陳根:電動汽車才剛落地,電動飛機就來了_風聞
陈根-知名科技作家为你解读科技与生活的方方面面。2020-05-08 12:34
文/陳根
從萊特兄弟1903年發明了第一架飛機到如今電動航空的悄然而至,航空業已經走過輝煌的百年。如今伴隨着科技的不斷進步及人類環保意識的不斷增強,航空業正從燃油時代向電動時代演進。
當前,電動飛機正在快速發展,並呈現出蓬勃生機及巨大的市場前景,電動航空因其諸多優勢,已成為世界航空領域發展的前沿熱點。
**近日,我國一個科研團隊展示了一種微波等離子體推進器的原型,**在實驗室條件下,能夠在地球大氣層中工作,併產生推力,其效率可與現代客機上的噴氣式發動機相媲美。
這種新設計由武漢大學工業科學研究院的一個團隊構思並製造,通過電離空氣產生低温等離子體,通過空氣壓縮機將其吹到管子上。等離子體在管子上升的過程中,會被強大的微波擊中,使等離子體中的離子劇烈搖晃,使其與其他非離子化的原子相撞,並使等離子體的温度和壓力大大增加,因而產生巨大的推力。
秘密的一部分是在扁平化的波導上,微波是通過它發射的。由一個1kW、2.45Gh的磁控管產生的微波,在接近等離子體管時,微波被送入波導,被壓縮到一半的高度。這樣做是為了增強其電場強度,並儘可能多地給等離子體傳遞熱量和壓力。
研究人員注意到,在保持壓縮機的氣流穩定的情況下,當微波功率增加時,管內的火焰射流似乎會延長。他們開始嘗試測量產生了多少推力,但事實證明這很困難,因為千度的等離子體射流會破壞普通的氣壓計。
於是,研究人員將一個空心鋼球放在管子的頂部,在管子的頂部裝入較小的鋼珠以改變其重量。在一定的重量下,推力會抵消拉着鋼珠的引力,並開始將其從管子上抬起,使其移動和跳躍,研究人員利用這些測量結果,減去空氣壓縮機的推力,計算出他們的新的等離子體推進器的推力有多大。
他們在一定的功率和空氣流量範圍內進行了測試,儘管測量技術有些笨拙,但他們發現推進推力與微波功率和空氣流量之間存在線性關係。從能效層面來看,其推力為11N(400W、每小時空氣流量1.45 立方米),這意味着其推力效率為28 N / kW 。假設其性能是線性增長的,那團隊預估特斯拉 Model S 的電池可輸出 310 kW 的功率(換算成推力就是 8500 N)。
通過比較,空客E-Fan電動飛機使用了一對30千瓦的電動管道式風扇,合起來能產生1500N的推力。這意味着推力效率為25N/kW,與該實驗室組裝的第一架原型機相比,推力效率並不高。研究人員説,這個推力效率已經 “可以與商業飛機噴氣式發動機的推力效率相媲美。”
電動飛機相比於傳統飛機,使用電動力推進系統代替內燃機動力,從而獲得了很多優點和獨特品質。最突出的優點是節能環保,效率高能耗低,同時實現接近零排放,噪聲和振動水平很低,乘坐舒適性好,是名符其實的 環境友好飛機。
此外,還具有安全可靠(不會發生爆炸和燃料泄漏)、結構簡單、操作使用簡便、維修性好/費用低、經濟性好等特點。
但目前,各類電動飛機發展面臨的許多技術層面的挑戰。包括電動力推進系統關鍵性能指標低、技術不成熟、重量過大,僅能滿足電動飛機的最低使用要求等。此外,電動力推進系統實用性、安全性和可靠性還有待提高。
這是一個有趣而新穎的等離子推進器設計,如果事實證明它的可擴展性和效率能達到對飛機標準的水平,它將推動零排放電動航空的新興領域發展。電動飛機革命已來,電動航空將大有可為。