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)領袖們拿著自己的物品走出會場，紛紛奔向機場。 我站在街邊，向遠處的出租車招了招手，同時看了一眼手表，注意到在45分鐘后，我應該在200英里外的奧斯汀舉行的另外一場會議上。 就在這時，出租車停在我身邊。 我走進去關上門，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會議所在地，很快就到了，還有一些時間做休整。

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

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

盡管取得了這些進步，企業(yè)的決策仍必須根植于安全性，一致性和可擴展性。那么，工程師和他們所代表的組織如何在保持扎實和務實的同時設定更高的目標并抓住機遇呢？

讓我們從三個方面探討測試如何推動負責任的創(chuàng)新、以及NI如何在其中提供幫助。

eVTOL和飛行出租車

電動汽車和自動駕駛汽車的進步激發(fā)了人們對航空電池動力整合的新興趣。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的電動原型機已經(jīng)進行了1,000次試飛。

到2040年，eVTOL和空中出租車市場的規(guī)模預計將達到1.5萬億美元，商業(yè)整合最早可能在2022年開始。但是，隨著主導這一市場的競爭刺激了機遇，企業(yè)不能在安全性和實用性上有任何妥協(xié)；相反，他們的設計必須承擔完全的責任?？罩谐鲎廛噷β每秃推渌w機器構(gòu)成重大風險，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)絡攻擊。為了減輕諸如此類的潛在缺陷，嚴格的測試必不可少。 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)，他們必須通過驗證獲得安全性和可靠性認證。在這個階段，早期開發(fā)中使用的PCB、布線和測試系統(tǒng)在規(guī)模擴展和維護時可能會顯得既耗時又成本高昂。為了跟上加速的開發(fā)進度，企業(yè)需要驗證測試系統(tǒng)以適應傳感器、負載和仿真的變化。

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

混合動力飛機將于2020年開始飛行

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

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

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

●   來自英國電動航空集團的HERA計劃在2028年將飛機投入使用。

除此之外，空中客車、勞斯萊斯和西門子三方為期三年的項目也在2020年達到高潮，一種名為E-Fan X的混合電動演示飛機，使用E-Fan X的2MW電動發(fā)動機，為機上的電氣子系統(tǒng)供電并為飛機提供推力。整個飛機上集成的測試系統(tǒng)提供了關鍵的洞察和見解，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、以及靜態(tài)電源輸出的功率差異。根據(jù)空中客車的說法，這項計劃僅僅是個開始：“我們很高興看到這個首創(chuàng)的演示機是航空業(yè)真正的游戲規(guī)則改變者，它更是我們航空業(yè)實現(xiàn)擺脫碳排放的雄心的關鍵一步?！?/p>

類似E-Fan X這樣的項目試飛中產(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)在這類項目上進行投資，他們必須盡早進行測試，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)境和真實硬件之間進行自由切換，為客戶節(jié)省驗證時間的同時促進測試資源在各種測試需求中的重用。

全電動飛機的未來

要使全電動飛機成為現(xiàn)實并最終普及，就要更進一步的電池技術(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。給飛機添加更多的電池會增加重量，并增加化學和火災隱患的風險。應對這些挑戰(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（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飛機項目開發(fā)電池。

●   GE航空與NASA合作開發(fā)大型商用電動飛機的逆變器。

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)和測試例如新電池的充電曲線和充電周期。汽車領域電池技術(shù)的進步可以作為全電動飛機工作的基礎。 NI在這兩個行業(yè)的專業(yè)知識使兩個行業(yè)的客戶都有受益。

結(jié)論

飛機行業(yè)的電氣化浪潮為擴大技術(shù)，增加人口稠密社區(qū)的機動性以及創(chuàng)造更清潔、更可持續(xù)的交通方式提供了機會。同時，這波浪潮在所有階段都提出了對安全、可靠性和成本的關注，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，或者當我們乘飛機長途旅行時能大大減少我們的碳排放，那么一件很明確的事是：嚴格的測試才能將這些夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。