[美国《航空周刊与航天技术》2005年6月27日报道] 航空环境公司正用计划中的“全球观测者”电动飞机探索研制至少4倍航时的高空无人机,并已开始进行缩比验证机飞行试验。
该公司设想让“全球观测者”携带454千克(1000磅)任务载荷、在19500米(65000英尺)高度留空7~10天,像固定于近太空侦察或通信中继卫星那样运行。这项计划中的无人机与最近该公司失败的“太阳神”(Helios)太阳能动力飞机不同,不采用太阳能电池而用液氢燃料电池驱动。
航空环境公司视政府为第一客户,希望得到政府资金完成“全球观测者”无人机的研制,2年内推出实用型飞机。该公司用自筹资金制造了一架1/3~1/4比例原型机,验证氢燃料电池是否可靠、效率如何。
重量对长航时任务至关重要。之所以用氢是因为它的热值比汽油和煤油这类碳氢化合物燃料高。但液氢也存在很大的实际问题,只有几种火箭用它做工作燃料:液氢的低密度特性要求储液罐比碳氢化合物燃料的大,且低温保存的温度要求需高效隔热,防止燃料完全蒸发。氢还容易泄漏。
液罐的体积和重量劣势可抵消液氢的优势,这正是航空环境公司攻克的难关。在7天的最大续航时间里,要对任务载荷提供6千瓦电能,约为留空能源总量的10%。
与“太阳神”不同的是,“全球观测者”在设计上用尾翼取代飞翼,并把许多重量合理集中在中央机身而不是沿翼展分布载荷。因为液氢储藏罐最好设计为一个单一的大球体,把它沿机翼分布则会损失太多热量。为承受更大机翼弯曲载荷,该原型机用一根拉线从机身底部连接到机翼约一半翼展处。“太阳神”翼载约4.9千克/平方米(1磅/平方英尺),而“全球观测者”则高数倍。
但“全球观测者”的结构、控制和推进技术均来自“太阳神”。“全球观测者”的8台电动机设计与“太阳神”相似,并像“太阳神”那样沿机翼分布。要求“全球观测者”从45米(150英尺)宽的跑道开始运行,所以翼展限制在约75米(250英尺),“太阳神”的翼展也是74米(247英尺)。航空环境公司可能推出“全球观测者”的几种改型。“全球观测者”的最大起飞重量在10000磅(4540千克)以下,运行成本还没详细算出,但比得上任何一款无人机或更便宜。
重量超轻的“太阳神”需地面小心操纵,太阳能电池价值上百万美元;而“全球观测者”更重且不那么精密,虽说更大的重量对长航时不利。航空环境公司本想用太阳能电池加强“全球观测者”的性能,但太阳能实在不好用,昂贵且过于复杂。
这架50英尺(15米)翼展的原型机采用小型燃料电池,液氢装在可升级的轻质罐中。5月27日进行了第一次飞行,第二次飞行在6月2日。两次飞行都持续了1小时多一点,都未升到高空(7.6~15.2千米)。这是第一架采用液氢和燃料电池的无人机。(中国航空信息中心 戴海燕)