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马斯克的电动飞机梦:黑科技还是游戏炒作?

马斯克的电动飞机梦:黑科技 or 炒作游戏?

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。

马斯克的电动飞机梦:黑科技 or 炒作游戏?

(F22)

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。

马斯克的电动飞机梦:黑科技 or 炒作游戏?

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。

马斯克的电动飞机梦:黑科技 or 炒作游戏?

(J20)

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)。

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。

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。

而电动飞机,特别是高空长航时的电动飞机本身的一些特性非常不利于结构设计,如超大尺寸/大挠度机体、大展弦比/大面积机翼、电动力系统部件集成安装等。这些特点使在设计上很难有效满足强度、刚度和气动弹性等基本要求。

因此,结构和材料技术也是制约电动飞机发展的关键技术。

新型高强度轻质材料,如各种先进复合材料、高强度柔性薄膜;实现更高效率的全新的结构形式,如薄壁盒形梁/管形梁、桁架结构、蜂窝/泡沫夹芯结构;突破结构设计极限,包括尺度(如超长、超薄等)、形状和承载能力等。如果无法突破上述关键技术,那么电动飞机将因为超重无法起飞,或因为结构强度不足而在空中解体。

另外,航电系统、飞控系统等关键技术也对电动飞机至关重要。

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