NASA又出新“花招”，许你最美航空梦

材料牛注：大名鼎鼎的NASA今年又出新“花招”啦，五大新颖的ideas：超高效低发射航空动力、多部件小巧电动机、高效锂氧电池、展向自适应机翼、轻质共形天线，将引领航空领域的一场变革！让我们拭目以待……

美国国家航空航天局（NASA）将在今年组织航空队实施五项新的想法。截至目前，没有人知道这些想法能否成功实施，但美国宇航局将进行尝试，如果他们中的任何一个成功，有望使得人类的生产生活更加便捷，我们的地球更加美好。

这是最近选择的五个航空相关技术背后的总体思路，作为NASA正在进行的未来两年融合航空航天解决方案研究的一部分，面世仅第二年，但在未来的两年中，将会进行一系列深入的研究。

研究人员将研究一种新的燃料电池，并运用3D打印技术提高电动机的输出，通过锂-空气电池储存能量和改变飞行中机翼的形状以及在采用轻质气凝胶制备新天线设计的基础上开发出一种新的飞行机制。

“除了我们在2015年已提出的观念之外，这五个创新的观念都有望能帮我们解决在航空领域面临的一些挑战。” NASA的经理Doug Rohn针对航空理念变革项目说道。

这些挑战包括减少燃料的使用，减少航空对环境及机场周边的噪声污染，以及随着世界各地空中交通的普及造成的空间拥堵。有很大的可能和去年一样，在研究完成后发现由于技术、成本、物理定律等原因，该项研究是不可行的。至少目前为止无法达到预期目的。

“但是失败是我们的选择吗？这取决于你对失败的定义。我们要思考的是我们的观念是否是可行的。一个成功的可行性评估确定的是我们的观念是否可行”Rohn说。

今年选择的可行性研究的五个理念包括如下：

drawing interaction of money and success on chalk board

NASA的研究人员正在研究使用一种新型的燃料电池，从标准的航空燃气中获得氢气，从空气中获得氧气，并将这两个元素结合发电，供应全电动或混合动力电动飞机所需的电力。

1、FUELEAP: 发展超高效低排放航空动力

该理念是指能否有新的燃料电池可为电推进式通用航空尺寸的飞机提供动力。

燃料电池通过氢气和氧气的结合产生电力，它从二十世纪六十年代中期的双子星计划起就成为NASA载人航天计划的重要组成部分。通常情况下，氢气和氧气被制成超冷液体存储在飞机上，这需要复杂且昂贵的储罐和管道，而这对于小号的单引擎飞机来说是不实用的。

研究人员将研究一种燃料电池系统，该系统能够从标准的碳氢化合物航空燃气中获得氢气，从空气中获得氧气，然后将氢气和氧气结合起来发电。从这个过程中排出的产物也将通过涡轮机来增加能量输出。

相对于将燃料直接放在一个标准的活塞发动机中燃烧，燃料电池可以更高效地产生能量，从而节省燃料、降低排放。这样的系统也可以用于现有的机场，因为它不需要任何昂贵的新设施或设备安装。

它不会像这样工作，但NASA的研究人员正在探索使用3D打印技术去制造更轻、更强大的零部件，通过组装创建出一个更强劲的电动机。

2、加快增材制造创新电动机

为了实现在未来十年乃至更久的绿色航空研究目标，NASA考虑了相关的所有因素，而全电动和混合动力电动飞机则提供了有效的解决方案。

但除了与发电和蓄能相关的挑战外，研究人员还希望通过转动螺旋桨或风扇产生推力来提高电动机的功率密度（为了衡量一个电动机的尺寸和质量的关系，我们提出了功率的概念）

这里解决的问题是随着3D打印功能越来越强大，可以生产出更加轻便、体积更小的电动机零部件，将这些零部件组装在一起从而生产出功率密度更高的电动机。

3、LION:锂氧电池用于NASA电动飞机

限制电动飞机被广泛使用的一个障碍是如何使电池储存足够的能量，即使是小型飞机短距离内飞行。一个潜在的解决方案是使用电池中具有高的理论存储容量锂-空气（Li-Air）电池（也称锂氧电池）。

锂-空气电池被誉为“会呼吸的电池”。 这意味着，当电池能量耗尽时，氧气进入电池内部与锂离子发生反应，而当电池充电时氧气被排出。

遗憾的是，标准电解质（保证电池正常工作的内部材料）在锂-空气电池使用过程中被快速分解，使得电池的寿命只有几个充放电循环。

研究小组人员将调查设计的可行性，使用新颖的、超稳定、耐分解的电解质，从而增加电池的续航时间，延长飞机的飞行距离。

NASA的研究人员正在研究一种机械方法，使得飞机在飞行过程中摆动机翼，从而可以缩小机尾尺寸，减少燃料的使用和排放。

4、自适应的机翼翼展

我们通常使用更多的燃料、排放和噪声来有效减少垂直尾翼的尺寸。

尾翼的大小基于飞机起飞或着陆期间发动机发生故障时飞机依旧能停在机场跑道上而设计的。一旦飞机在巡航高度，较大的尾翼只是造成了燃料的浪费以及阻力的增加。

一个潜在的解决方案是设计飞机的机翼尺寸，飞机两端外露的机翼部分能在飞机起飞或着陆期间通过向上或向下折叠形成一个方向舵，从而减小垂直尾翼尺寸。

我们现在面临的挑战是如何最好地完成硬件移动这一机械任务。我们需要解决的问题包括如何最有效地在加入常规执行器以及其他更加新颖的东西之后依旧设计得的小巧轻便？

如上图所示，研究人员将研究并使用结实但质轻的气凝胶作为共形天线的基础，通过天线可以将信号发射到载有无人机系统的车辆弯曲表面。

5、超视距通信的轻质共形天线

其中一个挑战是如何控制载有商用无人机系统的车辆或无人机的增长，目前的解决方案是让其在国家空域系统中飞行，使得所有这类飞机在陆基飞行员运营商的视野内通过无线线路进行操作。

一个潜在的解决方案是通过一个基于卫星的跟踪系统来传递指令和控制通信，但相关的天线系统体积较大，安置于飞机表面会增加飞行阻力，加剧燃料的使用和排放。

研究人员希望通过部署挠性天线来实现卫星通信，由质轻且较薄的气凝胶做其基底，可紧贴飞机轮廓，从而减少阻力及燃料的使用和排放。

该天线的一个主要特点是可以往特定方向发射信号，从而保证了与卫星的紧密联系，同时最大限度地减少飞机飞行高度较低时来自地面的干扰。

今年入选的五个研究团队表示他们的研究人员分别来自弗吉尼亚州、加利福尼亚州和俄亥俄州的NASA航空中心的不同的技术部门。每项研究都涉及多学科，包含多个中心，直接关系到解决一个或多个NASA航空战略研究目标，所以做这些在某种程度上是在推动国家的最先进的航空变革。在竞争激烈的环境中，一些团队针对其研究的技术进行了为期两天的演讲，就如同企业家进行投资时的经历那样。

原文链接：NASA selects Five New Ideas to be Explored by Aeronautics Teams。

本文由编辑部龙骑士提供素材，应豆编译，黄超审核；点我加入材料人编辑部。