全尺寸鋰硫電動垂直起降驗證機(jī)開始飛行測試

王楠/唐山駿楠貿(mào)易有限公司，河北省 唐山市 063000

全尺寸鋰硫電動垂直升降驗證機(jī)開始飛行測試。該機(jī)是一種五座電動起降飛行器，配備36個電動涵道螺旋槳，其目標(biāo)是一次性充電飛行1h，飛行器最高時速300km。

隨著電動垂直升降概念的不斷涌現(xiàn)，總部位于德國該項技術(shù)潮流的前沿，開始了全尺寸五座位成品重量原型機(jī)的試飛。

鋰硫Jet飛行汽車的設(shè)計飛行速度可達(dá)每小時300km，飛行距離可達(dá)300km，速度和航程均高于大多數(shù)正在開發(fā)的其他城市空中交通電動垂直升降飛行器，該飛行汽車正在為城際和城市任務(wù)提供服務(wù)。為了達(dá)到這一性能，這款電池驅(qū)動的飛行器采用了一種不同尋常的組合，包括鴨翼和帶有一排電動涵道螺旋槳的固定機(jī)翼。

鋰硫 Jet在5月4日全尺寸飛機(jī)第一次飛行前不久公布了新細(xì)節(jié)，該公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人丹尼爾·維甘德表示，其他“像貝爾和優(yōu)步這樣的公司正在探討大都市地區(qū)配備本地航班的城市交通，航程可能達(dá)到50km。”他指出，“我們想要的是一個更大的區(qū)域范圍和服務(wù)兩個市場的能力——都市圈和城際市場。”

該飛行汽車上的主要創(chuàng)新是一個綜合推進(jìn)和提升系統(tǒng)，包括安裝在12個傾斜襟翼上的36個電動涵道螺旋槳。在鴨翼的機(jī)翼后緣，每個襟翼上有3個螺旋槳組成，共12個螺旋槳，機(jī)翼上有24個螺旋槳。襟翼向下傾斜，為垂直升降提供向前飛行的推力，使飛行汽車能夠依靠由固定機(jī)翼產(chǎn)生的提升力進(jìn)行飛行，因此，在巡航飛行中使用的動能不到其最大2000hp的10%。

飛行控制是通過一個三冗余飛行控制系統(tǒng)(FCC)來改變襟翼螺旋槳組的推力角和轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。推力角由制動器驅(qū)動，每組螺旋槳都配備一個制動器和變速箱。“所有的制動器都是完全獨立的，所以它們都有自己的總線、電源電路和變速箱，當(dāng)一切正常時，控制律就會以標(biāo)準(zhǔn)方式運行。”丹尼爾·維甘德說，“如果制動器發(fā)生故障被關(guān)閉，飛行控制系統(tǒng)將更改為另一種控制律，這種控制律可在沒有制動器的情況下對飛機(jī)進(jìn)行優(yōu)化控制。”

他說：“我們研究了所有的傾斜機(jī)翼，但我們發(fā)現(xiàn)的最好的配置是我們在過去三年里開發(fā)出來的。”

維甘德補(bǔ)充說，2017年一架最初的雙座演示飛機(jī)的飛行測試很快顯示了這種設(shè)計的優(yōu)勢。“例如，我們花了大約3個月的時間讓飛機(jī)進(jìn)行完全轉(zhuǎn)換飛行(先是將涵道螺旋槳完全向后，然后又回到垂直升降模式)，以及在轉(zhuǎn)換狀態(tài)下繞圈飛行，45°角傾斜飛行等等。其他公司花了大約兩年時間才做到這一點。這并不是因為他們不夠聰明；只是因為他們的一些設(shè)計可能對于這些飛行測試不夠理想。

圖1 鋰硫電動飛行器依靠低阻力、無尾機(jī)身和小直徑涵道螺旋槳，比大多數(shù)其他電動垂直起降概念機(jī)具有更快的速度和更長的航程。(圖片來源：鋰硫公司)

圖2 鋰硫 Jet飛機(jī)由36個電動涵道螺旋槳驅(qū)動，能夠進(jìn)行無人飛行。(圖片來源：鋰硫公司)

圖3 鋰硫公司希望在2024年對這架飛機(jī)進(jìn)行認(rèn)證，并在2025年之前在全球多個城市開始商業(yè)服務(wù)。(圖片來源：鋰硫公司)

“高盤涵道螺旋槳的裝載意味著懸停飛行需要更大的功率消耗，但我們有意以此來制造一架完全適合巡航飛行的飛機(jī)，這就是我們高巡航范圍的來源。”丹尼爾·維甘德補(bǔ)充說，“這種配置還設(shè)法避免了通常由較小涵道螺旋槳產(chǎn)生的較高噪音。”他沒有透露細(xì)節(jié)：“我們已經(jīng)設(shè)計出一種電動噴氣發(fā)動機(jī)，或涵道螺旋槳，可以解決噪聲問題，并保持巡航飛行的優(yōu)勢。因此，這一小型的具有代表性的發(fā)動機(jī)具有更快的速度和更遠(yuǎn)的航程，并且仍然達(dá)到了極具競爭力的低噪音水平。”

這架飛機(jī)的電池總功率超過1MW，使用鋰硫公司開發(fā)的輕質(zhì)電池組中的標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池，單次充電的設(shè)計飛行速度可達(dá)300km/h。維甘德表示，在給電池充電之前，這種飛行器可以進(jìn)行7～8次城市飛行。在登機(jī)或下機(jī)的過程中，可以充電4～5min，續(xù)航60～70km。“如果進(jìn)行長途旅行，你需要花更多的時間在地面充電。不幸的是，用現(xiàn)在的電池充電5min是不可能的，所以一次充電達(dá)到80%～90%需要20min左右的時間。”他補(bǔ)充道。

到目前為止，飛行測試包括前后轉(zhuǎn)換、左右轉(zhuǎn)彎和原地轉(zhuǎn)彎，以及地面和空中反應(yīng)。測試將建立在兩座飛機(jī)版本第一次演示的經(jīng)驗教訓(xùn)上。丹尼爾·維甘德說：“該演示飛行器證明了它在推力矢量控制和機(jī)動性等方面的價值。它還發(fā)現(xiàn)了傳感器和制動器之間的意外交互，同時提供了控制系統(tǒng)耦合和動力學(xué)的數(shù)據(jù)。”

新的原型機(jī)有數(shù)千個傳感器和一個復(fù)雜的測試設(shè)備系統(tǒng)。“第一個原型機(jī)我們只能看到有限的控制權(quán)限和區(qū)域。我們可以預(yù)見推力矢量操縱系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的控制權(quán)限，在這架原型機(jī)上可以看到更多。”丹尼爾·維甘德說。飛行測試項目將包括100多架次，涉及幾架原型機(jī)，這些原型機(jī)將與最初的飛機(jī)類似，但不完全相同。

該公司計劃制造并運營鋰硫Jet空中汽車，作為按需空中出租車服務(wù)的一部分。丹尼爾·維甘德強(qiáng)調(diào)：“我們將在交通運輸服務(wù)中運營這款車，因此我們的商業(yè)模式是銷售機(jī)動性，而不是飛機(jī)。”該公司將不會提供Lilypads——鋰硫公司的工作人員給直升飛機(jī)起降場起的別稱。“我們不打算建造或運營我們自己的基礎(chǔ)設(shè)施——我們只提供服務(wù)，包括飛機(jī)運營、飛行員，同時我們設(shè)計飛機(jī)、運營預(yù)訂服務(wù)等等。”

鋰硫公司已經(jīng)在為基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展合作伙伴。丹尼爾·維甘德解釋說：“我們的愿景是建立一個中立的基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)，允許各種飛行器降落，但這也意味著這里有一個自我發(fā)展的市場，任何人都可以建立一個獨立的著陸平臺或一些入口，并將此融合到我們的服務(wù)中。”

鋰硫公司希望在2024年之前對該飛機(jī)進(jìn)行認(rèn)證，并在2025年之前在世界各地的多個城市開始商業(yè)服務(wù)，不過在某些地區(qū)的試驗服務(wù)將會提前開始。 ■