NASA推進X-57項目的同時與工業界共享經驗教訓

作為NASA重新開啟飛行研究的項目，X-57「麥克斯韋」電推進驗證機花費了比預計更長的時間做好飛行前準備。項目付出了代價，NASA現在正把收穫向工業界分享。其電池模塊設計已轉移給工業界，所有的階段安排都是基於項目的經驗教訓。

X-57項目的某些經驗教訓已向工業界轉移。比如，原始的鋰離子電池模塊於2016年12月在關鍵的熱失效增長試驗中損壞。之後電池模塊進行了重新設計以提升容量並於2017年12月通過測試。2018年4月，Bye航宇公司的電推進「太陽鳥2」飛機安裝由電源系統公司（Electric Power Systems，簡稱EPS）的電池完成了首次飛行，其電池設計就借鑒了X-57項目的經驗。「太陽鳥2」及其電池系統按FAA取證要求設計。NASA X-57項目主管肖恩·克拉克（Sean Clarke）表示，該雙座飛行器在NASA X-飛機之前成功首飛，表明項目獲得的經驗是有價值的。NASA綜合系統研究計劃（ISRP）主管艾德·瓦格納（Ed Waggoner）承認，X-57項目在NASA航空研究任務部的重要性越來越突出，因為其經驗教訓對電動飛機工業的影響變得更加清晰。目前NASA已批准了X-57項目4個階段的最後Mod 4階段任務，將把X-57轉變為分散式電推進飛機。

電池問題顯著延緩了原先計劃的快速驗證的進程，重新設計電池損失了1年時間。現在首個系統單元即將交付給縮比復材公司（Scaled Composites），後者將其集成到改裝的泰克南P2006T飛機上，進而產生X-57。克拉克說，電池已完成了環境試驗，這是交付給集成工廠前的最後試驗。Joby Aviation公司2017年已向NASA阿姆斯特朗飛行研究中心交付了3套巡航電機，並在裝配最後一對。他表示電機正進行驗收試驗。基於現有60千瓦電機的經驗，NASA正試圖簡化驗收試驗，目前該試驗已在阿姆斯特朗「天空伏特（Airvolt）」露天試驗台進行了80小時的耐久性試驗。克拉克稱，電機試驗沒有發現大的問題，因此計劃減少試驗規模到五分之一，這樣能更快的進入系統測試，進而觀察電機與電池電力配合駕駛艙飛行員的情況。

電動機在「天空伏特」試驗台上進行耐久性測試過程中，採用泵吸經調節溫濕度的空氣對電機進行製冷。

完成飛行器集成將使主承包商ES Aero領導的團隊開始飛機的地面試驗。該試驗將在縮比復材公司進行，最終將完成一項電池提供30分鐘全功率的任務試驗。之後X-57將轉移給阿姆斯特朗開始驗證與確認活動，包括失效模式與影響試驗。克拉克稱地面試驗將持續數月時間，預計X-57將在明年進行試飛。目前，縮比復材公司正將X-57變成Mod 2構型，將P2006T的2台Rotax活塞發動機拆除，用電機代替。儀錶板右側正在安裝新的電推進指示器。一個帶儀錶系統、變距螺旋槳控制器和多功能顯示控制器的台架設備將安裝到飛機上，該裝置已由ES Aero完成環境試驗，正在實施安裝。雙余度電池系統將安裝在機艙內，與原先8個模塊、每個模塊有640個鋰離子電池的布局不同，新電池將包括16個每個320電池單元的模塊。電池組級別的能量密度基本不變，但重量減少一半、更換起來更容易。

阿姆斯特朗飛行研究中心的工程師正在使用X-57工程模擬機為後續試飛做好準備，該機是近20年來NASA的首型有人駕駛X驗證機。

按此布局完成飛行後，飛機將改裝成Mod 3構型，安裝上新的面積更小的大展弦比機翼。巡航電機將安裝到機翼末端，為翼尖安裝的螺旋槳提供動力，該布局將提升推進效率。NASA正為Mod 2模型採購18個電池模塊，然後將為Mod 3改進設計，這樣就不用擔心電池用壞。電池模塊採用被動製冷，飛行前電池將在機庫製冷到10度，然後飛機在清晨移動到室外、飛行約1個小時。預計飛行結束後電池溫度將達到40度或更高。雖然Mod 2電池組將為所有三個階段的試飛提供足夠動力，為Mod 3進行模塊重新設計將提供更高能力和使用靈活性。

X-57 Mod 3構型採用的大展弦比機翼將為Mod 4構型前緣高升力螺旋槳預留模擬短艙

Mod 4階段將在Mod 3大展弦比機翼前緣增加12個高升力螺旋槳，Mod 4工作目前處於初步設計評審（PDR）前的階段。PDR將很快進行，關鍵設計評審（CDR）將在6個月後。機翼前緣螺旋槳將增大機翼升力，項目目標是驗證分散式電推進可降低因機翼面積減小增加的失速速度，達到與原始的採用更大機翼、通過FAA認證的P2006T一樣。NASA已明確了高升力螺旋槳、電機和控制器的詳細說明，NASA格林研究中心的廣義智能電機控制（GIMC）被選中作為控制器架構。Mod 2階段將消除X-57的所有電使用風險，能承擔一個電池組、推進匯流排、電機控制器或電機線圈的損失。採用大展弦比機翼和翼尖巡航螺旋槳的Mod 3階段將驗證X-57的能源消耗降低5倍的目標。Mod 4階段將驗證開發一種可通過認證的分散式電推進飛機是可行的。

（航空工業發展研究中心 吳蔚）

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本篇供稿：系統工程所

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