电气化趋势引发NASA对X验证机计划的重新思考

近年来，NASA创新性地实施了在预算有限的情况下重启载人X验证机的计划，启动了X-57和X-59项目。目前正在考虑2020年后的X验证机方案。

一、NASA先后启动X-57分布式电推进验证机和X-59超声速低声爆验证机项目

NASA的第一步是相对温和的X-57麦克斯韦，这是一种基于轻型通用航空飞机的电推进演示验证机，预计将于2019年试飞。

第二步的计划要大得多:X-59 QueSTT超声速低声爆飞行验证机。该项目在去年11月通过了一个关键的决策点，预计这架飞机将于2022年初试飞。但为了将这架全新的X验证机纳入预算，NASA不得不将该项目分成两部分，在2016年2月授予洛克希德·马丁公司臭鼬工厂初步设计合同，然后通过竞标授予验证机制造合同。洛克希德·马丁最终于2018年4月赢得了研制X-59的2.475亿美元合同。

二、NASA正在考虑下一步X验证机计划，曾考虑聚焦新概念布局

NASA正在构想下一架X验证机，希望在2021财年开始新的计划。随着X-57和X-59的推进，NASA正期待着它的下一个大型X验证机项目。NASA认为自己清楚想做什么，并资助了4家公司提出实验飞机的想法（见本号2016年9月23日文章“【新型布局】NASA授予4家公司研究合同要求提出新构型亚声速X验证机系统需求”），以展示未来节能亚音速客机的新构型。2017年提出了五个不同的概念，但是最近电力推进技术的快速发展让NASA的领导们重新思考他们的下一步计划。

在谈到未来X验证机研究方向发生的潜在变化时,NASA航空研究任务事务部副主任申金元表示：“我们认为电动飞机将是大型运输类飞机市场变革的最终发展方向，但目前仍处于发展初期，进步较慢。业界对其充满了兴趣，并且认为越早发展越好。”

在NASA 2017财年预算申请中，新航空地平线飞行验证倡议提出的原始计划是呼吁在X-57和X-59之后，从2023财年开始研发一系列超高效亚音速(UEST)X验证机。NASA没有得到所需的资金，但该系列的第一项任务是专注于非常规飞机布局，最早在2025财年之前并没有研制一架大型混合动力推进验证机的计划。

01

2017年波音提出的一种基于麦道80的桁架支撑机翼布局亚声速X验证机。

三、工业界的举动使波音重新审视下一步X验证机计划，或将先启动电动/混合电动验证机

申金元表示，空客和波音公司已经引发了发展混合动力推进技术的迫切需求。这两家公司都表示，在下一个主要的单通道客机更换周期中，需要低排放推进系统。“这主要是因为他们了解到，在开发A320neo和737max之后，他们必须拿出一些新的推进系统，因为他们不会真的想用一种全新的气动布局。”

这一调整的重点刺激了整个行业的电动机、电池和相关技术的进步，其速度超过了NASA或主要制造商的预期。申金元说:“这可能就是为什么在运输领域，他们认为也许可以尽早引进混合动力推进系统。”“空客公司正在积极地向外发展，我认为波音公司也在这方面投入了很多精力，”空客公司正在建造E-Fan X混合动力支线验证机，而Zunum公司正在开发一种12座级混合动力飞机。

申金元表示：“这完全改变了原有计划。我们正在考虑颠覆传统管状机身加机翼的布局，包括翼身融合、桁架支撑、联接翼等都是下一个超高效亚声速X验证机的候选构型。但事实可能并非如此。“我们正与业界合作伙伴仔细讨论，以找出最具吸引力和最重要的方案。”

12月6日在华盛顿地区举行的电动飞机推进工业日上，NASA的代表与感兴趣的公司进行了一对一的会谈。NASA集成航空系统计划(IASP)主任艾德·瓦格纳表示，这次会议的结果以及同期的信息征询将为NASA明年1月开始申请的2021财年预算提供支撑。

瓦格纳向与会者表示：“上一届管理层任期结束时，我们计划建造一些X验证机。我们知道那是一个没有希望的预算，但是它给了我们制定一套好计划的权力。我们成功地获得了X-59的资金，现在我们期待着可能获得第二架X验证机的预算支持。            

02

创业公司莱特电力向美国宇航局简要介绍了其M型机翼全电客机的概念。

四、NASA已开展电动飞机相关基础研究，正进一步开展应用研究以确定可能的验证机方案

瓦格纳说，NASA正处于“发现模式”。“我们在这里倾听，从工业的角度理解更多电推进的潜力。我们想了解工业在哪里发展，它的关键研究需要是什么。我们想了解亚音速固定翼运输机实现电气化推进的关键技术是什么…看看它们如何与NASA的计划结合。”

IASP负责飞行战略的副主任费伊·科利尔说，NASA的重点是展示1兆瓦以上的电推进能力。工业已经表明，兆瓦级系统可以有几种应用:一种可以为小型支线客机提供动力;一些可以用分布式电力推进装置为更大的飞机提供动力；兆瓦级的电动机可以驱动尾部推进器，实现边界层抽吸减小阻力，或者被集成到涡扇发动机中以混合方式提供电力增强（研究表明，这可以提高能源效率）。

科利尔说，NASA已经资助了几个研究团队开发兆瓦级的电动机器和电力电子产品，而且根据预算，在项目启动后的三年内，可以展示1兆瓦以上的能力。兆瓦级系统的可能应用范围意味着验证机选择的方案。“当我们开始低声爆飞行验证项目时，我们没有预算，所以我们把它分成两部分采购。如果我们再做一架X验证机，我们希望不必这样做:只需要一次竞争、一次采购。无论是小规模的重点验证，还是全面的演示验证。”

NASA可能改变下一代X验证机的方向，目前有积极迹象显示，其航空预算将保持在每年7亿美元或以上。与此同时，几项耗资巨大的研究计划将于2020年结束。这些项目包括无人交通管理、无人机系统集成到国家空域系统以及先进复合材料等重大项目。申金元表示:“所以我们不仅想继续同样的工作，还想重新分配这些资源。”

航空工业发展研究中心 王元元