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[心得交流] 垂直起降飞行器设计方案盘点(补6)

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发表于 2021-5-4 11:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
垂直起降飞行器设计方案盘点(补6)
有容乃大


引言  NASA的EVTOL样本X-57
3月8日从英文Yahoo网读到Rachel Cormack所写报道文章,介绍由NASA Advanced Concepts Lab 承担的X-57 Maxwell项目即将试飞消息。所附照片及相关说明,该样机非整机独立设计制造,是以原有双座双发动机Tecnam P2006T飞机基础上改为电机驱动型式。文中明确声明:NASA并不打算将该设计投产上市,仅希望以此作为一个设计参考样板。用以激发制造商开发自己的商业版本,同时为诸如FAA监管机构提供开发此类飞机必要法规的参考。文中所提供技术数据有限。
  根据4月28日观看youtube网视频“电动飞机将至”中,有相当篇幅介绍了有关X-57 Maxwell项目过程。看到有关12个可收褶翼片电动升力旋翼试验台,以及电脑模拟的整翼倾斜转动画面。并记下视频图表列出的相关技术数据。才理解该设计属于整体可倾斜旋翼,但水平飞行时只有两端大直径旋翼变为螺旋桨,12个小旋翼翼片收褶。觉得可以作为一个新设计方案盘点介绍。写出来供国内有兴趣读者,制造商,投资人参考。

盘点编号:22
设计研究单位:美国  NASA Advanced Concepts Lab
型号: X-57 Maxwell 非生产实验设计,以原有双座双发动机Tecnam P2006T飞机基础上改为电机驱动型式。
发布及预计试飞时间:于2019年10月首次交付NASA,2021年3月初起在加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心开始进行地面测试,将由原型过渡到首飞。
样机外形图:(据Yahoo网上)
图1:地面停放态


方案概述(根据图1及youtube相关视频):

整机设计 采用上单翼和普通型尾翼的布局。升力旋翼系统为12轴5翼片电机直驱,分别位于双翼的左右翼下,翼片在水平飞行时停止旋转自动收褶;另外加机翼两端固定的电机直驱更大尺寸功率的3翼片可倾斜升力旋翼/螺旋桨,一起随双翼在起飞时转为各轴垂直向上,而在水平巡航飞行时转为各轴水平向前。可称非典型B型驱动配置(各升力旋翼都可倾斜,但只有其中两个在水平飞行时继续作为螺旋桨驱动工作)。机身配有一般固定翼飞机采用的前三点可收放轮式起落架。
垂直起降模式:机翼转90度各轴垂直向上,靠固定在机身左右两边固定翼上的共12轴电动5翼片升力旋翼,加上机翼两端固定的电机直驱更大尺寸功率3翼片升力旋翼,共同旋转产生的升力平衡整机重力。
水平飞行模式:机翼转90度各轴水平向前,机翼下12个升力旋翼不工作,翼片自动收褶;靠机翼两端电机直驱更大尺寸功率的3翼片水平驱动螺旋桨旋转产生拉力平衡整机阻力。靠固定翼产生升力平衡整机重力。
技术数据                       
  总起飞重量:  不详,
  翼展:       9.6m ;
  展弦比:     15;
  有效载荷重:   双座;估计大于180kg;
  巡航速度:     超过172mph(277km/h);
  最大航程:     约100 miles (161km); ue
  续航时间:     约40 min
  动力装置功率:   电力推动装置系统;翼端电机49.1kW x2;翼下电机4.4kW x12;  
  旋翼/螺旋桨直径:         翼端 1.5米;翼下 0.57米;
  旋翼/螺旋桨典型转速:     翼端 2250 RPM;翼下 4548 RPM ;  
  悬停功率:   不详 (按电机功率80%估算约121kW);
  巡航功率:   不详(按电机功率50%估算约49.1kW);                           
  电池容量:   不详 (不考虑垂直起降,按巡航功率续航时间估算约33kWh);                           
  电池重量:   不详 (按0.22kWh/kg及电池容量估算约150kg)。


点评和小结
据3月8日英文Yahoo网Rachel Cormack所写报道文章曾提到:此项目不是NASA首次涉足新兴航空领域。2015年起该机构已将电动飞机确定为的未来潮流,此后又发起了“全国先进航空运动”,将新兴的eVTOL和城市空中机动飞行装置纳入国家空域系统。但是,NASA并不想将X-57投入生产。相反,它希望该设计能够激发制造商开发自己的商业版本,同时为诸如FAA之类的机构提供制定此类飞机必要法规的参考
   该文章还提到:NASA X-57首席研究员Sean Clarke在一份声明中说:“从系统设计和实验室测试到将其移交给NASA飞行系统和运营工程师来实际操作,我们已经走了一个弯路。”
   作者以为,NASA Advanced Concepts Lab 以Sean Clarke为首的工作团队,的确在此项目中走了大弯路。一是不应选择现成的双座燃油发动机固定翼机型,二是不应该受到Joby公司的eVTOL飞机设计概念过多影响以至于直接采用其电动升力旋翼作为试验设计基础。因此未能实现对eVTOL飞机设计的真正有引领的创新。
   由于采用翼展仅9.6米展弦比15的现有固定翼机型,再加上不工作的收褶翼片的12个小升力旋翼,必然使得整机水平飞行升阻比不够大,水平飞行能效不够高。该机型对于燃油发动机不成问题,用于电动就在航速,航程上大打折扣了。还有一个关键问题是,在原机型上增加固定翼(带各升力旋翼一起)倾转的机构设计,也较难以实施。从所发表照片上(图1)似乎还看不出机翼可倾转的痕迹。
   从理论分析,所采用直线排列小直径5翼片(翼片短而宽,展弦比小)升力旋翼,因为翼片半径过小,必然导致升功比过小。而收褶后阻力不可忽视,又会减少整机水平飞行升阻比。
   两翼端的可倾斜升力旋翼/螺旋桨,要承担水平飞行驱动的重任,必须以水平驱动螺旋桨高效设计制造,在作为升力旋翼时肯定不能实现最大能效(这是B类可倾斜旋翼的最大缺点)。
   综上所述,作者以为,除了作为反面经验教训外,NASA 推动和引领“全国先进航空运动”,将新兴的eVTOL和城市空中机动飞行装置纳入国家空域系统的初衷,很难被所展现的X-57 Maxwell项目所实现
(完)2021/05/04  发表于新浪博客及中国滑翔网/论坛/硬翼飞行


发表于 2021-5-11 05:36 | 显示全部楼层
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