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炒作还是创新?电动飞机论

导读: 2008年,电动车在油价上涨后东山再起。到了2018年,电动航空也迈向了新的里程。几十年来,整个航空领域和航线都取得了进展。

2008年,电动车在油价上涨后东山再起。到了2018年,电动航空也迈向了新的里程。几十年来,整个航空领域和航线都取得了进展。1986年,埃尔伯特·L·伯特·鲁坦(Elbert L Burt Rutan)首次完成了不着陆、不加油的环游世界。30年后,人类又实现了另一种环球旅行,也标志了第一例电动环行。这一宏大的旅程始于阿布扎比(阿拉伯联合酋长国首都),在16个月之后,电动飞机回到了开始的地方。但是这架飞机所实现和以往不同,它既没有排放,也没有消耗燃料,它使用的是数块太阳能电池板、一个电动马达和四块41千瓦时的锂离子电池。

这架电动飞机称为“阳光动力2号(Solar Impulse 2)”,在它2016年完成首飞之后,就此改变了航空世界。从那时起,电动商用飞机的愿景就不再是梦想了。电动飞行拥有明朗的未来,它机不但能削减航空燃料的用量,还能减少排放,让环境变得更加清洁。

根据欧洲委员会的说法,飞机排放量目前约占欧盟温室气体排放总量的3%、世界温室气体排放量的4%。这是一个相当可观的数字,而且还在以较高的速度增长。如果实现电动航空,那么这些不断上升的排放量就会减少。从乘客的角度来看,电动飞机也是一次突破,电动飞机能够降低出行费用,减少旅途中的噪音,同时提高拉升的速度。电动引擎能让飞机在更高的海拔上维持良好的性能,而且还能降低空气阻力,而与之相比,内燃机的性能明显不足。

挑战

无论是炒作还是创新,电动商用飞机仍旧道阻且长。伯特·鲁坦设计的“Long-EZ”是最近一次电动飞行的实例。2012年,Long-EZ 是飞行速度最快的电动飞机之一,时速可达每小时202.6英里,同时机上只运载了一名乘客。相比之下,波音787的飞行时速为每小时585英里,载客量超过242人。所以就目前的技术,直到2030年,商用航空最多用上混合动力技术。

目前,美国宇航局正在开展一项名为Electric Aircraft Testbed的项目。该项目正在研究电动飞行的技术障碍。该试验台的目标是提高电动飞机的效率同时减少飞机自身的重量。随着技术的进步,试验台可以适应更大功率的发动机。

另一个挑战则是冷却系统。电动飞机飞行过程中会产生50千瓦到800千瓦的热量,而冷却系统则是要将这些热量在飞行中排出。大功率电子设备的集成功率模块需要冷却系统,其中最重要的是可以改善导热性能的材料以及帮助散热的轻量级系统。

电池技术

最重要的限制因素并非发动机重量或飞机设计,而是电池。目前的电池还不能达到电动航空所需的功率重量比。喷气燃料的能源产量比同等质量的电池多43倍。而电动航空业正在大力提高能量储存技术,也许能让电池的能量密度每年上升5%到8%。只有实现了五倍于现在的能量密度,小规模的航空作业才有可能进行。好消息是,飞机的设计也在提升,所以能源需求也会随着时间的推移降低。

一旦一切都厘清了,我们就需要开始解决另一个问题,那就是如何快速更换电池,实现航班的无缝衔接。最好的解决方案是换电技术,但这个解决方案也有阻碍,因为电池的维护成本高于燃气涡轮,而且充电1500次之后就需要更换。

当前的竞争状况

Zunum 航空是一家由波音公司和捷蓝航空支持的公司,自2013年以来,该公司一直在研究 10 座到 50 座的混合动力电动飞机。公司于2017年10月开始开发12座的飞机,计划在2020年飞行。该飞机在做短途飞行时,涵道风扇完全由电池供电,在航程加长时,发电机可提供1兆瓦至5兆瓦的电力。当航程上升至700海里时,燃气涡轮将用于驱动两个550千瓦的发电机。2018年2月,Zunum宣布公司正在建造该飞机的第一个原型。

E-Fan X则是空客公司与劳斯莱斯和西门子合作研发的混合动力电动飞机,该飞机使用板载锂离子电池为两个电动机供电。2014年,E-Fan X完成了首飞,航行时长为60分钟。在实现全电动飞行的路上,公司希望能在2020年首先完成混合动力飞行。

Eviation Alice是一架由以色列Eviation公司研发的电动飞机。该飞机的特点在于它有三个螺旋桨,其中两个分别安装在翼尖,另一个在安装在机身后方。该飞机拥有电力推进系统,其中95%的材料由合成材料构成。该公司创立于2015年,目前正在生产的全电动商用及通勤飞机的模型。

Wright Electric 旨在设计出航程小于300英里的商用电动客机。公司成立于2016年,已从硅谷加速器中获得风险投资。2017年9月,英国易捷航空公司宣布与Wright Electric合作,将在2027年开发出180座的电动飞机。

在未来的岁月里,即便街道上到处驾驶着电动汽车,在电动航空的道路上,我们仍有很多路要走。而在多年以后,当我们回望电动航空的历史时,我们也会想起这一路上历经的坎坷,而在突破电池、引擎和设计上的障碍后,电动航空事业终将傲然地起飞。

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