现在大家关注比较多的,是我国的下一代水面舰艇会不会采用全电推进技术,但有没有人想到,我们的六代机会不会是全电飞机呢?
你别说,还真有这种可能性。
这幅图来自于歼-20副总师、成都飞机设计研究所总师王海峰院士的论文,讲的就是未来高性能战斗机的全电架构。
其实,跟舰艇的全电推进技术一样,飞机的全电架构也是高效利用能源。
我们先来看看传统的飞机,其能源是如何使用的。
这幅图也是来自于王海峰院士的论文,大家都知道,飞机所需的能源主要来自于发动机。传统上发动机附件机匣提取的轴功率经过飞机附件机匣转化分配后为飞机平台提供能源,机载供电系统通过发电机从飞机附件机匣提取轴功率,转化为电能以支持机载用电设备运行;机载液压系统通过液压泵从发动机附件机匣提取轴功率,转化为液压能以支持舵机等液压作动设备运行;机载环控系统则直接从发动机压气机引气,通过换热器、涡轮等部件转换为冷空气以支持座舱和电子设备冷却。
那么,全电架构则完全不同了,它是使用电力作动取代液压、气压和机械作动,随之而来的好处表现在多个方面:
一是使得能源得以高效利用。
传统飞机上电能、液压能和气体能源等并存的混合能源架构,各类能源往往无法互相转换,总的能源需求只能通过简单峰值叠加。全电飞机能够通过能源形式的转换,满足任务不同阶段的高能源需求。例如在超视距攻击阶段,飞机优先使用传感器争取先视先射,快速改变机动状态的需求不强,可集中向雷达、电子战等系统供电,而作动器只需少量电能驱动。而在导弹规避阶段,跟踪目标的优先级大大降低,可减少对雷达的供电,而把大部分电能转换为电液作动器的液压功率,驱动舵面快速偏转,急剧改变机动状态。
以美国的F-22为例,其液压功率达560kW,如在能飞行任务的大部分时间中,将部分液压功率替换为电能使用,可使全机可用电能倍增。
仅这一点就能看出,全能飞机对能源的高效利用有多厉害。
二是可显著降低发动机外廓尺寸。
全电架构飞机能够取消飞附机匣和发附机匣,采用嵌入发动机的起发电机,通过功能复用实现发电机与起动电机的一体化设计,可显著降低发动机外廓尺寸。
三是全电架构可降低对飞机机体空间的需求。
发动机外廓尺寸变小了,自然就会降低对飞机机体空间需求。
另外,全电架构飞机通过取消高温、高压管路,可优化飞机的空间布局,并使热源和液体防护变得更为简单。
四是可减小系统重量和体积。
全电架构使得能源类型纯粹,简化了机载系统的复杂程度和系统规模,减轻了系统重量和体积,更重要的是全电架构状态监测方便、系统灵活可控,在实现面向能量优化的能源管控策略时具有天然的优势。更进一步,由于能源体制的统一,存在更多功能复用的可能,可以从物理层面进行综合设计,从而减小系统重量。
飞机的每一寸空间都是宝贵的,减重更是以克计算,所以,全电架构对于未来高性能战斗机而言,意义重大。
最后强调一下,我们所说的全电架构,针对的是未来高性能战斗机,不是指现在的电动无人机,这完全是两个不同的领域,技术难度存在天壤之别。
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