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电气化的未来正在展开

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【摘要】:
时间快进到今天,技术的突破正在将诸如飞行出租车的想法变成现实。航空业正在朝着更清洁,更高效的方向快速挺进,从电子垂直起降(eVTOL)到混合动力飞机的电气化,及至最终的全电动动力飞机。

电气化的未来正在展开

作者:NI航空航天、国防和政府事业部副总裁及总经理 Luke Schreier

 

德克萨斯州,沃思堡的一座大会礼堂内,航空航天业一场精彩的大会临近尾声,随着最后一个主题演讲结束,热烈的掌声之后,参会的工程师、研究人员和商业领袖们拿着自己的物品走出会场,纷纷奔向机场。我站在街边,向远处的出租车招了招手,同时看了一眼手表,注意到在45分钟后,我应该在200英里外的奥斯汀举行的另外一场会议上。就在这时,出租车停在我身边。我走进去关上门,很快我就飞在空中。15分钟后,我降落在奥斯汀、我自己的车旁。然后我驾车去下一个会议所在地,很快就到了,还有一些时间做休整。

 

这样的故事曾经经常出现在运输行业描绘的未来场景中。梦想家们极力向人们分享这一蓝图,希望能吸引更多的投资进入这个全新的出行模式,尽管在当时这真的只是梦想。

 

时间快进到今天,技术的突破正在将诸如飞行出租车的想法变成现实。航空业正在朝着更清洁,更高效的方向快速挺进,从电子垂直起降(eVTOL)到混合动力飞机的电气化,及至最终的全电动动力飞机。

 

尽管取得了这些进步,企业的决策仍必须根植于安全性,一致性和可扩展性。那么,工程师和他们所代表的组织如何在保持扎实和务实的同时设定更高的目标并抓住机遇呢?

 

让我们从三个方面探讨测试如何推动负责任的创新、以及NI如何在其中提供帮助。

 

eVTOL和飞行出租车

电动汽车和自动驾驶汽车的进步激发了人们对航空电池动力整合的新兴趣。来自硅谷和其他地方的初创企业正在与航空航天和运输的主要参与者(例如丰田,空客和优步)合作,带头开展此类工作。例如,来自英特尔和德国的Lilium Aviation的电动原型机已经进行了1,000次试飞。

 

2040年,eVTOL和空中出租车市场的规模预计将达到1.5万亿美元,商业整合最早可能在2022年开始。但是,随着主导这一市场的竞争刺激了机遇,企业不能在安全性和实用性上有任何妥协;相反,他们的设计必须承担完全的责任。空中出租车对旅客和其他飞机器构成重大风险,它们的子系统可能会发生故障,并且可能容易受到网络攻击。为了减轻诸如此类的潜在缺陷,严格的测试必不可少。能源管理、分配和发电子系统也需要相同级别的测试,并且又不能停止创新。

 

随着公司从原型过渡到生产,他们必须通过验证获得安全性和可靠性认证。在这个阶段,早期开发中使用的PCB、布线和测试系统在规模扩展和维护时可能会显得既耗时又成本高昂。为了跟上加速的开发进度,企业需要验证测试系统以适应传感器、负载和仿真的变化。

 

NI,我们知道测试是从原型到生产的关键任务。我们可以在验证阶段提供灵活而可定制的方案和服务体系,之后在工作流程中进行最小的更改就可以把系统转换去服务生产测试。我们的客户就可以专注于他们最擅长的领域-创新。

 

混合动力飞机将于2020年开始飞行

电气化已经悄然渗透进飞机行业。液压和气动系统正在逐步过渡到电气系统,结果是制造飞机的效率更高,也更易于维护。加上大力推动降低碳排放量,使得混合动力飞机得以推广。

 

2020年,飞机装备牌电气化(MEA)的世界发生了很多事情,包括宣布了两架支线飞机:

—   Wright ElectricEasyJet之间的合作伙伴Wright 1将于2023年开始飞行测试。

—   来自英国电动航空集团的HERA计划在2028年将飞机投入使用。

 

除此之外,空中客车、劳斯莱斯和西门子三方为期三年的项目也在2020年达到高潮,一种名为E-Fan X的混合电动演示飞机,使用E-Fan X2MW电动发动机,为机上的电气子系统供电并为飞机提供推力。整个飞机上集成的测试系统提供了关键的洞察和见解,包括如何管理因电池增加的重量、因能量耗散而产生的热效应、以及静态电源输出的功率差异。根据空中客车的说法,这项计划仅仅是个开始:“我们很高兴看到这个首创的演示机是航空业真正的游戏规则改变者,它更是我们航空业实现摆脱碳排放的雄心的关键一步。”

 

类似E-Fan X这样的项目试飞中产生了大量的数据,收集到的数据可以更好地为以后的嵌入式软件测试提供仿真模型。随着企业继续在这类项目上进行投资,他们必须尽早进行测试,才能不损伤硬件或牺牲安全。

 

NI的硬件在环(HIL)解决方案可以用相同的测试系统在这些仿真环境和真实硬件之间进行自由切换,为客户节省验证时间的同时促进测试资源在各种测试需求中的重用。

 

全电动飞机的未来

要使全电动飞机成为现实并最终普及,就要更进一步的电池技术和高效电能转换。目前,化石燃料提供的能量是电池的100倍。给飞机添加更多的电池会增加重量,并增加化学和火灾隐患的风险。应对这些挑战需要突破能量存储和分配的难题,但是一些我们熟悉的名字并没有停下探索的脚步:

—   赛峰集团(法国)和波音公司最近宣布成立一家合资企业,为城市空中交通和电动飞机项目开发电池。

—   GE航空与NASA合作开发大型商用电动飞机的逆变器。

 

两家企业都必须证明它们能够满足容量和排放需求。此外,除了模拟用于电气子系统的电池外,企业还需要开发和测试例如新电池的充电曲线和充电周期。汽车领域电池技术的进步可以作为全电动飞机工作的基础。 NI在这两个行业的专业知识使两个行业的客户都有受益。

 

结论

飞机行业的电气化浪潮为扩大技术,增加人口稠密社区的机动性以及创造更清洁、更可持续的交通方式提供了机会。同时,这波浪潮在所有阶段都提出了对安全、可靠性和成本的关注,这都是不容忽视的要素。如果我们希望有一天乘飞行出租车往返于城市之间,或者当我们乘飞机长途旅行时能大大减少我们的碳排放,那么一件很明确的事是:严格的测试才能将这些梦想变为现实。

 

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