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原标题:日本组建电动飞行器产业联盟,JAXA指引日本航空

浏览次数:197 时间:2020-01-06

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中国航空报讯:日本在民用航空研究方面的投资尽管与空间系统支出相比不算多,但在支持本国航空航天工业方面取得了坚实的成果。但航空业正在发生变化,日本航空航天局正在研究如何适应这种变化。

日本宇航局和工业界已经组建了产业联盟,负责开发电动飞机技术,并为航空界创新提供孵化环境,刺激航空市场增长。

日本对现有航空产业的支持仍在继续,但JAXA正密切关注新兴领域,如飞机电气化、集成仿真、先进材料和人工智能,以及这些技术如何融合,以开拓新市场。日前,JAXA正在加强数值模拟、复合材料和推进等方面的基础研究。JAXA已经创建了一个部门,负责包含航空各个方面的系统级研究,JAXA航空创新中心正在进行排放等领域的多学科研究。

JAXA此次组建的产业联盟全名为飞行器电气化挑战联盟,由JAXA牵头,联合日本石川岛播磨重工业公司、川崎重工业公司、斯巴鲁公司、日立公司、三菱重工航空发动机公司、三菱电机公司以及日本经济贸易与工业部共同推出。

JAXA支持日本工业界参与国际项目最明显的例子就是发动机市场。以石川岛播磨和川崎重工 为首的公司是通用电气、普惠和罗罗等公司生产的商用涡扇发动机的风险分担合作伙伴,他们参与低压系统研制。日本为国际航空发动机公司V2500发动机提供低压转子是建立在20世纪70~80年代在FJR项目下开发的技术基础上。

JAXA表示,ECLAIR联盟主要有两个目标:一是开发创新的电力技术,以减少二氧化碳排放和航空对环境的其他负面影响;二是为工业界内部的创新提供孵化环境,以刺激日本国内航空领域呈指数级增长。

2015年,JAXA启动了aFJR项目,以期在高效轻质风扇和低压涡轮技术方面更进一步。aFJR的目标是提高风扇空气动力学效率至少1%,并减少发动机整体重量约10%。该项目将验证层流风扇、碳纤维空心叶片和轻质金属盘以补偿超高涵道发动机风扇直径的增加,以及耐热陶瓷基复合材料 叶片,以减轻驱动更大风扇的低压涡轮重量。作为aFJR的后续,JAXA已经启动了En-Core先期项目,以验证高压部分的技术。目标是通过扩大对发动机核心机的参与,使日本工业界的市场份额超过目前的6.6%。En-Core将专注于两种技术:一种是极低氮氧化物排放的贫油燃烧室,另一种是高温、高效、高压涡轮。

ECLAIR联盟由JAXA航空技术理事会的下一代航空技术创新中心牵头,将成横跨政府、工业界和学术界之间的合作平台。我们的目标是开发零排放或纯电动飞机,仅产生最低的二氧化碳排放量。JAXA表示。ECLAIR联盟根据未来电动飞行器发展的共同愿景,落实政策,指导技术发展。一个推广宣传该联盟相关举措的公共论坛计划于12月举办。

JAXA还启动了DANTE项目, 以改进设计和分析技术,为国际联合开发低二氧化碳排放的下一代发动机做准备。JAXA表示:我们的目标是展示下一代喷气发动机的概念,使燃油效率比最新一代发动机提高2%。此外,DANTE还将开发小核心超高涵道比发动机的高性能多级高压压气机技术,目标是在稳定的工作范围内达到所要求的气动性能。该项目还将设计一个进气口, 以有效抑制下一代发动机较短短舱的噪声。DANTE项目还将推进碳纤维多尺度分析和CMC失效模拟技术,开发用于未来发动机的复合材料旋转部件设计所需的疲劳寿命预测能力。

JAXA表示,为了确保联盟所带来的技术发展取得应用,ECLAIR将与监督日本航空产业政策的经济贸易与工业部密切合作,该部也计划利用这一产业联盟提高日本工业的竞争力。

JAXA在关注传统燃气轮机技术的同时,也将目光转向飞机电气化。在2012年至2015年的Feather项目下, 该机构使用锂离子电池和1台4冗余度电动机驱动的钻石HK36电动滑翔机进行了试飞。该有人驾驶验证机可以通过使用螺旋桨和电动机作为再生空气制动系统来控制下降速度。2019年, 在与德国航空航天中心的联合项目下,JAXA的多路复用电动机系统将在HY4上进行飞行测试。

2014~2015年间,JAXA试飞了一架改装使用电池动力的轻型飞机,以证明电力推进的可行性。改装后的电动滑翔机采用60千瓦发动机,同时还使用螺旋桨在下降时产生的再生电力。

在Feather项目之后,JAXA于2015年启动了零排放飞机项目。JAXA试图用高效、低排放的发电机替代涡轮发电机,这种发电机将固体氧化物燃料电池和燃气轮机结合在一起。涡轮燃烧喷气燃料以产生SOFC所需的高温运转温度,SOFC燃烧氢气发电。

对于大型飞机,JAXA还对混合动力推进系统进行了研究,该系统具有更高的效率和超低碳排放,它主要采用了液态氢燃料和燃料电池/燃气轮机联合循环发动机驱动高效发电机作为动力源。

从更近期的角度来看,JAXA在2018年7月份与IHI、KHI、斯巴鲁、日立、三菱和日本经济产业省合作,发起了飞机电气化挑战联盟。Eclair的目标是在短期至中期实现小型飞机电气化,远期实现客机电气化,并计划在2018~2024年开发对两种飞机都至关重要的技术。

日本航空工业潜在的国际合作另一个领域是超声速民用运输。JAXA已经提出了1个36~50人的小型超声速客机概念。该机巡航速度为1.6马赫, 航程超过3500海里。但业界希望在此过程中发展起来的技术将使工业界能够首先开发超声速喷气公务机。

日本的超声速运输研究领域包括减少超声速运输机的声爆、起飞和着陆噪声、阻力和重量。2015年,亚尺度静音超声速概念模型在瑞典进行了高空抛放测试,验证了JAXA的低声爆设计理念。JAXA将继续研究超声速自然层流机翼以减少阻力,以及可变发动机喷嘴以减少机场噪声。

日本的超声速研究为制定民用超声速飞机机场噪声和声爆认证标准的国际努力提供了数据。为此,JAXA于2017年与法国的Onera和德国的DLR签署了一份为期3年的协议,三方将合作进行声爆研究。此外,JAXA已经与美国国家航空航天局合作, 而欧洲正与俄罗斯合作。

JAXA的亚声速研究包括Fquroh项目。在这个项目中,JAXA对起落架和后缘襟翼降噪装置进行了飞行测试,以减少进近噪声。

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