NASA這五項新想法中 你認為哪項最靠譜？

大名鼎鼎的NASA今年又出新「花招」啦,五大新穎的ideas:超高效低發射航空動力、多部件小巧電動機、高效鋰氧電池、展向自適應機翼、輕質共形天線,將引領航空領域的一場變革!讓我們拭目以待……

美國國家航空航天局(NASA)將在今年組織航空隊實施五項新的想法。截至目前,沒有人知道這些想法能否成功實施,但美國宇航局將進行嘗試,如果他們中的任何一個成功,有望使得人類的生產生活更加便捷,我們的地球更加美好。

這是最近選擇的五個航空相關技術背後的總體思路,作為NASA正在進行的未來兩年融合航空航天解決方案研究的一部分,面世僅第二年,但在未來的兩年中,將會進行一系列深入的研究。

研究人員將研究一種新的燃料電池,並運用3D列印技術提高電動機的輸出,通過鋰-空氣電池儲存能量和改變飛行中機翼的形狀以及在採用輕質氣凝膠製備新天線設計的基礎上開發出一種新的飛行機制。

「除了我們在2015年已提出的觀念之外,這五個創新的觀念都有望能幫我們解決在航空領域面臨的一些挑戰。」 NASA的經理Doug Rohn針對航空理念變革項目說道。

這些挑戰包括減少燃料的使用,減少航空對環境及機場周邊的雜訊污染,以及隨著世界各地空中交通的普及造成的空間擁堵。有很大的可能和去年一樣,在研究完成後發現由於技術、成本、物理定律等原因,該項研究是不可行的。至少目前為止無法達到預期目的。

「但是失敗是我們的選擇嗎?這取決於你對失敗的定義。我們要思考的是我們的觀念是否是可行的。一個成功的可行性評估確定的是我們的觀念是否可行」Rohn說。

今年選擇的可行性研究的五個理念包括如下:

NASA的研究人員正在研究使用一種新型的燃料電池,從標準的航空燃氣中獲得氫氣,從空氣中獲得氧氣,並將這兩個元素結合發電,供應全電動或混合動力電動飛機所需的電力。

1、FUELEAP: 發展超高效低排放航空動力

該理念是指能否有新的燃料電池可為電推進式通用航空尺寸的飛機提供動力。

燃料電池通過氫氣和氧氣的結合產生電力,它從二十世紀六十年代中期的雙子星計劃起就成為NASA載人航天計劃的重要組成部分。通常情況下,氫氣和氧氣被製成超冷液體存儲在飛機上,這需要複雜且昂貴的儲罐和管道,而這對於小號的單引擎飛機來說是不實用的。

研究人員將研究一種燃料電池系統,該系統能夠從標準的碳氫化合物航空燃氣中獲得氫氣,從空氣中獲得氧氣,然後將氫氣和氧氣結合起來發電。從這個過程中排出的產物也將通過渦輪機來增加能量輸出。

相對於將燃料直接放在一個標準的活塞發動機中燃燒,燃料電池可以更高效地產生能量,從而節省燃料、降低排放。這樣的系統也可以用於現有的機場,因為它不需要任何昂貴的新設施或設備安裝。

它不會像這樣工作,但NASA的研究人員正在探索使用3D列印技術去製造更輕、更強大的零部件,通過組裝創建出一個更強勁的電動機。

2、加快增材製造創新電動機

為了實現在未來十年乃至更久的綠色航空研究目標,NASA考慮了相關的所有因素,而全電動和混合動力電動飛機則提供了有效的解決方案。

但除了與發電和蓄能相關的挑戰外,研究人員還希望通過轉動螺旋槳或風扇產生推力來提高電動機的功率密度(為了衡量一個電動機的尺寸和質量的關係,我們提出了功率的概念)

這裡解決的問題是隨著3D列印功能越來越強大,可以生產出更加輕便、體積更小的電動機零部件,將這些零部件組裝在一起從而生產出功率密度更高的電動機。

3、LION:鋰氧電池用於NASA電動飛機

限制電動飛機被廣泛使用的一個障礙是如何使電池儲存足夠的能量,即使是小型飛機短距離內飛行。一個潛在的解決方案是使用電池中具有高的理論存儲容量鋰-空氣(Li-Air)電池(也稱鋰氧電池)。

鋰-空氣電池被譽為「會呼吸的電池」。 這意味著,當電池能量耗盡時,氧氣進入電池內部與鋰離子發生反應,而當電池充電時氧氣被排出。

遺憾的是,標準電解質(保證電池正常工作的內部材料)在鋰-空氣電池使用過程中被快速分解,使得電池的壽命只有幾個充放電循環。

研究小組人員將調查設計的可行性,使用新穎的、超穩定、耐分解的電解質,從而增加電池的續航時間,延長飛機的飛行距離。

NASA的研究人員正在研究一種機械方法,使得飛機在飛行過程中擺動機翼,從而可以縮小機尾尺寸,減少燃料的使用和排放。

4、自適應的機翼翼展

我們通常使用更多的燃料、排放和雜訊來有效減少垂直尾翼的尺寸。

尾翼的大小基於飛機起飛或著陸期間發動機發生故障時飛機依舊能停在機場跑道上而設計的。一旦飛機在巡航高度,較大的尾翼只是造成了燃料的浪費以及阻力的增加。

一個潛在的解決方案是設計飛機的機翼尺寸,飛機兩端外露的機翼部分能在飛機起飛或著陸期間通過向上或向下摺疊形成一個方向舵,從而減小垂直尾翼尺寸。

我們現在面臨的挑戰是如何最好地完成硬體移動這一機械任務。我們需要解決的問題包括如何最有效地在加入常規執行器以及其他更加新穎的東西之後依舊設計得的小巧輕便?

如上圖所示,研究人員將研究並使用結實但質輕的氣凝膠作為共形天線的基礎,通過天線可以將信號發射到載有無人機系統的車輛彎曲表面。

5、超視距通信的輕質共形天線

其中一個挑戰是如何控制載有商用無人機系統的車輛或無人機的增長,目前的解決方案是讓其在國家空域系統中飛行,使得所有這類飛機在陸基飛行員運營商的視野內通過無線線路進行操作。

一個潛在的解決方案是通過一個基於衛星的跟蹤系統來傳遞指令和控制通信,但相關的天線系統體積較大,安置於飛機表面會增加飛行阻力,加劇燃料的使用和排放。

研究人員希望通過部署撓性天線來實現衛星通信,由質輕且較薄的氣凝膠做其基底,可緊貼飛機輪廓,從而減少阻力及燃料的使用和排放。

該天線的一個主要特點是可以往特定方向發射信號,從而保證了與衛星的緊密聯繫,同時最大限度地減少飛機飛行高度較低時來自地面的干擾。

今年入選的五個研究團隊表示他們的研究人員分別來自弗吉尼亞州、加利福尼亞州和俄亥俄州的NASA航空中心的不同的技術部門。每項研究都涉及多學科,包含多個中心,直接關係到解決一個或多個NASA航空戰略研究目標,所以做這些在某種程度上是在推動國家的最先進的航空變革。在競爭激烈的環境中,一些團隊針對其研究的技術進行了為期兩天的演講,就如同企業家進行投資時的經歷那樣。

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