近日,美国联合航空公司计划在其机队中增加100架全电动飞机Heart Aerospace ES-19,飞机可提供至多250英里(400千米)的短途运输,最多可搭载19人,不过它还需要几年的时间才能为自己的区域服务穿上美联航的外衣,这也为电动飞机的商业化进程增加了动力。

1957年6月30日,有官方报道的世界上第一架电动飞机——“无线电皇后”号电动模型飞机(使用永磁电动机和银锌电池驱动)在英国试飞成功。几十年来,电动飞机概念不断发展。从上世纪80年代开始,太阳能发电(光伏发电)技术获得进步,很多人开始研究大型的“太阳能飞机”,较著名的有“太阳神号”和“阳光动力号”。2016年,瑞士的“阳光动力2号”完成了环球飞行。

飞机依靠电力飞行,除太阳能板外还可以使用燃料电池,例如氢以及无线供电或有线供电。这些技术目前还不成熟,所以最早能实现电动飞机商业化的,应该还是“储能电池”。

近30年来,电池技术虽停滞不前,但“轻量化”获得了巨大进步。以手机电池为例,同样体积10年前只能提供不到2000mAh,但现在4000mAh已很普遍。2003年美国使用7000节18650电池开始生产汽车,通过控制软件,续航能力已经达到500千米。使用电能作为动力最大好处是易于传输和控制。电动机不需要减速齿轮,电线比管道更轻更方便。以前内燃时代所有的管道和压力部件,在电动汽车或飞机上几乎都可以移除,这使得“电动”成本一下子降低很多——事实上,很多使用柴油的潜艇和火车机车也是电力驱动的,叫做“柴电混合”。

飞机的关键技术是发动机。首先进行电动飞机发动机研究的是一些小公司,例如波兰Volta Volare,斯洛文尼亚Pipistrel以及以色列Eviation等——以色列这家公司主打电动公务机。

在蓬勃市场和电动汽车成功的鼓舞下,全球传统发动机厂商也纷纷加入电动飞机研究。加拿大普惠将冲8系列变为“油电混合”;罗罗则倾向于“快速飞行”,使其电动飞机时速达到每小时500千米。美国将赛斯纳“大篷车208B”改装为电动飞机,去年进行了试飞。

美联航此次选择的电动飞机来自瑞典,叫做心脏航空(Heart Aerospace)。它成立于2018年,其发动机研制工作已接近尾声,这也是众多风投看好它的原因。心脏航空将ES-19飞机定位在19座,这是考虑到大多数电动飞机公司从“轻型”做起,失去了客运市场;而受疫情影响19座支线再度受到重视,使心脏航空迅速赢得了市场。事实上,不仅美联航订购了100架,芬兰航空也订购了20架,这些订单足够它完成“原始积累”。

在新冠肺炎疫情下,航空已成为脱碳工作的主要重点。该行业是碳排放的重要来源,也是一个极具挑战性的领域。

据外媒报道,全电推进目前仅限用于小型飞机(通用航空飞机),但它们不是碳排放的主要来源,从脱碳的角度来看,应更多关注电推进在大型商用飞机上的应用。对于大型商用飞机,电池可能仅被用于辅助动力装置和起动系统等辅助系统。若要发展电池驱动的电推进,必须大幅提高电池或燃料电池的比功率。从这一层面来说,无需电池的涡轮电推进技术相较于需要电池的全电和混合动力方案更适合用于商用飞机。

电动飞机的未来除了与电池等相关动力概念的发展息息相关外,还取决于飞机本身。采用空气动力学效率更高的结构和构型,如先进材料、更大展弦比机翼(如桁架支撑机翼)或混合翼身构型,可以降低能量需求,从而使电力推进结构更实用。

相关文章