時間:2020-10-10 13:16來源:航空知識 作者:中國通航
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【作者】崔媛
這幾年,在國家政策扶持下,新能源汽車產(chǎn)業(yè)逐步壯大,越來越多的新能源汽車出現(xiàn)在大眾視野中,F(xiàn)在,這股“新能源”綠色風(fēng)暴已經(jīng)刮上了天——新能源飛機的出現(xiàn),正在改變傳統(tǒng)飛機高碳排放量的局面。雖然我們可能不太感覺得到,然而數(shù)據(jù)表明,民航業(yè)貢獻(xiàn)了全球碳排放量的2.5% 左右。治理航空污染已經(jīng)成為航空業(yè)的一大努力方向。
前些日子,一架號稱世界上最大的全電動商用飛機在華盛頓州的飛機跑道上進(jìn)行首次飛行,共飛行了28分鐘,在飛機著陸后,飛機續(xù)航電池中的能量還有10%的冗余。這架由美國賽斯納208B改裝的飛機名為eCaravan,由發(fā)動機制造商MagniX與航空公司AeroTEC合作推出,可搭載10-14人,續(xù)航高達(dá)912海里(1689公里)。
![]() eCaravan電動商用飛機(圖源Magnix)
該飛機采用了MagniX公司的750馬力Magni500推進(jìn)系統(tǒng),這款重達(dá)132千克的電動機能提供560千瓦的功率,并能直接向螺旋槳提供動力,效率超過93%。
![]() Magni500電動機(圖源:MagniX)
事實上,新能源飛機由來已久,早在1957年,世界上第一架銀鋅電池驅(qū)動的電動模型飛機誕生。1973年德國奧地利生產(chǎn)的一架HB-3滑翔機被改裝成電動飛機,成功載人飛行了12分鐘。
![]() 世界上第一架載人電動飛機MB-1E(圖片來自HB-Flugtechnik GmbH)
世界上第一架太陽能飛機 Sunrise Ⅰ,由 DARPA 資助、Boucher所設(shè)計。無人機采用正常式布局,機翼上鋪設(shè)4096塊太陽能電池,無人機總質(zhì)量12. 25 kg,1974年11月4日,Sunrise Ⅰ 在加利福尼亞的Camp Irwin進(jìn)行了無人機3~4小時的低空首飛。
![]() Sunrise Ⅰ 太陽能無人機
包括太陽能在內(nèi),以風(fēng)能、核能以及生物燃料和氫能等新能源為電源,通過電機帶動螺旋槳、函道風(fēng)扇或其他裝置,產(chǎn)生前進(jìn)動力的飛機都可以稱為新能源飛機。根據(jù)飛機的能源需求和飛行特點,目前在用或可用于飛機的新能源主要包括鋰電池、燃料電池、太陽能電池、超級電容和無線功率傳輸,這樣的飛機也叫電動飛機。
![]() 中國第一架新能源雙座通用飛機—遼寧銳翔RX1E雙座電動輕型飛機(圖源:遼寧銳翔)
和電動汽車一樣,電動飛機首先需要考慮的就是續(xù)航能力,續(xù)航能力的提升主要依賴于電池的能量密度。飛機燃油的能量密度大約為12.7千瓦時/千克,而目前電池能量密度最大能夠達(dá)到0.5千瓦時/千克,兩者相差很大。好在傳統(tǒng)燃油發(fā)動機效率比較低,傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動機的總體效率為35%~50%,而電動飛機中電力推進(jìn)系統(tǒng)的效率要比燃油發(fā)動機的效率高兩到三倍。但就整體而言,目前電動飛機還沒有達(dá)到燃油飛機的水平。
而在目前的電池水平下,為了保證續(xù)航能力,電動汽車會選擇鋪設(shè)更多的電池,然而這并不適用于電動飛機。相較于汽車,飛機對減重有更高的要求,電動飛機的一大技術(shù)指標(biāo)就是動力系統(tǒng)的功重比(動力設(shè)備能夠產(chǎn)生的功率與其質(zhì)量之比),目前,理想狀態(tài)下電機的最大功重比通常小于20千瓦/千克。要想繼續(xù)增加電機的功重比,還需要在推進(jìn)電機的熱設(shè)計、磁性能設(shè)計、結(jié)構(gòu)冷卻設(shè)計等方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。
![]() 除此之外,電動汽車可以在中途利用充電樁進(jìn)行充電,而電動飛機……顯然沒必要,充電一小時,折騰半小時,飛行10分鐘的飛行體驗想必不會太美好。所以,基于目前的電池能量密度和動力系統(tǒng)功重比,采用電力系統(tǒng)直接驅(qū)動大型飛機進(jìn)行長途飛行還有一定困難。
雖然人們?nèi)圆惶赡艹俗冸妱语w機進(jìn)行長途飛行,但這并不妨礙電動飛機的發(fā)展。根據(jù)咨詢公司羅蘭貝格(Roland Berger)的估計,世界各地大約有170個不同的電動飛機開發(fā)項目,項目數(shù)量自2018年4月以來增加了50%。針對空中出租車市場的項目占據(jù)了一半以上。約十分之一的項目專注于支線航空和大型商飛市場,涵蓋中短途航班服務(wù);蛟S在未來,短距離搭載少量乘客的純電動空中出租車將成為現(xiàn)實。
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