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MIT課堂里誕生新飛機,在足球場就能起降

一個誕生於麻省理工學院課堂項目的飛行器概念,如今正在變成一項價值8.5億美元的製造計劃。Electra最初的設想,是造一架混合動力飛機:它不需要傳統飛機那麼長的跑道,卻能比純電動飛機飛得更遠、更快。如今,這個從校園裡走出來的項目,正準備進入規模化生產。

目前,Electra設計的是一款固定翼飛機,希望讓航空出行覆蓋更多傳統機場難以觸達的地區,尤其是那些距離大型機場較遠的人群。相比傳統飛機,它採用了更小、更高效的發動機,同時配備電池,在起飛和降落階段提供額外動力。

這款飛機的航程約為1200英里(約1930公里),巡航速度約為每小時200英里(約320公里)。它不僅能降低燃油消耗,更特別的是,對起降場地的要求遠低於傳統飛機,而且噪音更小。理論上,駁船、停車場甚至足球場大小的空地,都可能成為它的起降點,而不必依賴傳統機場。

Electra技術開發總監克里斯·庫爾廷(Chris Courtin)表示,「50到250英里(約80至400公里)的出行距離,是這項技術最適合發揮作用的區間。對於很多行程來說,它會比開車或者搭乘商業航班更合適。這個距離區間內有大量出行需求,但現在無論陸路還是航空交通,都存在很多不便。這項技術有機會解決其中一部分問題。」從項目誕生之初,庫爾廷就一直參與其中。他最早是在麻省理工學院的一門課程中接觸這個概念,後來擔任課程助教,並最終把相關研究做進了自己的博士論文。

Electra的創始人約翰·蘭福德(John Langford)同樣畢業於麻省理工學院,而麻省理工學院教授馬克·德雷拉(Mark Drela)和約翰·漢斯曼(John Hansman)則擔任公司的創始技術顧問。

「公司一直受益於和麻省理工學院的緊密合作。」庫爾廷說,「麻省理工學院很特別的一點,是它給了人們把理論和實踐真正結合起來的空間——不僅研究飛機應該怎麼設計,還能把它造出來,看看市場到底買不買單。」

Electra已經製造並試飛了一架雙座原型機。上個月,公司宣布將在美國俄亥俄州斯普林菲爾德和克拉克縣投資8.5億美元,擴大九座版飛機的生產規模。項目預計將創造1975個就業崗位。一個頗具巧合意味的地方在於:人類最早的動力飛行正是誕生於俄亥俄州,而如今,Electra也準備在那裡開啟下一階段的航空製造。

Electra的故事可以追溯到2017年。當時,麻省理工學院研究生課程「航空運輸系統架構」(Air Transportation Systems Architecting)設置了一個開放式項目。彼時,電動垂直起降飛行器 eVTOL正成為航空業熱門方向,庫爾廷所在的小組則想看看,是否還有其他更合適的技術路線。

「這是一門很開放、以項目為核心的課程,大家會研究航空航天領域正在出現的新趨勢。」庫爾廷說,「我們發現,如果目標是把人從一個地方送到另一個地方,短距起降飛機相比 eVTOL有不少優勢。」

於是,他們開始嘗試把輕量化電機等原本用於電動航空的技術,應用到一種新的固定翼飛機上。這種飛機後來被稱為「超短距起降飛機」(ultra-short takeoff and landing aircraft)。

核心思路並不複雜:利用電池和多個小型電機,大幅縮短固定翼飛機起飛和降落所需的距離;進入巡航階段後,再依靠燃油動力持續飛行,從而避免純電動飛機航程不足的問題。

(來源:MIT News)

此後,這一概念在德雷拉和漢斯曼共同教授的多門高年級設計課程中繼續完善。當時擔任助教的庫爾廷和學生們一起製造了縮比模型,並在麻省理工學院的萊特兄弟風洞以及實際飛行測試中驗證設計是否可行。之後,庫爾廷又把其中部分技術繼續做成了博士研究。

2019年,約翰·蘭福德加入項目。當時,他此前經營的航空公司 Aurora Flight Sciences剛剛被波音收購。同年,Electra正式成立。公司的第一步,是製造一架名為 EL2的雙座驗證機,並完成混合動力推進系統的設計與測試。EL2於2023年完成首次試飛,此後已經累計飛行超過200次。EL2的機頭安裝了一台燃氣發電機,機艙地板下方則布置了兩組電池。起飛和降落時,發電機和電池會同時為螺旋槳提供電力;進入巡航階段後,飛機主要依靠發電機運行,同時還可以給電池充電。

「這台燃氣發電機本質上和傳統飛機使用的渦輪發動機類似,只不過它不是直接帶動螺旋槳或者風扇,而是用來發電。」庫爾廷解釋說,「電力再輸送給機翼上的八台電機。」

這樣的設計帶來了一個好處:發動機不需要按照起飛時的最大功率來設計,而只需要滿足巡航階段的需求,因此可以做得更小、更高效。機翼上的八台電機會產生所謂的「吹氣增升」效果,通過螺旋槳氣流增強機翼升力,讓飛機只需要足球場大小的距離就能完成起降,遠短於傳統固定翼飛機所需的跑道。

對於乘客來說,最大的價值則是節省時間。這種飛機也可以和現有大型機場配合使用。「如果你距離最近的大型機場有三個小時車程,整個過程會非常麻煩。」庫爾廷說,「Electra可以直接把你送到大型機場附近。而且因為不依賴傳統跑道,它不會進一步擠占那些本就非常緊張的機場跑道資源。」

除此之外,Electra希望把飛機的成本和噪音都降下來。「螺旋槳數量更多,反而意味著可以把每個螺旋槳做得更安靜。」庫爾廷解釋說,「這很重要,因為直升機之所以無法進入很多原本可以營運的地方,一個主要原因就是噪音太大。」

Electra位於俄亥俄州的新製造基地占地約96英畝,計劃於明年動工。一期工廠建成後,每年可生產400架九座飛機;下一階段擴建完成後,年產能預計提升至約800架。Electra設想的應用場景之一,是承擔大型機場周邊的短途接駁:乘客先搭乘這種飛機前往大型機場,再轉乘長途航班。

但更進一步,公司認為,在一些地區,它甚至可能減少人們對傳統機場的依賴。「現在想從零開始新建一座機場,是非常困難的。」庫爾廷說,「但要找到一塊足球場大小的空地,並沒有那麼難,尤其是在飛機噪音已經明顯降低的情況下。」

除了載客,Electra也在研究軍事物流、貨運和人道主義救援等應用。而在民用客運市場,公司希望隨著產量擴大,進一步把票價降下來,讓這種飛機不只服務少數高端用戶。

庫爾廷說,「如果我們能夠保留固定翼飛機結構簡單的優勢,同時把飛機做到足夠大的尺寸,那麼攤到每個座位上的成本,就可能下降到很多人都能負擔的水平。它不應該只是一件奢侈品,而是有機會真正服務更多人的交通工具。」

責任編輯: 李華  來源:MIT科技評論 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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