電動(dòng)飛機(jī)是以電推進(jìn)系統(tǒng)作為動(dòng)力裝置的飛機(jī)。與傳統(tǒng)燃油動(dòng)力飛機(jī)相比，電動(dòng)飛機(jī)具有節(jié)能、環(huán)保、噪聲低、振動(dòng)小、維護(hù)簡(jiǎn)便等突出優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前世界航空技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)之一。

 

       近年來，歐美各飛機(jī)制造商與科研機(jī)構(gòu)紛紛加大了電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的投入力度，陸續(xù)推出了一系列名目繁多、性能各異的技術(shù)方案，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）正在研制測(cè)試的X-57“麥克斯韋”（Maxwell）驗(yàn)證機(jī)就是其中非常具有代表性的一種。作為NASA的“X”系列技術(shù)驗(yàn)證機(jī)中首種采用全電推進(jìn)的型別，X-57采用了獨(dú)特的分布式電推進(jìn)系統(tǒng)，其技術(shù)在輕型飛機(jī)、通用飛機(jī)、支線客機(jī)等類型飛機(jī)上具有良好的應(yīng)用前景，對(duì)于電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)盡早實(shí)用化并投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)是一次非常有價(jià)值的探索，因而其動(dòng)向一直吸引著外界的關(guān)注。

 

       X-57是進(jìn)入21世紀(jì)以來NASA推出的首種載人“X”系列飛機(jī)，該機(jī)的研制測(cè)試是NASA從2017年開始實(shí)施、為期10年的“新航空地平線”（New Aviation Horizons）計(jì)劃的一部分。嚴(yán)格來說，X-57并不是一種“徹頭徹尾”的全新飛機(jī)，而是在意大利泰克南公司的P2006T活塞式雙發(fā)輕型飛機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，用一套先進(jìn)的分布式電推進(jìn)系統(tǒng)替換了后者原有的兩臺(tái)Rotax 912S3四缸活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)對(duì)機(jī)翼外形進(jìn)行了較大幅度的修改。該機(jī)的分布式電推進(jìn)系統(tǒng)由2臺(tái)大功率巡航電動(dòng)機(jī)（單臺(tái)功率60千瓦）和12臺(tái)小功率增升電動(dòng)機(jī)（單臺(tái)功率9千瓦）組成，二者均由機(jī)上的鋰離子電池供電。其中，2臺(tái)巡航電動(dòng)機(jī)位于左右機(jī)翼翼尖，它們作為飛機(jī)的主動(dòng)力裝置，通過驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直徑達(dá)5英尺（1.524米）的大型螺旋槳，為處于巡航階段的飛機(jī)提供推進(jìn)動(dòng)力。12臺(tái)增升電動(dòng)機(jī)則位于左右機(jī)翼前緣，在每側(cè)機(jī)翼上沿展向分別布設(shè)安裝6臺(tái)，主要用于在起降階段增加飛機(jī)的升力：在起飛過程中，除了主動(dòng)力裝置外，這些增升電動(dòng)機(jī)也將全部啟動(dòng)并帶動(dòng)螺旋槳高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增加機(jī)翼升力，使飛機(jī)順利起飛；當(dāng)飛機(jī)到達(dá)巡航高度后，這些增升電動(dòng)機(jī)將會(huì)關(guān)閉，其螺旋槳槳葉向后折疊并收入整流罩內(nèi)以減少飛行阻力；而當(dāng)飛機(jī)降落時(shí)，這些增升電動(dòng)機(jī)將再次啟動(dòng)，其螺旋槳槳葉將依靠離心力再度展開并轉(zhuǎn)動(dòng)，以增加機(jī)翼升力，進(jìn)而確保飛機(jī)安全著陸。

 

       通過這樣獨(dú)具匠心的設(shè)計(jì)，X-57除了可以充分發(fā)揮電動(dòng)飛機(jī)所固有的電池/電機(jī)能量利用率高、污染物排放少甚至零排放、電機(jī)工作期間噪聲小等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)外，還具備了以下突出性能特點(diǎn)：飛機(jī)在起降過程中，可以利用增升電動(dòng)機(jī)螺旋槳產(chǎn)生的滑流效應(yīng)，使機(jī)翼上表面氣流加速，進(jìn)而顯著提高機(jī)翼的最大升力系數(shù)，由此使得飛機(jī)在維持與原準(zhǔn)機(jī)相當(dāng)?shù)钠鸾敌阅艿那疤嵯�，可換用翼弦長(zhǎng)度大幅減小（但翼展不變）、面積縮減至原來40%的全新機(jī)翼，這不僅減輕了機(jī)體結(jié)構(gòu)重量，更重要的是通過增大機(jī)翼的展弦比，可以有效提高巡航升阻比，進(jìn)而降低飛行阻力；此外，X-57與原準(zhǔn)機(jī)相比，還將兩臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)及其螺旋槳移至兩翼翼尖，由此可以有效減緩、甚至阻止翼尖渦的產(chǎn)生，進(jìn)而降低巡航飛行時(shí)的誘導(dǎo)阻力。由于以上原因，與大小類似的傳統(tǒng)燃油動(dòng)力飛機(jī)相比，當(dāng)同樣以175英里/時(shí)（約282千米/時(shí)）的速度巡航飛行時(shí)，X-57耗能僅為傳統(tǒng)飛機(jī)的20%，并且飛行中可實(shí)現(xiàn)污染物零排放和低噪聲，在更加綠色環(huán)保的同時(shí)，有效提高乘坐舒適性。

 

       按照NASA的計(jì)劃，X-57飛機(jī)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將會(huì)在原準(zhǔn)機(jī)的基礎(chǔ)上，以漸進(jìn)改進(jìn)的方式逐步實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，為此X-57項(xiàng)目被劃分為Mod I、Mod II、Mod III和Mod IV四個(gè)階段。其中，Mod I階段（第一階段）主要進(jìn)行P2006T飛機(jī)的空中試飛，以熟悉、掌握該機(jī)基本性能，為后續(xù)改裝工作做準(zhǔn)備，同時(shí)還利用一輛卡車作為試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)安裝有分布式電推進(jìn)系統(tǒng)的機(jī)翼進(jìn)行地面測(cè)試；Mod II階段（第二階段）將P2006T飛機(jī)上原有的兩臺(tái)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)替換為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)（即巡航電動(dòng)機(jī)），但發(fā)動(dòng)機(jī)位置和機(jī)翼構(gòu)型/材料都不會(huì)改變，只是對(duì)電動(dòng)機(jī)、電池及其他相關(guān)設(shè)備的性能進(jìn)行測(cè)試；ModⅢ階段（第三階段）將用經(jīng)過大幅修改的大展弦比復(fù)合材料機(jī)翼替換P2006T飛機(jī)的原有機(jī)翼，并將兩臺(tái)巡航電動(dòng)機(jī)移至翼尖位置，同時(shí)在左右機(jī)翼前緣各安裝6個(gè)增升電動(dòng)機(jī)短艙（但無電動(dòng)機(jī)和螺旋槳），從而對(duì)新型機(jī)翼及翼尖推進(jìn)方案的減阻效果進(jìn)行測(cè)試；Mod IV階段（第四階段）則在ModⅢ階段基礎(chǔ)上，為12個(gè)增升電動(dòng)機(jī)短艙裝上電動(dòng)機(jī)及螺旋槳，對(duì)飛機(jī)的低速性能以及分布式電推進(jìn)系統(tǒng)的增升效果進(jìn)行測(cè)試。

 

       為適應(yīng)今后電動(dòng)飛機(jī)市場(chǎng)的興起，在X-57項(xiàng)目實(shí)施期間，NASA還將會(huì)與美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）等機(jī)構(gòu)合作，利用X-57研制試飛過程中所獲取的各種數(shù)據(jù)，大力推進(jìn)電動(dòng)飛機(jī)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證工作，進(jìn)而幫助美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）適時(shí)制訂電動(dòng)商用飛機(jī)的適航法規(guī)，為今后電動(dòng)飛機(jī)獲得適航認(rèn)證、最終投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)鋪平道路。

 

       不過，目前的X-57由于電池技術(shù)的限制，致使飛機(jī)的航程和續(xù)航時(shí)間嚴(yán)重受限，分別僅為100英里（約161千米）和1小時(shí)左右，這種性能的飛機(jī)在部分場(chǎng)合下用作短程/超短程通勤飛機(jī)或“空中出租車”可勉強(qiáng)勝任，要大量投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)則不太可能。因此在NASA的電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)發(fā)展長(zhǎng)期規(guī)劃中，X-57僅僅是其第一步，若該項(xiàng)目進(jìn)展順利，NASA將會(huì)后續(xù)發(fā)展一種9座級(jí)電動(dòng)通用飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)，最終將會(huì)在2026年左右推出一種60-90座級(jí)混合電推進(jìn)支線飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)。而按照NASA的評(píng)估，預(yù)計(jì)到2030年前后，各種體型更大、用途也更廣泛的商用電動(dòng)飛機(jī)將會(huì)全面出現(xiàn)。（李巖 段辰龍　陳黎）