被称为新一轮“飞翔革命”的电动航空时期已然到来。在专家们看来，电动航空因其诸多优势，已成为世界航空范畴成长的前沿热门。在全球都站在统一“起跑线”时，中国应尽力占据电动航空手艺的制高点。 美国宇航局发布全电动飞机“X-57 Maxwell”终究构型概念图。图片来历：NASA 有朝一日，我们也许可以乘坐依托电池驱动的“零排放”环保飞机前去世界各地，搭乘“零排放”的环保“空中的士”通勤、短途观光也将不再是胡想。 3月27日，美国宇航局发布了备受等候的全电动飞机“X-57 Maxwell”终究构型概念图。就在前不久，美国能源部进步前辈能源研究打算署也公布帮助5500万美元展开“调和冷却的集成驱动电念头”和“低碳高效力航空电夹杂动力系统”两年夜研发项目，旨在鞭策窄体商用客机低本钱高机能航空电动策动机手艺和高效燃烧碳中性航空燃油的动力系统研究。 被称为新一轮“飞翔革命”的电动航空时期已然到来。在专家们看来，电动航空因其诸多优势，已成为世界航空范畴成长的前沿热门。在全球都站在统一“起跑线”时，中国应尽力占据电动航空手艺的制高点。 下一代飞机的标的目的 飞机在为人们出行供给极年夜便当的同时，也带来了使人困扰的情况和污染问题。例如，噪声污染既让机场和航路四周的居平易近苦不胜言，也让机舱内的乘客有着较差的飞翔体验；航空火油燃烧后排放出年夜量二氧化碳、氮氧化物等温室气体，加重温室效应；飞机尾气排放还会致使年夜量污染物堆积造成空气污染。 据猜测，世界航空运输搭客周转量年均增速为4.4%~4.7%，仍处在较快增速区间，将来20年还将连结平均每15年翻一番的增加态势。若不采纳减排办法，估计到2050年，航空业碳排放将占全球温室气体排放量的10%。 国际航空运输协会呼吁，应经由过程全球性的解决方案来削减航空业排放，并提出航空业的情况方针——到2050年，碳排放量比2005年净削减50%。“零排放”的电动飞机的呈现则为从底子上实现绿色航空、完成减排方针斥地了一条“布满但愿”的路径。 “电动飞机是以电念头带动螺旋桨、涵道电扇或其他装配发生进步动力的飞机。”北京航空航天年夜学航空科学与工程学院传授黄俊告知《中国科学报》。 与燃油策动机比拟，电念头在环保方面有诸多优势。航空工业机载公司高级专务、航空电力系统航空科技重点尝试室主任李开省指出，电动航空的焦点和要害聚焦“三电”，即电念头、电控和电池（动力来历）。由它们构成的电推动系统使飞机排放接近在零排放、零污染，从而削减碳排放税的缴纳，下降本钱。另外，电动航空发生的噪声相对较小，电念头的工作效力也要比燃油策动机高良多。 “这是我们下一代飞机的成长标的目的。谁在电动航空的要害焦点手艺，特殊是策动机手艺（电推动手艺）上领先，谁就有可能领先世界。”李开省说。 当前，列国当局、高校、科研院所和企业等都在加速要害手艺研发，试图占据手艺高地。专家们暗示，美国能源部撑持的项目恰是试图解决电念头“高功率、小重量与调和发烧冷却”和动力能源系统这两年夜焦点问题。 “将来，在对峙履行碳排放尺度的环境下，传统超排放量的飞机有可能遭受飞翔受限，乃至被裁减。谁先研发出可商用的电动飞机，谁就会抢占先机。所以，我们需要尽早进行计谋结构。”黄俊说。 焦点手艺尚待冲破 “近十年来，手艺成长让航空业产生了天崩地裂翻天覆地的转变，今朝正处在各类手艺、道理的快速变化期。”清华年夜学航天航空学院传授陈海昕告知《中国科学报》。 对电动飞机来讲，专家们一致认为，电推动系统是电动飞机手艺成长的焦点，电动飞机的机能和用处首要取决在其电推动系统。而电池则是电推动系统的要害部件之一，备受存眷的是锂离子电池、氢燃料电池、太阳能电池、超导电容等。 电池手艺需要斟酌能量密度、平安性、充电速度、环保性等多方面身分。虽然最近几年来电池手艺已获得较年夜成长，但仍没法统筹平安性和续航能力。“飞机的重量其实就是阻力，飞机设计讲求‘为每克重量而奋斗’。若电池很重或贮存不了太多电量，则意义不年夜。是以，我们还很长一段路要走。”陈海昕说。 今朝，飞机燃油的能量密度年夜约为12700千瓦时/公斤，而电池能量密度最年夜仅可以或许到达500瓦时/公斤，二者相去甚远。高能量密度、长命命的电池手艺亟待冲破。 “不外，传统燃油策动机效力较低，当电池能量密度提高到必然水平时，就有可能代替传统的策动机。但今朝要采取电力系统直接驱动年夜型飞机还必然坚苦。”对此，李开省建议，可采纳夹杂动力推动手艺作为过渡方案。 夹杂动力手艺行将传统燃气涡轮与电力策动机相连系。黄俊认为，电动飞机的推动系统具有相对标准无关的特征，也就是说若将一个100千瓦的机电和节制器分化成 100个1千瓦的机电或10个10千瓦的机电，其总的功率重量比和总效力根基连结不变。利用该特征，可有用提高空气动力效力并削减机翼面积和布局重量。例如，美国宇航局的X-57电动飞机机翼前缘就设置装备摆设了12个高升动力马达供给推动力。 李开省认为，电动航空的下一代焦点手艺还应存眷集成电力电子节制手艺，此中碳化硅高温电力电子手艺是研制电力系统高功率密度变换器的要害。另外，还电动飞机整体设计手艺。“就像人身体健康需要各个部位健康一样，只有整体设计调和，才能制造出一架机能良好、客户满足的飞机”。 捉住弯道超车的好机会 在陈海昕看来，电动垂直起降机、支线飞机的电动化、纯电动飞机的适用化将成为将来电动飞机存眷的范畴。另外，还要存眷电动飞机全部年夜轮回内的效力晋升和节能减排问题。 今朝，4座和以下的小型电动飞机已试飞成功，部门获得适航许可。如我国自立研制的RX1E锐翔双座电动轻型飞机和四座电动飞机RX4E均已首飞成功，前者已利用在飞翔员锻练机；法国空客团体的全电动E-Fan验证机也行将作为锻练机利用。 在可预感的将来，小型电动飞机将普遍利用在短途运输、不雅光观光、航空测绘、“空中的士”等范畴，给乘客以更恬静、高效、便当的飞翔体验。可是，更年夜座级的客机还逗留在概念图和设计图上，要想制造出150座级的年夜型商用电动飞机，最少还需要20年时候。 当前，列国当局与企业纷纭加年夜电动飞机研发力度。据不完全统计，截至2019年6月，全球约有170个在研电推动飞机项目，首要集中在北美和欧洲地域。我国电动航空业也如雨后春笋般周全成长，专家们呼吁，国度应加年夜撑持力度，提高其行业竞争力。 陈海昕感觉，无妨让企业先动起来，“百花齐放”，让市场需求驱动手艺的成长，国度阐扬指导感化。李开省则暗示，今朝恰是我国实现弯道超车的好机会，在科研院所、平易近企和国企各自觉挥优势的同时，国度可组建电动航空国度队增强攻关气力，不但鞭策全部行业成长，还将带动超导等工业年夜成长。更主要的是，需要金年会制订电动航空手艺的成长计谋和线路图，分阶段、分批实行，做到有的放矢。 我国电动飞机的型号研发已与国际同步，这为此后成长奠基了杰出根本。“国度要像撑持电动汽车一样撑持电动航空的成长。”黄俊暗示，“这是一个全新的事物，需要从头成立理论和手艺系统，需要多学科设计找到耦合效应，才能晋升整体效力，任何片面的冲破都是不敷的。”
