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| X-57 マクスウェル | |
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| X-57 (Mod IV) のアーティストによるコンセプト | |
| 役割 | 実験用軽飛行機 |
| 国籍 | アメリカ合衆国 |
| メーカー | ESAero [1] |
| 状態 | 中止（2023年6月） |
| プライマリユーザー | 米航空宇宙局（NASA） |
| 開発元 | テクナム P2006T |
NASA X-57マクスウェルはNASAが開発した実験機で、燃料使用量、排出量、騒音を削減する技術を実証することを目的としていた。[2] X-57の初飛行は2023年に予定されていたが、推進システムの問題により計画は中止された。[3] [4] [5]
発達
この実験では、イタリア製の双発機テクナムP2006T（従来型の4人乗り軽飛行機）の翼を、電動プロペラを内蔵した分散型電気推進（DEP）翼に交換した。当初、試験飛行は2017年に開始される予定だった。[6]
最初のテストフェーズでは、18 基のエンジンを搭載したトラック搭載型の翼が使用されました。第 2 フェーズでは、地上および飛行テストの経験のために、巡航プロペラとモーターを標準の P2006T に取り付けました。フェーズ 3 のテストでは、高揚力 DEP 翼を使用し、高速巡航効率の向上を実証しました。先端ナセルは取り付けられますが、高揚力プロペラ、モーター、コントローラーは取り付けられません。フェーズ 4 では、DEP モーターと折りたたみ式プロペラを追加して、揚力増強を実証しました。[7]
LEAPTechプロジェクト
先端非同期プロペラ技術（LEAPTech）プロジェクトは、各航空機の翼の端に沿って分散された個々の小型プロペラを駆動する多数の小型電気モーターを含む実験的な電気航空機技術を開発するNASAのプロジェクトです。[8] [9] [10]パフォーマンスを最適化するために、各モーターを異なる速度で独立して動作させることができ、化石燃料への依存を減らし、航空機の性能と乗り心地を改善し、航空機の騒音を減らします。[11]
LEAPTechプロジェクトは、 NASAラングレー研究センターとNASAアームストロング飛行研究センターの研究者が、カリフォルニア州ピズモビーチ のEmpirical Systems Aerospace（ESAero）とカリフォルニア州サンタクルーズのJoby Aviationという2つのカリフォルニア企業と提携した2014年に始まりました。ESAeroはシステム統合と計装を担当する主契約者であり、Jobyは電動モーター、プロペラ、カーボンファイバー製翼セクションの設計と製造を担当しています。[11]
2015年、NASAの研究者らは、リン酸鉄リチウム電池で駆動する18個の電動モーターを搭載した、翼幅31フィート（9.4メートル）の炭素複合材製主翼セクションの地上試験を行っていた。1月にはカリフォルニア州セントラルコーストのオセアノ郡空港で、最高時速40マイル（64km/h、35ノット）での予備試験が行われた。特別に改造されたトラックに搭載され、 2015年後半にはエドワーズ空軍基地の乾燥した湖底で最高時速70マイル（110km/h、61ノット）での試験が行われた。 [11]
この実験は、NASAの変革的航空コンセプトプログラムで提案されたX-57マクスウェルXプレーン実証機に先立つものである。有人Xプレーンは、 Tecnam P2006Tの翼とエンジンを改良版のLEAPTech翼とモーターに交換した後、数年以内に飛行するはずである。既存の機体を使用することで、エンジニアはXプレーンの性能を元のP2006Tと簡単に比較することができる。[11]
X-57 マクスウェル
X-57プロジェクトは、 2016年6月17日にNASA長官 チャールズ・ボールデンによってアメリカ航空宇宙学会（AIAA）のAviation 2016博覧会での基調講演で公表された。 [12] [13]この飛行機はスコットランドの物理学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルにちなんで名付けられた。[2]
NASAにとって10年以上ぶりのXプレーンであり、最大5機の大型航空機も製造される予定のNASAのNew Aviation Horizonsイニシアチブの一部である。X-57は、カリフォルニア州アームストロング飛行研究センターで4年間の開発期間を経てNASAのSCEPTORプロジェクトによって製造され、当初2017年に初飛行が予定されていた。[14] [15] [16]
2017年7月、スケールド・コンポジッツ社は、ピストンエンジンをジョビー・アビエーション社製の電動モーターに交換することで、最初のP2006TをX-57 Mod II構成に改造し、2018年初頭の飛行を計画していた。Mod III構成では、推進効率を高めるためにモーターを翼端に移動させる。Mod IV構成では、Xperimental LLC製の高アスペクト比翼とその前縁に12個の小型プロペラを設置し、離着陸時の揚力を増加させる。[17]
ドナー機であるTecnam P2006Tは、2016年7月にカリフォルニアで受領された。2016年12月のテストでは、バッテリーセルがショートし、過熱が他のセルに広がったため、アルミニウムハニカムセパレーターを使用してパッケージを8モジュールから16モジュールに再設計する必要があった。Rotax 912は、Mod IIでは60kW（80hp）の電気モーターに置き換えられる。Mod IIIの目標重量は、P2006Tの2,700ポンド（1,200kg）から3,000ポンド（1,400kg）で、より小さな翼で巡航抵抗を減らし、翼端プロペラで翼端渦に対抗することで、高速巡航効率を500%向上させることを目指している。P2006Tと同じ速度で離着陸するために12枚のプロペラを備えたMod IVはまだ資金提供されていない。[18]
2017年12月、再設計された受動冷却式バッテリーモジュールは、640個から320個のリチウムイオンセルに減らされ、テストに合格しました。この経験は、Electric Power SystemsがBye Aerospace Sun Flyer 2用のバッテリーを開発するのに役立ち、2018年4月に初飛行を行いました。Joby Aviationは2017年に3つの巡航モーターを納品し、2018年6月に最後の2つを組み立てていました。80時間の耐久テストを含むモーター受け入れテストは、車両統合前に簡素化される予定でした。請負業者ES Aeroが数か月にわたって大規模な地上テストを主導し、2019年内の飛行前に、ミッションのような30分間のフルパワーテストで締めくくられる予定でした。[19]
2018年9月までに、モハベのスケールド・コンポジッツ社で、最初のジョビー・アビエーションJM-X57電動クルーズモーターがコントローラー、バッテリー、新しいコックピットディスプレイとともに搭載され、2019年半ばに飛行試験が開始される予定だった。ESAeroの高アスペクト比、低抗力複合材翼の製作はほぼ完了し、2020年半ばまでにMod 3を飛行させる予定だった。[20]
Xperimental社によって構築された巡航最適化翼面荷重試験は、設計荷重制限の±120%まで2019年9月までに完了し、操縦翼面の自由な動きとフラッター予測のための振動試験を検証した。モーター地上走行後、ESAeroは、元のピストンエンジンを電気モーターに置き換えたMod 2 Xプレーンを、10月の第1週にカリフォルニア州のNASAアームストロング飛行研究センターに納品する予定だった。[21] ESAeroは2019年10月2日にそれを納品した。 [22] 当時、システムの地上試験は2019年末までに開始され、飛行試験は2020年第3四半期に開始される予定だった。[23]
2021年2月までに、NASAはカリフォルニア州エドワーズにあるアームストロング飛行研究センターで、タクシーテストと初飛行に向けてMod 2高電圧機能地上テストを開始する予定だった。[24]
2023年6月、推進システムに安全上の問題が発見され、割り当てられた予算とプログラム期間内で解決できなかったため、プログラムは中止されました。プログラムは、既存の電気推進技術が安全な飛行に十分成熟しているとの前提で開始されましたが、そうではなかったことが判明しました。[4] [5]
デザイン
テクナムP2006Tを改造したX-57は、主翼前縁に取り付けられたプロペラを駆動する14個の電動モーターを備えた電動航空機となるはずだった。 [25] 離着陸時には14個の電動モーターすべてが使用され、巡航時には外側の2個のみが使用される。追加モーターによって翼上に生み出される追加の気流によって揚力が大きくなり、より狭い翼幅で飛行できるようになる。この航空機は2人乗りである。 [26]航続距離は100マイル（160km）、最大飛行時間は約1時間で ある。X-57の設計者は、軽飛行機を時速175マイル（282km/h、152ノット）で飛行させるのに必要なエネルギーを5分の1に削減したいと考えている。[14] ピストンエンジンからバッテリー電気への切り替えによって、3分の1の削減が実現するはずである。[21]
分散推進により、航空機エンジンの数が増え、サイズが小さくなります。電気モーターは、同等のパワーのジェットエンジンよりも大幅に小型で軽量です。これにより、より適切な場所に配置できます。この場合、エンジンは翼の下に吊り下げるのではなく、翼の上部に取り付けられ、翼に沿って分散されます。[7]
プロペラは翼の上に取り付けられています。低速時にプロペラが翼上の空気の流れを増加させ、揚力を増加させます。揚力の増加により、より短い滑走路での運航が可能になります。このような翼は、交換する翼の幅の3分の1で済むため、重量と燃料コストを節約できます。一般的な軽飛行機の翼は、機体が失速するのを防ぐために比較的大きくなっています（低速時に翼が十分な揚力を提供できない場合に発生します）。大きな翼は巡航速度では過剰な抗力を生み出すため非効率的です。[6]翼は巡航用に最適化され、モーターが低速失速から機体を保護し、小型飛行機の標準である時速70マイル（113 km/h、61 kn）を達成します。[7]
各プロペラの速度は独立して制御できるため、突風などの飛行条件に対応するために翼上の気流パターンを変更することができます。巡航時には、胴体に近いプロペラを折り畳んで抗力をさらに減らし、翼端に近いプロペラで飛行機を動かすことができます。このような航空機は飛行中の排出物がなくなり、騒音も少なくなり、運用コストが推定30％削減されます。[6] 巡航効率は3.5～5倍に増加すると予想されました。[7]
翼幅31.6フィート（9.6メートル）、アスペクト比15の主翼は、ストックのP2006T主翼の翼幅37.4フィート（11.4メートル）、アスペクト比8.8と比較すると、この細い翼の翼弦は、翼根元で2.48フィート（0.76メートル）、翼端で1.74フィート（0.53メートル）である。[7] 主翼には、直径1.89フィート（0.58メートル）の巡航プロペラが12個装備されており、各プロペラは時速63マイル（102キロメートル、55ノット）で14.4kW（19.3馬力）のモーター出力を必要とし、4,548rpmで回転する 。5枚羽根のプロペラは巡航時には折りたたまれ、抗力を低減する。各翼端には、直径5フィート（1.5メートル）の3枚羽根の巡航プロペラが2つあり、それぞれ時速170マイル（280キロメートル/時、150ノット）で48.1kW（64.5馬力）の電力を供給し、2,250rpmで回転します。翼端の位置は翼端渦との相互作用に有利で、5％の抗力低減が期待されます。[7] 47kWh（170MJ）のバッテリーパックの重量は860ポンド（390kg）で、密度は121Wh/kgです。[20]
12枚のプロペラによる高揚力アレイは、67 mph (107 km/h; 58 kn)の失速速度を維持するはずです。最適化された翼はベースラインの40%の面積を持ち、摩擦抵抗を減らし、翼面荷重は2.6倍高くなります。[21] 幅は32.8フィート (10.0 m)ですが、翼弦は40%小さくなり、翼面荷重は17～45 psf (83～220 kg/m 2 )に増加し、巡航時の揚力係数は約4となり、ベースライン翼の2倍以上になります。[23]
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修正II -
修正III -
修正IV
仕様（Mod IV）
NASAのデータ[27]
一般的な特徴
- 定員: 2人
- 翼幅： 32.8フィート（10.0メートル）[23]
- 翼面積: 67.0平方フィート (6.22 m 2 ) 14.8 m 2 [28] のベースライン面積の42%
- アスペクト比： 15 [7]
- 総重量: 3,000 ポンド (1,361 kg)
- バッテリー: リチウムイオン、460V、合計69.1kWh、使用可能47kWh、860ポンド（390kg）、比エネルギー80Wh/ポンド（180Wh/kg）
- 動力装置: 2 つのカスタム電気モーター、各 97 hp (72 kW) (最大)、各 80 hp (60 kW) (連続)、各
117 lb (53 kg) (プロペラを含む)、空冷式、巡航中に使用される唯一のモーター、翼端に搭載 - 動力装置: 12 基のカスタム電動モーター、各 14.1 hp (10.5 kW)、
各 15 lb (6.8 kg) (プロペラを含む)、空冷式、離着陸専用、翼前縁に搭載 - プロペラ: 2×カスタム3ブレードプロペラ、直径5フィート（1.5メートル）、2,250 rpm、[7]独立制御可変速度
- プロペラ： 12×カスタム5ブレードプロペラ、直径1.9フィート（0.58メートル）、4,548 rpm、[7]独立制御可変速度、折りたたみ式
パフォーマンス
- 巡航速度: 8,000フィートで149ノット（172 mph、277 km/h）
- 失速速度: 58 ノット (67 mph、107 km/h)
- 範囲: 87 nmi (100 マイル、160 km) [14]
- 持久力：約1時間[14]
- 実用上昇限度: 14,000 フィート (4,300 メートル)
- 翼面荷重: 45 [23] ポンド/平方フィート (220 kg/m 2 )
- 揚力係数：4 [23]（翼上の空気の流れを増やすように配置されたプロペラによって追加の揚力が得られるため可能）
参照
- 電気飛行機のリスト
- 航空研究ミッション局
- NASA GL-10 グリースド ライトニング— ハイブリッド ディーゼル電気ティルト ウィング UAV
- Eviation Alice — 開発中の9人乗り電動通勤用航空機
- ハート ES-30 — 開発中の30人乗りハイブリッド電気地域航空機
- エレクトラ EL-2 ゴールドフィンチ— 分散推進ハイブリッド電気デモンストレーター
参考文献
- ^ Julie Lynem (2015年9月29日). 「オセアノに拠点を置くESAeroがNASAのX-planeを製造」. The Tribune .
- ^ ab Beutel, Allard (2016年6月17日). 「NASA Electric Research Plane Gets X Number, New Name」NASA . 2016年6月19日閲覧。
- ^ 「NASA打ち上げスケジュール」NASA . 2022年12月25日閲覧。
- ^ ab Verger, Rob (2023年6月23日). 「NASA、航空機が地上を離れる前に電気飛行機プログラムを中止」.ポピュラーサイエンス. 2023年6月25日閲覧。
- ^ ab Niles, Russ (2023年6月25日). “NASA Axes X-57 Maxwell Before First Flight”. AVweb . 2023年6月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年6月26日閲覧。
- ^ abc 「電化飛行」。エコノミスト。2015年9月17日。ISSN 0013-0613。
- ^ abcdefghi Graham Warwick (2015 年 9 月 4 日)。「NASA の電気推進翼テストが次期 X-Plane の構想を形作る」。Aviation Week & Space Technology。
- ^ Grady, Mary (2015年3月18日). 「NASAの電気飛行機プロジェクトが前進」. AVweb .
- ^ Szondy, David (2015年3月18日). 「この18個のモーターを搭載した翼は、電気飛行機の未来となるか?」Gizmag。
- ^ ゴルソン、ジョーダン（2015年3月20日）。「NASA、科学のため18個のプロペラを翼に取り付け」。Wired。
- ^ abcd Merlin, Peter (2015年3月16日). 「LEAPTech、電気推進技術を実証」NASA. 2018年5月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年1月2日閲覧。
- ^ ゲイリー・デインズ (2016 年 6 月 17 日)。 「今週 @ NASA、2016 年 6 月 17 日」。NASA。
- ^ 「AIAA AVIATION 2016 のボルデン長官に対する発言「構想から現実へ: 航空変革への私たちの旅」」(PDF) NASA。2016 年 6 月 17 日 。9 ～ 11 ページ。
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- ^ アラン・ボイル (2016年6月17日). 「NASA、10年ぶりの公式Xプレーンを取得: 電動航空機の名称はX-57 マクスウェル」GeekWire。
- ^ Yasmin Tayag (2016年6月17日). 「NASA長官チャーリー・ボールデン氏：X-57は来年飛行予定」Inverse.com。
- ^ Graham Warwick (2017年7月19日). 「NASA、電動Xプレーンの開発を推進」. Aviation Week Network .
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- ^ abc Graham Warwick (2019年9月30日). 「The Week In Technology, Sept. 30-Oct. 4, 2019」. Aviation Week & Space Technology .
- ^ ポッター、ショーン（2019年10月3日）。「NASA、初の全電動実験航空機を納入」NASA 。 2019年11月8日閲覧。
- ^ abcde ガイ・ノリス (2019年11月14日). 「NASAの全電動X-57、地上テスト段階に向けて準備完了」. Aviation Week & Space Technology .
- ^ 「NASA、全電気式X-57の高電圧地上試験を開始」（プレスリリース）。NASA。2021年2月25日。
- ^ Keith Button (2016 年 5 月). 「電子で飛ぶ」(PDF)。アメリカ航空宇宙学会。
- ^ Steve Fox (2016年7月26日). 「初の全電気推進航空機のコックピット」NASA.
- ^ 「X-57 マクスウェル」(PDF) . NASA . 2021年6月28日. LG-2018-04-048-AFRC. 2022年12月29日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2022年12月29日閲覧。
- ^ "P2006T".テクナム.
外部リンク
- 航空機の推進力の未来は電気である