中国版“鱼鹰”要来了？动力很科幻，比美国设计更大胆！
2019-10-15 08:28:00
正在天津举行的直升机展会上，直-20成为了耀眼的明星。但除了直-20，这届直博会还有很多亮点。
航空工业的室内展区首次公开了一款新概念飞机——电驱动多桨倾转高速旋翼飞行器（E-T-Potors）——的概念模型，外观非常奇特，最大速度超过600公里/时，远超常规直升机。
这款新飞机采用前后双翼布局，机翼和螺旋桨可以在水平和垂直方向变换，以此实现垂直/短距起降和水平高速飞行，类似于美国MV-22“鱼鹰”倾转旋翼机。
但不同的是，这款新飞机并不是传统涡桨或涡轴发动机，而是新颖的分布式多桨电驱动技术，前后机翼前缘均匀排列了共16个电机螺旋桨。
不过，在16个螺旋桨中，有12个只在起降的时候使用，在飞行状态中，这12个螺旋桨的桨叶会折叠起来，以减轻飞机飞行时的阻力。
老实说，虎哥刚刚看到这个设计时，还是觉得既震撼又有些不靠谱的，这么多螺旋桨堆到一架飞机上，不是开玩笑吗？
但是细细品味它的设计思路，发现事情并不是想象的那样不靠谱。
这款电驱动多桨倾转高速旋翼飞行器，对标的就是美国的V22“鱼鹰”飞机。
我们知道“鱼鹰”兼具直升机的垂直起降能力，又有固定翼飞机的高速大航程和较强的运载能力，其性能越来越被美军重视，并且在实战中也充分证明了自己。
和许多人的固有印象不同，“鱼鹰”的安全性很高，远远超出直升机，每飞行小时的事故发生率只有海军陆战队其它飞机的一半，它已经是美军最安全的旋翼机。
既然“鱼鹰”性能如此好，为何世界其它国家没有发展同类型的旋翼机呢？
其实并不是其他国家不想发展同类型的旋翼机，实在是“臣妾做不到啊！”
实际上，鱼鹰的倾转旋翼设计太复杂了，尤其是机械传动部分，机身上的可动部件之多，堪称飞机之最；
不但主翼可以旋转，吊舱可以倾转，连旋翼叶片也可以折叠。所以制造、装配、保养的难度都很大。
也就是说，如果工艺不过关，“鱼鹰”这种倾转旋翼机造出来那就得成为“寡妇制造者”。而目前能有这个技术水平的，全世界也就美帝这一家。
那么，有没有什么方法可以绕过这一套复杂的机械传动系统，也能做到鱼鹰的性能呢？
有的，答案就是电驱动。因为电驱动的优点就是结构简单，每个螺旋桨都有一个单独的电动机，只要有电源、控制装置就能操作，无需复杂的机械传动系统。
即便螺旋桨有16个之多，也能毫无困难地进行实时控制。
此外机翼的倾转应该也是采用的电驱动，因为只需在一个固定轴上转动，结构也比较简单。
当飞机起飞升空后，机翼慢慢恢复水平位置，获得向前的速度后，为了节能，就关掉多余的螺旋桨，采用翼尖四个螺旋桨推进，平飞速度能达到每小时600公里
实际上，得益于现代电机和控制技术的发展，分布式多桨电驱动是近年来兴起的一门新技术。
相比常规发动机，分散布置的电驱动力可以更好地适配飞机的气动外形和结构受力，在推进效率方面可能会更好；
噪音、能耗和排放也可能更有优势，很适合低空慢速飞行器，是当前航空界最具发展前景的几个探索项目之一。
不光是我国，就连美国也在进行相关的研究。
美国NASA官网于今年9月26号宣布，美国“X系列”技术验证机的最新型号X-57已经完成了机翼测试。
X-57专门用于测试分布式多桨电驱动技术，9.6米长的复合材料机翼上共装有12个较小的电机螺旋桨；翼尖还有两个较大的螺旋桨，产生推力的同时抵消部分翼尖涡流，可减少5%的阻力。
整个大展弦比机翼都被螺旋桨气流覆盖，产生非常好的额外增升效果，失速特性也大为改善；反过来主翼尺寸面积和重量也得以大为减小，从而进一步减小摩擦阻力。
飞控系统可以灵活调整动力分配，甚至在某些巡航状态下，可以关闭部分发动机并折叠旋翼。
分布式电推布局还有一个好处，就是安全冗余更高。传统飞机一台或两台发动机集中布置，一旦故障或受损就损失大半动力；而分布式安装多台小发动机也分散了风险。
当然，不对称推力情况下外翼段的发动机也会产生更大的偏航力矩，对飞控系统的要求很高。NASA曾改装一辆卡车在盐湖飞奔，摸索相关技术。
当然了，电驱动有上面所说的这一系列的优点，同时也会有很多的缺点，接下来我们就来说一说这一设计的局限性。
首当其冲的当然是能源问题，如果要实用化，用蓄电池为动力就比较勉强，目前世界上已经研发的蓄电池，其能量密度都远远小于同质量的化石燃料。
以色列推出过一款名叫“爱丽丝”的全电动力飞机，它搭载了一块900千瓦时能量的锂电池，充满电之后可以飞行1037公里，时速只有每小时407公里，这架飞机包括驾驶员在内，只能坐11个人。
900千瓦时的蓄电池已经极其巨大，等于10几辆特斯拉轿车的总电量。不过折算成汽油，还不到80公斤。
所以以目前的技术条件来看，采用电驱动的旋翼机为了保证正常飞行，这款电驱动飞机的动力很可能采用燃油发电，再由电机驱动螺旋桨。
这样的结构虽然绕开了“鱼鹰”复杂的机械传动系统，但是这套电力推进系统的难度也不小。
电驱动要想达到足够旋翼机使用的大功率，那重量尺寸可就大了去了，想要让其体积缩小的同时不减少功率，这是一个大难题。
▲美国DDG1000驱逐舰36兆瓦的电动机重72吨，哪怕等比例降到3.6兆瓦，也要7.2吨重。美国UH-60黑鹰是2.3兆瓦的功率，起飞重量不过10吨。
如果本身死重太大的话，对于飞机运载能力和航程会有影响，能不能赶上“鱼鹰”，也要打个问号。
毕竟“鱼鹰”可以运载32人或者15000磅物资，还能飞1600多公里，带上副油箱的转场航程近4000公里，这才是它的硬实力。
如果电动的倾转旋翼机不能解决航程和运输两大痛点，只是具备垂直起降和高速的能力，那么它的实用性会大打折扣。
不过这种新的设计思路，是肯定没有错误的，实际上，现在在运输装备方面，电驱动已经是未来的一个趋势，以我国来说，不光是这款电驱动的旋翼机，甚至连陆军使用的猛士装甲车，也在研究电驱动。
现在猛士已经出了电驱动版本，四个轱辘装轮毂电机，发动机舱里面还是一台柴油机发电驱动，未来很快就要部队小规模试验了。
言归正传，国内前几年的新概念飞机大赛中，类似的电机倾转飞机就曾亮相过。
在近年来的新概念飞机领域，中国却一直紧跟时代潮流，就像在无人机领域一样，起步虽晚，却起点极高、成果丰硕。
此次航空工业直升机所展示了这款概念飞机模型，相关核心技术应该也处于研究攻关阶段，具有相当的工程可行性基础，可能在未来十年造出技术验证机。
总之，国产直升机已经度过了借鉴仿制的阶段，开启了追踪前沿、创新发展的新篇章。
航空工业的室内展区首次公开了一款新概念飞机——电驱动多桨倾转高速旋翼飞行器（E-T-Potors）——的概念模型，外观非常奇特，最大速度超过600公里/时，远超常规直升机。
这款新飞机采用前后双翼布局，机翼和螺旋桨可以在水平和垂直方向变换，以此实现垂直/短距起降和水平高速飞行，类似于美国MV-22“鱼鹰”倾转旋翼机。
但不同的是，这款新飞机并不是传统涡桨或涡轴发动机，而是新颖的分布式多桨电驱动技术，前后机翼前缘均匀排列了共16个电机螺旋桨。
不过，在16个螺旋桨中，有12个只在起降的时候使用，在飞行状态中，这12个螺旋桨的桨叶会折叠起来，以减轻飞机飞行时的阻力。
老实说，虎哥刚刚看到这个设计时，还是觉得既震撼又有些不靠谱的，这么多螺旋桨堆到一架飞机上，不是开玩笑吗？
但是细细品味它的设计思路，发现事情并不是想象的那样不靠谱。
这款电驱动多桨倾转高速旋翼飞行器，对标的就是美国的V22“鱼鹰”飞机。
我们知道“鱼鹰”兼具直升机的垂直起降能力，又有固定翼飞机的高速大航程和较强的运载能力，其性能越来越被美军重视，并且在实战中也充分证明了自己。
和许多人的固有印象不同，“鱼鹰”的安全性很高，远远超出直升机，每飞行小时的事故发生率只有海军陆战队其它飞机的一半，它已经是美军最安全的旋翼机。
既然“鱼鹰”性能如此好，为何世界其它国家没有发展同类型的旋翼机呢？
其实并不是其他国家不想发展同类型的旋翼机，实在是“臣妾做不到啊！”
实际上，鱼鹰的倾转旋翼设计太复杂了，尤其是机械传动部分，机身上的可动部件之多，堪称飞机之最；
不但主翼可以旋转，吊舱可以倾转，连旋翼叶片也可以折叠。所以制造、装配、保养的难度都很大。
也就是说，如果工艺不过关，“鱼鹰”这种倾转旋翼机造出来那就得成为“寡妇制造者”。而目前能有这个技术水平的，全世界也就美帝这一家。
那么，有没有什么方法可以绕过这一套复杂的机械传动系统，也能做到鱼鹰的性能呢？
有的，答案就是电驱动。因为电驱动的优点就是结构简单，每个螺旋桨都有一个单独的电动机，只要有电源、控制装置就能操作，无需复杂的机械传动系统。
即便螺旋桨有16个之多，也能毫无困难地进行实时控制。
此外机翼的倾转应该也是采用的电驱动，因为只需在一个固定轴上转动，结构也比较简单。
当飞机起飞升空后，机翼慢慢恢复水平位置，获得向前的速度后，为了节能，就关掉多余的螺旋桨，采用翼尖四个螺旋桨推进，平飞速度能达到每小时600公里
实际上，得益于现代电机和控制技术的发展，分布式多桨电驱动是近年来兴起的一门新技术。
相比常规发动机，分散布置的电驱动力可以更好地适配飞机的气动外形和结构受力，在推进效率方面可能会更好；
噪音、能耗和排放也可能更有优势，很适合低空慢速飞行器，是当前航空界最具发展前景的几个探索项目之一。
不光是我国，就连美国也在进行相关的研究。
美国NASA官网于今年9月26号宣布，美国“X系列”技术验证机的最新型号X-57已经完成了机翼测试。
X-57专门用于测试分布式多桨电驱动技术，9.6米长的复合材料机翼上共装有12个较小的电机螺旋桨；翼尖还有两个较大的螺旋桨，产生推力的同时抵消部分翼尖涡流，可减少5%的阻力。
整个大展弦比机翼都被螺旋桨气流覆盖，产生非常好的额外增升效果，失速特性也大为改善；反过来主翼尺寸面积和重量也得以大为减小，从而进一步减小摩擦阻力。
飞控系统可以灵活调整动力分配，甚至在某些巡航状态下，可以关闭部分发动机并折叠旋翼。
分布式电推布局还有一个好处，就是安全冗余更高。传统飞机一台或两台发动机集中布置，一旦故障或受损就损失大半动力；而分布式安装多台小发动机也分散了风险。
当然，不对称推力情况下外翼段的发动机也会产生更大的偏航力矩，对飞控系统的要求很高。NASA曾改装一辆卡车在盐湖飞奔，摸索相关技术。
当然了，电驱动有上面所说的这一系列的优点，同时也会有很多的缺点，接下来我们就来说一说这一设计的局限性。
首当其冲的当然是能源问题，如果要实用化，用蓄电池为动力就比较勉强，目前世界上已经研发的蓄电池，其能量密度都远远小于同质量的化石燃料。
以色列推出过一款名叫“爱丽丝”的全电动力飞机，它搭载了一块900千瓦时能量的锂电池，充满电之后可以飞行1037公里，时速只有每小时407公里，这架飞机包括驾驶员在内，只能坐11个人。
900千瓦时的蓄电池已经极其巨大，等于10几辆特斯拉轿车的总电量。不过折算成汽油，还不到80公斤。
所以以目前的技术条件来看，采用电驱动的旋翼机为了保证正常飞行，这款电驱动飞机的动力很可能采用燃油发电，再由电机驱动螺旋桨。
这样的结构虽然绕开了“鱼鹰”复杂的机械传动系统，但是这套电力推进系统的难度也不小。
电驱动要想达到足够旋翼机使用的大功率，那重量尺寸可就大了去了，想要让其体积缩小的同时不减少功率，这是一个大难题。
▲美国DDG1000驱逐舰36兆瓦的电动机重72吨，哪怕等比例降到3.6兆瓦，也要7.2吨重。美国UH-60黑鹰是2.3兆瓦的功率，起飞重量不过10吨。
如果本身死重太大的话，对于飞机运载能力和航程会有影响，能不能赶上“鱼鹰”，也要打个问号。
毕竟“鱼鹰”可以运载32人或者15000磅物资，还能飞1600多公里，带上副油箱的转场航程近4000公里，这才是它的硬实力。
如果电动的倾转旋翼机不能解决航程和运输两大痛点，只是具备垂直起降和高速的能力，那么它的实用性会大打折扣。
不过这种新的设计思路，是肯定没有错误的，实际上，现在在运输装备方面，电驱动已经是未来的一个趋势，以我国来说，不光是这款电驱动的旋翼机，甚至连陆军使用的猛士装甲车，也在研究电驱动。
现在猛士已经出了电驱动版本，四个轱辘装轮毂电机，发动机舱里面还是一台柴油机发电驱动，未来很快就要部队小规模试验了。
言归正传，国内前几年的新概念飞机大赛中，类似的电机倾转飞机就曾亮相过。
在近年来的新概念飞机领域，中国却一直紧跟时代潮流，就像在无人机领域一样，起步虽晚，却起点极高、成果丰硕。
此次航空工业直升机所展示了这款概念飞机模型，相关核心技术应该也处于研究攻关阶段，具有相当的工程可行性基础，可能在未来十年造出技术验证机。
总之，国产直升机已经度过了借鉴仿制的阶段，开启了追踪前沿、创新发展的新篇章。