为未来重点计划基础和/或用于工业和其他用户的多学科推进技术。飞行研究计划飞行研究旨在提高和改善NASA的大气飞行研究能力,促进航空航天技术的创新、探索新的物理现象,加速发展和验证新概念飞行器。NASA的飞行研究计划由德赖登飞行研究中心实施,目前正在进行的重点项目有:环境研究飞机与传感器技术、自动编队飞行、主动弹性翼、智能飞行控制系统环境研究飞机与传感器技术ERAST项目于1994年开始实施,目标之一是开发无人机技术,主要用于执行那些无法利用现有飞机平台完成的"笨重"和"危险"任务,并使无人机机载设备及传感器小型化。NASA开发的ERAST技术验证机是一种能够昼夜飞行的太阳能飞机,称之为"太阳神"无人机。Helios无人机具有重量轻、机翼面积大、续航时间长特点,可用来探查地球资源、监视农作物病虫害、探测空气污染情况;还能担负同步卫星的部分任务,在发生地震、洪灾或者森林火灾时,可以替代中断的通信,使受灾地区与外界保持联络;还能在台风上空飞行,跟踪和检测暴风雨;此外还能到核爆炸现场采样,在预定空域长时间盘旋侦查敌情,校炮或者为战机指引攻击目标,这种能昼夜飞行的高空长航时太阳能无人驾驶飞机具有十分广阔的应用前景。不幸地是,2003年6月26日,"太阳神"在一次验证燃料电池技术的试飞过程中突然空中解体,坠入夏威夷考艾岛附近海域,目前NASA正在着手调查事故原因。2)自动编队飞行AFF计划的目标是通过模拟鸟类"V"字型编队飞行,以减少飞行阻力和节省油耗。这项技术可能被广泛地应用到跨大陆飞行客机的编队上,用来减少飞行的油耗和排放物。自动编队飞行的原理其实很简单,编队飞行中的领头鸟的翅膀或飞机的机翼所产生的翼尖涡为紧跟着的鸟或飞机提供了一种上洗流,即向上的升力,因此后面的鸟或飞机可节省能量。NASA认为,如果大型商用运输机象候鸟一样编队飞行的话,每架运营飞机每年将节省高达200万美元的燃料费用。而且,飞机越大节省的费用越多。另外还可以带来许多其他方面的利益,如每架飞机每年可至少减少排放1000万磅的二氧化碳和10万磅的氧化氮气体。自动编队飞行项目从2000年12月开始,采用两架改装的F/A-18进行试验,该计划为期三年,分三个阶段实施,目前正进行第三阶段的试验,初步试验表明飞机通过编队飞行后可至少降低10%的阻力。3)主动气动弹性机翼主动气动弹性翼计划由NASA和美国空军共同投资,波音公司负责改装飞机,德赖顿研究中心进行飞行试验研究,计划总费用约4100万美元。该计划的最终目标是掌握如何利用机翼扭转进行跨声速和超声速滚转控制,将整个机翼作为一个控制面来使用。如果计划成功,未来高速飞机有可能无需飞机尾部的水平控制面。AAW在概念上与莱特兄弟开发的"机翼翘面"控制系统相似,但AAW采用了副翼和前缘襟翼等传统控制面从气动上诱导机翼发生扭曲。AAW研究机选用海军的一架F/A-18A型飞机,其机翼改换成更加柔性的气动弹性机翼。2003年5月AAW研究机完成了第一阶段飞行试验,预计在明年初开始第二阶段飞行试验。4)智能飞行控制系统从2001年初开始,NASA研究人员开始了一项革命性的飞行控制系统的验证飞行试验,该飞控系统将能使未来的飞机在出现主系统失效、作战损坏时使飞机安全、受控着陆。该项名称为智能飞行控制系统。IFCS的飞行研究由NF-15B试验研究机承担,重点在为飞机的飞行控制计算机开发具有自学习能力的神经网络软件,这种软件能自动将飞机系统数据与正常飞行状态数据进行比较,并自动调整飞行控制律以补偿损坏或不起作用的飞行控制面或系统。试验成功后将首先将IFCS应用于C-17之类的运输机平台上。先进飞行器概念先进飞行器概念旨在加速发展先进的和创新的飞行器概念研究并使其技术成熟化。AVC研究主要是利用模块化的缩比尺寸的验证机进行一系列的高技术风险的研究验证和确认试验。NASA为促进航空试验飞行器的发展,持续不断探索研究先进飞行器概念,近些年,NASA投资进行的先进概念研究包罗万象,目前,主要集中研究X-43A高超声速研究机、弯翼翼身组合体概念客机、鸭式旋翼/机翼(Canard Rotor/Wing,CRW)无人机、脉冲爆震发动机(Pulse-Detonation Engine)、X-44A多轴无尾飞机(Multi-Axis No-Tail Aircraft)、联合机翼飞机(joined-wing aircraft)。突破性飞行器技术NASA的突破性飞行器技术计划中一个关键项目是"变形规划(Morphing Project)"。其宗旨是探索开发和评估有效适用于未来航空航天飞行器的先进技术和一体化部件概念。所谓"变形"是指有效性和多点适应能力,包括对智能材料、自适应结构、微型流动控制、仿生概念、最优化及控制的研究。目前,NASA探索开发并正在验证的可变形、无铰链智能机翼是其研究自适应多功能机翼概念的体现,这种机翼可有效适用于不同的飞行条件,改善未来飞机的多用途性、安全性、机动能力及有效性。风洞试验表明,与常规机翼相比,智能机翼的滚转力矩提高了15%,升力提高了11%。此外,NASA还研究了"鱼骨"机翼、智能旋翼、智能涡流尾迹控制装置、用于降低结构噪声的智能衬套等概念。随着"变形规划"的研究深入,NASA于2001年出台了一个称为21世纪新航空飞行器的"变形"飞机计划,这种"变形"飞机将通过应用灵敏的传感器和作动装置,光滑而持续地改变机翼的形状,对不断改变的飞行条件作出响应。预计2030年能成为现实。(作者:中国航空工业发展研究中心技术所 张晋平)

分布式电推进系统能够实现气动和推进效率的大幅提升,将降低噪声和能源成本。

图2:芬兰航空公司设计的微型直升机。此直升机的外部大部分是由太阳能电池构成,为直升机提供动力。

Moore担任Uber Elevate航空工程主管。Moore曾经是NASA电动推进系统、自动驾驶控制、个人飞行器的研发主管。

目前从技术上来说,LEAPTech还并非一架飞机,迄今制造出来的是拥有发动机的机翼,旨在厘清这种设计思路从空气动力学角度而言是否可行。在测试中,LEAPTech机翼附着在一辆名为“混合电能综合系统测试平台”的卡车上,这一卡车以112公里/小时的时速穿越爱德华兹空军基地的一个干枯湖床,对这种机翼的性能进行测试,提供的数据有望降低未来飞行的风险系数。

然而,电推进系统并不是没有缺点。能量存储重量比这些航空燃油要差得多,而且电池组成本更高。但是在宽的速度范围内电动机均比涡轮或活塞更高效,而且功重比也更高,更安静、更紧凑、更可靠、零排放,能量成本也比航空燃油更低。而且,对于飞机设计最关键的是效率和功重比与尺寸无关。

外形篇:颠覆传统 势在必行

上周,Uber在达拉斯召开了为期3天的“Uber Elevate Summit”会议,会上公布了城市空中旅行计划。

LEAPTech是NASA、实验系统航宇公司和宙比航空公司联姻的结晶。接下来,NASA计划移除意大利泰克南P2006T飞机上的发动机和机翼,使用改良版的LEAPTech机翼和发动机进行替换,对LEAPTech机翼的性能进行测试,最终目的是用在民用等通用航空飞机和长途运输飞机上。

为了试验更紧凑电力推进系统-飞机集成是否能够带来效率、安全性、环保性和经济性方面的收益,NASA与实验系统航宇公司开展合作,并有可能将前沿异步螺旋桨技术验证机作为X-飞机试验台用于分布式电推进系统。

NASA公布的下一代宽体客机的3种方案分别是波音公司的“翼身融合式”飞机,诺斯罗普·格鲁曼公司的“双机身”飞机,以及洛克希德·马丁公司的“盒式机翼布局”飞机。

Moore说:“我们希望能在未来几年里孕育出实验性飞行器,在城市相关环境中进行测试。”

本文由凤凰彩票平台手机版发布于凤凰彩票唯一官方网站科学,转载请注明出处:凤凰彩票唯一官方网站NASA航空科技发展计划,

关键词: