全电通勤飞机Alice,滑跑测试即将完成
以色列Eviation公司研发的全球第一种全电通勤飞机Alice,正在西雅图附近的一个机场进行首飞准备工作。1月10日,在西雅图阿灵顿大都市机场,一架Alice原型机被看到在进行发动机测试,为高速滑跑测试做准备。
2019年的巴黎航展上,Alice项目第一次对外公开。Eviation公司认为,相对于喷气式通勤飞机,电动飞机可以减少70%的成本。最新一轮迭代后的Alice,采用了Honeywell制造的电传飞控系统,可以实现440海里的航程,250节的最大巡航速度。2021年8月,DHL宣布采购12架Alice,成为它的启动用户。
Alice如果采用通勤飞机构型,配置有2个驾驶员座椅,9个乘客座椅;采用公务机构型,客舱座椅数量会更少、乘坐环境更舒适;如果采用货机构型,则可以提供450立方英尺/12.74立方米、带温控的货运空间。
2021年12月17日,Alice完成了低速滑行测试。1月10日,Eviation的CEO Omer Bar-Yohay对《飞行杂志》表示,到开始试飞只有几天时间了。在我们确认安全和准备妥当之前,不会进行试飞;但一旦开始行动,Alice就会经常飞行和测试。
Eviation最初计划在2021年底完成高速滑跑测试,由于西北太平洋地区的恶劣气象条件,进度一再延迟。也有报道称Alice在10日的发动机测试中,遇到了问题。测试中发生了紧急刹车,工程师们试图搞清楚数据记录仪的冲突信息的问题。工程师们启动了一台发动机,再尝试启动第二台时失败了,随后触发了第一台发动机停车。
强大开发工具的需求:标准化与协同
包括波音、空客在内的很多业内企业,都在进行高效的电动飞机研发。然而,电池技术仍然是一个瓶颈,FAA仍未对任何电动推进系统做审定认证,有很多关键技术成熟度不高,也就意味着这种开发设计工作难度很大。
Eviation的CEO Omer Bar-Yohay希望以火车票的低价,从最近的机场为客户提供飞行服务,尽量避免地面交通拥堵,“今天,如果我们想做800 km的旅行而无法乘火车到目的地,就会在汽车上消耗很多小时。我们想挑战这个问题。”
这也意味着所设计的机型有非常高的效率,Eviation公司认为,采用电动机可以带来更低的维护成本,更高的推进效率。Alice的方案是设计一种全新的9座通勤机型Alice,它采用了100%全电推进,最大巡航速度250节/463 km/h。
为实现这一目标,Eviation选择了航空航天工业界的事实标准制定者,达索系统公司提供一整套设计工具,在3DEXPERIENCE平台支持下,这一目标越来越现实,Alice即将首飞。这是很合乎逻辑的想法,因为达索系统公司确实有很多无法让项目拒绝的优势。
这样一个研发任务对于很多公司都是非常艰巨的,而Eviation要面临更复杂的局面:有160多个供应商和合作伙伴分布在全球,需要在整个项目中进行协调。比如,螺旋桨来自美国、飞机模具来自印尼、起落架是意大利制造的、其它零部件源于法国,而电动机则是由美国华盛顿州的MagniX提供。达索系统的产品是业内事实上的标准,各家供应商和合作伙伴都基于达索系统的软件平台和建议开发流程工作,Alice从概念到原型机下线,进展非常迅速,避免了很多协调、数据转换的工作。
在达索系统的3DEXPERIENCE云端平台进行设计和仿真,可以充分利用其异地协同能力,各供应商可以充分交换意见、分享知识和工程经验,进行跨专业协同,解决复杂的问题。
3DEXPERIENCE平台的变更管理能力也发挥了重要作用。例如,在开发过程中,客舱座椅固定锁扣需要变更件号,因为原设计件号锁扣没有库存了。当时,这些锁扣已经在法国投入生产,Eviation的设计人员更新了型号文件,30秒之后,通过系统,法国制造商就得到了告警,改变了正在钻孔的机械设备的设置。系统内的所有人可以看到Eviation的工程师对什么设计做了更改,这就解决了很多的构型管理问题。
部署在云端,也为Eviation节约了IT基础设施所需的大量时间和成本。公司不再需要投资硬件、安装软件、不需要维护,只需要购买算力和所需应用。而创新性的小公司,往往无力支撑一个工程能力很强大、人数很多的IT部门。
主要设计工具
Alice采用了复合材料机体结构,电传飞控,两个尾部吊挂螺旋桨。在早期设计方案中,则采用了3台发动机的布局。设计中最大的挑战,是将气动、系统、机械等专业进行无缝化的整合。Eviation使用了CATIA设计零部件、飞机外形,尤其是后者相当复杂。由于电动飞机的能量密度很低,在气动外形上只能尽量少做折中,这就要求进行设计创新,使用复杂的3D曲面,以降低阻力。
Eviation只有8名气动工程师,面对海量的气动计算工作量,常规工程方法和仿真软件几乎无法完成。但在SIMULIA XFlow的支持下,每周可以进行几百次气动设计迭代。而如果没有CATIA与XFlow的无缝式集成、数据交换,也无法如此快速地完成设计。SIMULIA XFlow具有自动网格生成、自适应优化能力,可以大幅度降低使用者输入信息量,减少网格规划和预处理阶段的工作,进而,让工程师集中注意力到设计迭代和优化上。
得益于多平台协同能力,ENOVIA支持Eviation进行多学科、异地协同,构建和验证3D数字样机,进行外形、匹配、功能分析。
在简单的航空研发项目中,上述工具软件可以直接部署使用。但对于复杂项目,往往还有很多定制化开发、培训等支持工作。达索系统的以色列合作伙伴Systematics公司,协助Eviation公司完成了开发平台环境的转换。在旧的开发环境中,他们使用完全不同的工具,手动完成各个系统的数据交换和功能整合集成。在新的云端共享平台中,则采用了统一的开发工具套件,进行设计、仿真和验证。新旧开发环境的转换需要一定的培训和熟悉时间,由Systenatics支持完成。
达索系统的另一个合作伙伴ADCOM,致力于SIMULIA应用开发,协助Eviation开展气动和静载荷仿真,它提供了很高的可靠性,对飞行期间复合材料结构的行为进行了精准预测,并做针对性的优化。
Omer Bar-Yohay认为,航空业是世界上最不友好、最保守的行业;你做任何工作的资金都很紧张,必须一开始就把钱花在正确的地方。这很难做到,但可以用尽可能好的工具、环境、条件力争实现它。对于创新性的航空项目,使用一套经过广泛验证、功能强大而稳定开发工具,是很有必要的。要让工程师集中注意力在产品和创新上,而非工具的学习和使用过程。