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2050年的飞机长什么样?  

2014-12-15 23:46:45|  分类: 杂谈 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        到2050年时,空中交通量将增加七倍,温室气体排放量将增加四倍。为了解决这个问题,飞机制造商和年轻的工程师们正在设计未来的概念机型,它们可以靠电能和生物燃料提供动力。未来的飞机可能还会拥有创新的机翼设计,从大自然汲取灵感的机身形状,此外飞机还将搭载更加智能、更加小型的计算机方便操控。

 

01. 环保 全面电能化

布里斯托尔大学的航空航天工程研究员Ash Dove-Jay博士表示:要让航空业变得更加环保,就必须实现商用飞机的全面电能化。这样的飞机使用“绿色”电站供应的电能,不会再排放二氧化碳和氮氧化物。

要实现飞机电能化,必须克服一个重大技术难关:电池的能量密度。这个指标衡量的是一定重量的电池可以产生多少能量。

特斯拉汽车公司CEO Elon Musk说过,如果每千克电池能够产生400 wh的能量,电池和飞机总质量的比率达到0.7至0.8,那么,可以在洲内飞行的电能飞机就会变得“富有吸引力”。

鉴于锂离子电池的能量密度目前已经可以达到300Wh/kg,在未来十年内,它们确实有可能达到400Wh/ kg,因此电能飞机的普遍使用不再遥远。

空中交通量和温室气体排放量正在节节攀升,促使飞机设计师们推出新型设计。比如美国航空航天局和波音公司专家设计的这款翼身融合机型。

 

02. 生物燃料会成为一种替代型燃料

随着太阳能发电成本下降,以及锂离子电池价格下降。到2050年,使用传统的煤油喷气燃料就会变得过于昂贵,这种情况将大大有利于飞机的电能化。而生物燃料可能会成为飞机使用的一种替代型燃料。生物燃料可以让碳排放量减少36%至85%,具体百分比取决于种植燃料作物的土壤类型。

2009年,一种生物和煤油混合燃料通过了验证,但是由于一些小小的技术障碍,以及生物燃料生产尚未扩大到工业级水平,航空业迄今还没有积极采用这种混合燃料。Dove-Jay博士说,这种燃料未被采用的主要原因在于,它的价格还需要十年时间,才能降至与化石燃料大致相当的水平。任何新型飞机技术的采用,都需要经过从研究到设计草图,再到测试和全面整合的过程,通常会历时十年之久。

这是美国航空航天局的电能飞机概念图

 

03. 飞机设计将会变得面目一新

如果飞机实现了电能化,它们就不再需要笨重的推进系统和方向舵,飞机设计也就会变得面目一新。在未来,飞机的机翼形状可能与如今截然不同,甚至可能会像鸟儿的翅膀那么灵活。美国航空航天局展示过一个类似于宇宙飞船的“翼身融合”设计,而空中客车公司的2050概念机(如下图)拥有无比弯曲的机翼和非同寻常的机尾。

 

04. 搭载更加智能化的计算机

2050年,飞机和空中交通管制将使用更加智能化的计算机。如今,计算机技术每个小时的发展,都超过了它最初90年的发展总和。因此专家预测,到2023年,一台1000美元左右的中低端计算机,其性能就可以超越一个人的潜在脑力,到2045年,其性能将超越地球上所有人类脑力的总和。

未来飞机不仅拥有不同的机身形状,而且还会搭载更加先进的计算机,如左图中这架欧洲宇航防务集团的E-Thrust Project概念机就是如此。

过去半个世纪中,数字电子器件的维度也在迅速缩小。1970年,计算机中的晶体管大小约为1000纳米,如今已经缩减到23纳米。随着石墨烯晶体管的出现,这个数字有望在2025年进一步降至约7纳米——相当于人类红细胞的大小。

计算能力增加,电路维度减小,再与3D打印技术相结合,这意味着,足以控制飞机的超小型计算机有望在未来十年内出现。使用数字仿生“神经系统”,并在飞机上安放接收器,用来感测压力、温度和气流状态,将有助于大幅改善飞机的能效。

在未来,这些系统甚至可以结合软件和硬件机制来改变飞机的形状,使之变得更加高效。

来源:Simple Style《2050年的飞机长什么样?

 

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