美國航空航天局（NASA）在研制X-57項目時遇到了電池組超重的難題，但是該項目的其他系統(tǒng)研制進展還算順利。與此同時，大型航空制造商紛紛看好電動飛機未來的發(fā)展，并開始著手啟動相關項目研究。
今年6月8日，在美國科羅拉多州丹佛舉行的美國航空航天學會（AIAA）2017航空年會上，美國航空航天局（NASA）X-57項目首席研究員Sean Clarke講到，電池問題已經成為X-57項目迄今為止遇到的最大挑戰(zhàn)。雖然電池組能夠提供47kW·h的能量，但是重量接近408.6kg，比設計目標超重了10％以上，這幾乎用盡了當初設計時預留的增重空間。
NASA遭遇電池超重問題
在去年12月的一次地面測試時，電池組曾發(fā)生過熱失控故障。因為電池組在機艙內的安裝位置就位于飛行員座椅后面，為了確保安全性而更改了設計結構，這也是電池組增重的部分原因。
電池系統(tǒng)包括8個模塊，每個模塊由圓柱形鋰離子電池組成。在一次地面試驗中，研究人員故意在其中一個電池中引發(fā)短路，以驗證故障不會影響整個電池模塊。但不幸地是，試驗證明故障‘傳染’了所在的電池模塊。按照行業(yè)指導原則，電池組在設計時要在電池之間留有一定的縫隙，可是試驗表明這一措施并不奏效。為此，項目組從NASA約翰遜航天中心引入了專業(yè)的技術，該中心在國際空間站和“獵戶座”飛船上使用相同類型的電池組。
約翰遜航天中心的工程師告訴X-57項目組，他們需要設計一個蜂窩狀鋁結構，以便將電池插入其中。這樣可以將單個電池失效產生的熱量分散掉，并且還可以防止其從圓柱形電池模塊的側面“燒穿”電池。但是按照這樣的設計，電池的能量密度會成為一個挑戰(zhàn)，那就是電池組的重量在增加的同時，電容量卻減少了。
ESAero公司是X-57項目其他系統(tǒng)的主承包商，目前該公司負責的系統(tǒng)的研制進展比較順利。Clarke表示，Joby巡航電動機在地面測試中表現(xiàn)良好?！八墓β试６群艽?，因此為了減輕電動機重量我們降低了一定功率?！?/p>
460V直流電動推進系統(tǒng)包括雙冗余電池組、接觸器、牽引總線、轉矩控制器和電動機。每臺電動機都有兩個獨立的可控三相線圈。Clarke指出，如果飛機在試飛過程中出現(xiàn)電動機失效，飛行員將嘗試在加利福尼亞州愛德華空軍基地附近干燥的湖床上進行無動力降落。
雖然縮尺復合材料(Scaled Composites)公司將一架泰克南P2006T輕型雙發(fā)飛機改裝為所謂的X-57“Mod II”——電動機安裝在與原始活塞發(fā)動機相同的位置，但是Xperimental公司已經開始制造Mod III機翼，其具有更高的展弦比，巡航電動機改為安裝到翼尖位置。該公司建立了一個輔助無線電控制模型，以評估配裝小型Mod III機翼的X-57飛行器的穩(wěn)定性、控制和操控質量。Clarke講到：“我們從中學到了很多東西，根據(jù)試驗結果，減少襟翼尺寸和增加副翼尺寸已經被納入到機翼設計中?！庇捎诓荒鼙ＷC電力系統(tǒng)不會發(fā)生故障，X-57項目組正在對無動力構型的X-57 Mod III進行風洞試驗，以確保其能夠可靠地以滑翔機方式安全降落。
NASA飛行演示和能力項目經理Brent Cobleigh認為，使用電動推進系統(tǒng)，將機翼展弦比從P2006T的8.8增加到15，并將巡航螺旋槳重新定位到翼尖渦流中，所有這些措施將有助于實現(xiàn)NASA降低高速巡航（281.75km/h以上）時能量消耗的目標。
小型機翼為適應巡航飛行進行了優(yōu)化，降低了Mod III的失速臨界速度以便可以更加安全地起飛和降落。X-57的機翼前緣將安裝12個小型電動螺旋槳，通過向機翼和襟翼吹風，增加低速飛行時的升力。按照計劃，這種分布式電力推進（DEP）構型將在X-57項目的Mod IV階段進行試飛。同時，在沒有安裝電動機和折疊螺旋槳的情況下，Mod III機翼將與DEP短艙一起試飛。雖然該階段試驗還沒有獲得NASA的經費支持，但今年夏季NASA計劃審議這一階段的預算申請。
航空業(yè)對電動飛機的態(tài)度轉變
IDTechEx研究院在今年3月發(fā)布的一份報告認為，到2027年，有人駕駛電動飛機行業(yè)將達到60億美元的市場規(guī)模，因此各家航空制造商紛紛行動起來。電動飛機的發(fā)展步伐落后于電動水陸交通工具的發(fā)展。例如，純電動小型汽車首先出現(xiàn)，然后在50年后首個載客級電動船舶和電動轎車分別問世?；旌蟿恿︼w機必須能夠適應更長的飛行距離和更嚴格的工作周期，也只有做到這些才能獲得像樣的投資。IDTechEx指出，由于市場需求不是很強烈，再加上飛機行業(yè)的監(jiān)管更加嚴格，因此某種程度上造成混合動力技術進步緩慢，現(xiàn)在隨著大型企業(yè)紛紛投入其中，電動飛機的研發(fā)速度為之一變。
GE公司董事長兼首席執(zhí)行官杰夫·伊梅爾特（Jeff Immelt）表示：“如果真的認為電動推進將在10年或20年內發(fā)生，那么你需要從現(xiàn)在起開始行動?！苯衲?月，伊梅爾特在紐約接受航空周刊記者采訪時并沒有詳細說明GE的投資內容，但他的言論證實了他的“數(shù)字工業(yè)”公司的意圖。GE公司的管理層最近一直在談論電動發(fā)動機。伊梅爾特提出由軍方推動電動推進應用的速度，特別是在無人機動力方面。在此之前，GE航空集團商用發(fā)動機銷售總監(jiān)比爾·布朗（Bill Brown）在圣迭戈舉行的國際運輸飛機交易協(xié)會（ISTAT）美洲會議上曾表示，GE設想的電動混合動力和多個小型電動機嵌入機翼的方案在2030年左右會投入使用。
波音公司似乎同意GE的觀點。波音公司的“地平線X”基金會與捷藍技術投資公司合作，收購了位于華盛頓州柯克蘭的Zunum Aero公司，該公司致力于油電混合動力飛機的研發(fā)。Zunum公司計劃使用搭配電池、涵道風扇和渦輪發(fā)動機的混合電動推進方式。
波音公司的所作所為或許是受其競爭對手空客公司的啟發(fā)。2016年，空客公司就在研究多人制飛機電動操作概念，即所謂的CityAirbus飛行器，該機具有多個螺旋槳，并且其基本設計類似于一架小型無人機?？湛凸颈硎荆妱语w機結合自主操作和數(shù)據(jù)驅動的商業(yè)模式，可能預示著未來數(shù)十年內航空業(yè)最大的變革。
2016年夏天，聯(lián)合技術航空系統(tǒng)（UTAS）總裁戴維?吉特林（David Gitlin）表示，電力、智能和集成飛機系統(tǒng)受到越來越多的關注，將有助于UTAS在2020年前保持6％的復合增長率。作為這項投資的一部分，UTAS在開發(fā)各項先進技術和測試實驗室建設上投資了大約5億美元。吉特林表示，不管是用10年、20年還是30年時間，電動推進都會投入實用。它將首先從通航小型飛機開始，然后逐步應用到商用飛機上。作為電力系統(tǒng)供應商，UTAS將繼續(xù)投資于潛在的可行性技術。能夠產生更多的電力并將其配送到整架飛機上；需要經常將電源從交流轉換為直流；能夠存儲更多的電力，這些因素對電動飛機是至關重要的。
西門子公司和空客公司于2016年同意共同集合200名工程師進行電動推進項目的研發(fā)。IDTechEx的分析師認為，這與豐田公司在20年前分配給混合動力汽車業(yè)務的資源相當，而這也奠定了豐田公司今天的商業(yè)成功。豐田公司目前每年的電動汽車、電動公共汽車和電動叉車的銷售額超過200億美元，而本田和寶馬公司也同樣取得了成功?！笆聦嵣希雀韬湍槙紖⑴c到電動汽車和電動飛機的開發(fā)上，蘋果公司也有興趣，所以現(xiàn)在是混合動力行業(yè)的覺醒時刻。”
分析人士指出，符合道路交通法規(guī)的太陽能汽車將于2018年由德國索諾汽車公司（Sono Motors）上市銷售，而中國的漢能控股集團在2016年展出了里程更遠的車型，該車計劃在2020年投產。臉書的泰坦無人太陽能飛機將一次飛行長達5年時間……這些和其他突出的技術進步都將有利于有人駕駛電動飛機的研究。