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下一代飞机:新能源新期待

发布时间:2022-08-16 03:07:25 来源:爱游戏体育登录 作者:爱游戏娱乐地址


  据推销汽车的高手讲,学识和热情都不如道一声语重心长的“你看,现在油价多高啊”,“省油”“省钱”是能源危机时代的刚需,能耗低才是油价飙升之际的攻心上策。

  汽车、飞机给我们速度,让我们得以在更短的时间里体验了更丰富的人生。说到底,科技改变了我们的生活方式,也让我们陷入了能源危机。正是这种危机继续推动着科技滚滚向前,发动机不断追求更高的燃油效率,并尝试使用更环保的新能源。

  4月8日,在美国伊利诺伊州的工业城市罗克福德,一个叫“电网”(TheGrid)的实验室成立。这个新实验室隶属柯林斯宇航——联合技术公司的一家子公司。

  揭幕式上,柯林斯宇航的首席执行官KellyOrtberg表示,在不久的将来,混合动力和全电动飞机将改变我们对航空旅行的认知,例如在城市空中交通和支线航空等领域打开新的市场。

  熟悉航空工业的朋友知道,“电动飞机”“混动飞机”“太阳能飞机”“垂直起降飞机”都不是新概念。2005年,一位叫贝特朗·皮卡尔的飞行员驾驶“阳光动力号”太阳能飞机完成洲际飞行。后来,他驾驶的“阳光动力2号”曾在南京禄口机场降落。2011年,空客启动电动飞机EFan计划,在2013年的巴黎航展上,灵动的E-Fan首架机亮相静态展区。现在,E-FanX项目已经转向混合动力驱动。

  前不久,挪威以招聘、培训飞行员为主营业务的OSM航空公司,从美国科罗拉多州的电动飞机制造商Bye Aer Space订购了60架全电动飞机。幅员辽阔、人口稀少的挪威有成为“电动飞行”先锋的计划。2015年,挪威机场集团就电动飞行的实施情况展开调研,研究电动飞行计划落地的可能。2018年,斯洛文尼亚制造商Pipistrel生产的双座电动飞机Alpha ElectroG2完成了首次飞行。美国宇航局公布了全新电动飞机X-57,14个电力发动机集成在了机翼上。一家叫Lilium的德国公司还公布了一款5座喷气式电动空中出租车。十几个国家已经建立了类似的新能源飞机项目,波音、空客、罗尔斯·罗伊斯、西门子纷纷涉足电动飞机的研发。在面向未来的航空器研发竞争中,没有任何一家企业甘居人后。

  说回“电网”实验室。“电网”实验室目前有两个项目:一是研发、测试一款1兆瓦的电力发动机,包括电机控制器和电池系统。如果成功,这款电力发动机将是航空业目前功率最大、效率最高的电力发动机。另一个是重新设计最近公布的混合动力验证机——804的发动机系统。804是一款混合动力的涡轮螺旋桨支线飞机,新电力发动机和电机控制器将成为验证机混合动力推进系统的一部分,辅助燃油发动机提供动力。

  和世界上其他涉足电动飞机研发和测试的航空企业一样,“电网”实验室设计和测试的下一代飞机目标明确:减少碳排放,助力环保,通过降低运营成本和燃料消耗助力航空业的发展。相比现在,下一代飞机的电气化水平也将更高。未来3年,柯林斯宇航预计投入1.5亿美元用于电源系统开发。在过去的10年间,柯林斯宇航已在推进多电架构方面投资了30亿美元。当然除了人才和资金,对于新能源飞机的研发,整个航空生态系统也需要做好准备。

  汽车行业对新能源的研发由来已久,混合动力、纯电动、燃料电池等新能源汽车已经出现在大众视野。

  和丰田汽车的混合动力技术相比,涡轮增压、缸内直喷等技术显得很传统。经过几十年的研发,发动机、电动机双引擎的驱动方式已经发展成一套相当复杂、成熟的合作系统,节能效果显著。即便如此,混动汽车依然被看作是一种过渡产品,参照系是电动汽车。

  2008年,特斯拉的第一款电动车——Roadster——破茧而出。2014年,丰田的氢能源汽车“MIRAI”(未来)上市。3分钟充满氢气后,MIRAI可以跑上650公里,充一次氢气的价格相当于260元人民币,比汽油便宜。氢能源汽车和加气站普及后,氢气的价格还会更便宜。氢气能源车排放的只有水,可以说非常环保了。丰田第二代氢能源汽车FCVPLUS更加颠覆:它不再是能源消耗品,而是能源供给者。它的核心是一个氢气合成装置,丰田称之为“燃料电池”,电池不仅可以永久使用,还让汽车变成一个“移动电源”,既可以两辆汽车之间无线互充,还可以给路上的信号灯、家里的电器充电。想想看,用几辆FCVPLUS就可以举办户外音乐会了。它有点像我们现在不离左右的智能手机,不仅是通讯工具,还是支付工具、小电视和信息终端。

  今年4月,一支来自中国科学技术大学的科研团队在氢气燃料电池的研究上取得了一些进展。他们在《自然-催化》杂志上刊发了封面文章:《酸性电解液环境中,在外加电位作用下,水分子吸附到活性位点单原子Ru上,在其催化下,电解水产生氢气》。翻译一下,大意就是电解水制备氢气有了新工艺。以往,电解水制氢采用“甲烷水蒸气重整”的方法,释放二氧化碳,不是很环保,成本大约为每千克33元~38元,而产生相同能量需要的汽油成本在25元~29元。未来,燃料电池要取代内燃机,就需要用类似高效廉价的催化剂来制氢。可见,电解水产生氢气驱动汽车是靠谱的。

  电动飞机也有类似之处。首先,电动飞机的电池要轻;其次,飞机电池需要是超大容量的“巨无霸”。要安全、稳定地为飞机供电,电动飞机的电池性能还需要突破。新的电池解决方案包括燃料电池、生物燃料发电、混合燃料发电、飞机涡轮发电等关键技术。

  无论是混动飞机、电动飞机、太阳能飞机,还是无人驾驶飞机、垂直起降飞行器,油耗更低、更安静、更安全舒适都是下一代航空器的发展趋势。

  全球航空制造业对下一代新能源飞机踌躇满志。更少地依赖化石燃料,用电、混合动力、氢气、太阳能、生物燃料驱动飞机虽然还处于早期阶段,但前景广阔,未来可期。

  在南美洲的墨西哥和巴西,空客开发了价格友好、方便预订的城市交通解决方案——VOOM。通过App,乘客可以从提前90天到出行前1小时预订航班。完成预订后,只要在登机时间前15分钟到达指定的直升机停机坪,就可以办理登机手续准备登机了。在这两座拥堵严重的城市上空,天际线上有空中的士便捷穿梭,带来了全新的城市出行可能性。未来,随着更多城市使用类似的“空中的士”,还有可能诞生一个新的群体——城市航空旅行者。当然,前提是运营区域的空域允许航空器自如穿梭,营造匹配的航空生态和开发新能源航空器,哪个更容易?

  2016年,空客发布了3款用于解决城市交通拥堵的垂直起降飞机,它们是POP.UP、CityAirbus、Vahana,其中,POP.UP是在日内瓦车展上发布的。在无人驾驶电动汽车的未来里,垂直起降电动飞机的技术趋势依然是电气化、自动驾驶和碳复合材料的大规模低成本生产。

  在不久的将来,混合动力和全电动飞机将为我们打开新的视野,我们得以跨越拥堵,从空中俯视城市中的钢铁丛林。在没有那么繁忙的机场,或许会有更多的电动飞机、无人机从事航空作业。在未得到充分利用的机场,支线航空也会蓬勃发展。

  在共同探索新能源的路上,汽车业和航空业不是竞争对手,在电池性能的挖掘上甚至可以相互启发、合作、共赢。

  那么,下一代飞机是电动还是混动?我们没办法很快得到答案,毕竟大型商业飞机的进化与迭代非常缓慢,商业航空运输有着严苛的适航标准。(《中国民航报》、中国民航网记者刘蔚)

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