電氣化的未來正在展開

近日，在德克薩斯州，沃思堡的一座大會禮堂內(nèi)，航空航天業(yè)一場精彩的大會臨近尾聲，隨著最后一個(gè)主題演講結(jié)束，熱烈的掌聲之后，參會的工程師、研究人員和商業(yè)領(lǐng)袖們拿著自己的物品走出會場，紛紛奔向機(jī)場。 我站在街邊，向遠(yuǎn)處的出租車招了招手，同時(shí)看了一眼手表，注意到在45分鐘后，我應(yīng)該在200英里外的奧斯汀舉行的另外一場會議上。 就在這時(shí)，出租車停在我身邊。 我走進(jìn)去關(guān)上門，很快我就飛在空中。15分鐘后，我降落在奧斯汀、我自己的車旁。然后我駕車去下一個(gè)會議所在地，很快就到了，還有一些時(shí)間做休整。

這樣的故事曾經(jīng)經(jīng)常出現(xiàn)在運(yùn)輸行業(yè)描繪的未來場景中。夢想家們極力向人們分享這一藍(lán)圖，希望能吸引更多的投資進(jìn)入這個(gè)全新的出行模式，盡管在當(dāng)時(shí)這真的只是夢想。

時(shí)間快進(jìn)到今天，技術(shù)的突破正在將諸如飛行出租車的想法變成現(xiàn)實(shí)。航空業(yè)正在朝著更清潔，更高效的方向快速挺進(jìn)，從電子垂直起降（eVTOL）到混合動(dòng)力飛機(jī)的電氣化，及至最終的全電動(dòng)動(dòng)力飛機(jī)。

盡管取得了這些進(jìn)步，企業(yè)的決策仍必須根植于安全性，一致性和可擴(kuò)展性。那么，工程師和他們所代表的組織如何在保持扎實(shí)和務(wù)實(shí)的同時(shí)設(shè)定更高的目標(biāo)并抓住機(jī)遇呢？

讓我們從三個(gè)方面探討測試如何推動(dòng)負(fù)責(zé)任的創(chuàng)新、以及NI如何在其中提供幫助。

eVTOL和飛行出租車

電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛汽車的進(jìn)步激發(fā)了人們對航空電池動(dòng)力整合的新興趣。來自硅谷和其他地方的初創(chuàng)企業(yè)正在與航空航天和運(yùn)輸?shù)闹饕獏⑴c者（例如豐田，空客和優(yōu)步）合作，帶頭開展此類工作。 例如，來自英特爾和德國的Lilium Aviation的電動(dòng)原型機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了1,000次試飛。

到2040年，eVTOL和空中出租車市場的規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到1.5萬億美元，商業(yè)整合最早可能在2022年開始。但是，隨著主導(dǎo)這一市場的競爭刺激了機(jī)遇，企業(yè)不能在安全性和實(shí)用性上有任何妥協(xié)；相反，他們的設(shè)計(jì)必須承擔(dān)完全的責(zé)任。空中出租車對旅客和其他飛機(jī)器構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)，它們的子系統(tǒng)可能會發(fā)生故障，并且可能容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊。為了減輕諸如此類的潛在缺陷，嚴(yán)格的測試必不可少。 能源管理、分配和發(fā)電子系統(tǒng)也需要相同級別的測試，并且又不能停止創(chuàng)新。

隨著公司從原型過渡到生產(chǎn)，他們必須通過驗(yàn)證獲得安全性和可靠性認(rèn)證。在這個(gè)階段，早期開發(fā)中使用的PCB、布線和測試系統(tǒng)在規(guī)模擴(kuò)展和維護(hù)時(shí)可能會顯得既耗時(shí)又成本高昂。為了跟上加速的開發(fā)進(jìn)度，企業(yè)需要驗(yàn)證測試系統(tǒng)以適應(yīng)傳感器、負(fù)載和仿真的變化。

在NI，我們知道測試是從原型到生產(chǎn)的關(guān)鍵任務(wù)。我們可以在驗(yàn)證階段提供靈活而可定制的方案和服務(wù)體系，之后在工作流程中進(jìn)行最小的更改就可以把系統(tǒng)轉(zhuǎn)換去服務(wù)生產(chǎn)測試。我們的客戶就可以專注于他們最擅長的領(lǐng)域-創(chuàng)新。

混合動(dòng)力飛機(jī)將于2020年開始飛行

電氣化已經(jīng)悄然滲透進(jìn)飛機(jī)行業(yè)。液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)正在逐步過渡到電氣系統(tǒng)，結(jié)果是制造飛機(jī)的效率更高，也更易于維護(hù)。加上大力推動(dòng)降低碳排放量，使得混合動(dòng)力飛機(jī)得以推廣。

2020年，飛機(jī)裝備牌電氣化（MEA）的世界發(fā)生了很多事情，包括宣布了兩架支線飛機(jī)：

●   Wright Electric和EasyJet之間的合作伙伴Wright 1將于2023年開始飛行測試。

●   來自英國電動(dòng)航空集團(tuán)的HERA計(jì)劃在2028年將飛機(jī)投入使用。

除此之外，空中客車、勞斯萊斯和西門子三方為期三年的項(xiàng)目也在2020年達(dá)到高潮，一種名為E-Fan X的混合電動(dòng)演示飛機(jī)，使用E-Fan X的2MW電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，為機(jī)上的電氣子系統(tǒng)供電并為飛機(jī)提供推力。整個(gè)飛機(jī)上集成的測試系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的洞察和見解，包括如何管理因電池增加的重量、因能量耗散而產(chǎn)生的熱效應(yīng)、以及靜態(tài)電源輸出的功率差異。根據(jù)空中客車的說法，這項(xiàng)計(jì)劃僅僅是個(gè)開始：“我們很高興看到這個(gè)首創(chuàng)的演示機(jī)是航空業(yè)真正的游戲規(guī)則改變者，它更是我們航空業(yè)實(shí)現(xiàn)擺脫碳排放的雄心的關(guān)鍵一步。”

類似E-Fan X這樣的項(xiàng)目試飛中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，收集到的數(shù)據(jù)可以更好地為以后的嵌入式軟件測試提供仿真模型。隨著企業(yè)繼續(xù)在這類項(xiàng)目上進(jìn)行投資，他們必須盡早進(jìn)行測試，才能不損傷硬件或犧牲安全。

NI的硬件在環(huán)（HIL）解決方案可以用相同的測試系統(tǒng)在這些仿真環(huán)境和真實(shí)硬件之間進(jìn)行自由切換，為客戶節(jié)省驗(yàn)證時(shí)間的同時(shí)促進(jìn)測試資源在各種測試需求中的重用。

全電動(dòng)飛機(jī)的未來

要使全電動(dòng)飛機(jī)成為現(xiàn)實(shí)并最終普及，就要更進(jìn)一步的電池技術(shù)和高效電能轉(zhuǎn)換。目前，化石燃料提供的能量是電池的100倍。給飛機(jī)添加更多的電池會增加重量，并增加化學(xué)和火災(zāi)隱患的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)對這些挑戰(zhàn)需要突破能量存儲和分配的難題，但是一些我們熟悉的名字并沒有停下探索的腳步：

●   賽峰集團(tuán)（法國）和波音公司最近宣布成立一家合資企業(yè)，為城市空中交通和電動(dòng)飛機(jī)項(xiàng)目開發(fā)電池。

●   GE航空與NASA合作開發(fā)大型商用電動(dòng)飛機(jī)的逆變器。

兩家企業(yè)都必須證明它們能夠滿足容量和排放需求。此外，除了模擬用于電氣子系統(tǒng)的電池外，企業(yè)還需要開發(fā)和測試?yán)缧码姵氐某潆娗€和充電周期。汽車領(lǐng)域電池技術(shù)的進(jìn)步可以作為全電動(dòng)飛機(jī)工作的基礎(chǔ)。 NI在這兩個(gè)行業(yè)的專業(yè)知識使兩個(gè)行業(yè)的客戶都有受益。

結(jié)論

飛機(jī)行業(yè)的電氣化浪潮為擴(kuò)大技術(shù)，增加人口稠密社區(qū)的機(jī)動(dòng)性以及創(chuàng)造更清潔、更可持續(xù)的交通方式提供了機(jī)會。同時(shí)，這波浪潮在所有階段都提出了對安全、可靠性和成本的關(guān)注，這都是不容忽視的要素。 如果我們希望有一天乘飛行出租車往返于城市之間，或者當(dāng)我們乘飛機(jī)長途旅行時(shí)能大大減少我們的碳排放，那么一件很明確的事是：嚴(yán)格的測試才能將這些夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。