【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）。

 

 

       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％。

 

 

       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。

 

 

       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。

 

 

       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�可能乘坐純電動飛機進(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。