近日,美國聯合航空公司計劃在其機隊中增加100架全電動飛機Heart Aerospace ES-19,飛機可提供至多250英里(400千米)的短途運輸,最多可搭載19人,不過它還需要幾年的時間才能爲自己的區域服務穿上美聯航的外衣,這也爲電動飛機的商業化進程增加了動力。

1957年6月30日,有官方報道的世界上第一架電動飛機——“無線電皇后”號電動模型飛機(使用永磁電動機和銀鋅電池驅動)在英國試飛成功。幾十年來,電動飛機概念不斷發展。從上世紀80年代開始,太陽能發電(光伏發電)技術獲得進步,很多人開始研究大型的“太陽能飛機”,較著名的有“太陽神號”和“陽光動力號”。2016年,瑞士的“陽光動力2號”完成了環球飛行。

飛機依靠電力飛行,除太陽能板外還可以使用燃料電池,例如氫以及無線供電或有線供電。這些技術目前還不成熟,所以最早能實現電動飛機商業化的,應該還是“儲能電池”。

近30年來,電池技術雖停滯不前,但“輕量化”獲得了巨大進步。以手機電池爲例,同樣體積10年前只能提供不到2000mAh,但現在4000mAh已很普遍。2003年美國使用7000節18650電池開始生產汽車,通過控制軟件,續航能力已經達到500千米。使用電能作爲動力最大好處是易於傳輸和控制。電動機不需要減速齒輪,電線比管道更輕更方便。以前內燃時代所有的管道和壓力部件,在電動汽車或飛機上幾乎都可以移除,這使得“電動”成本一下子降低很多——事實上,很多使用柴油的潛艇和火車機車也是電力驅動的,叫做“柴電混合”。

飛機的關鍵技術是發動機。首先進行電動飛機發動機研究的是一些小公司,例如波蘭Volta Volare,斯洛文尼亞Pipistrel以及以色列Eviation等——以色列這家公司主打電動公務機。

在蓬勃市場和電動汽車成功的鼓舞下,全球傳統發動機廠商也紛紛加入電動飛機研究。加拿大普惠將衝8系列變爲“油電混合”;羅羅則傾向於“快速飛行”,使其電動飛機時速達到每小時500千米。美國將賽斯納“大篷車208B”改裝爲電動飛機,去年進行了試飛。

美聯航此次選擇的電動飛機來自瑞典,叫做心臟航空(Heart Aerospace)。它成立於2018年,其發動機研製工作已接近尾聲,這也是衆多風投看好它的原因。心臟航空將ES-19飛機定位在19座,這是考慮到大多數電動飛機公司從“輕型”做起,失去了客運市場;而受疫情影響19座支線再度受到重視,使心臟航空迅速贏得了市場。事實上,不僅美聯航訂購了100架,芬蘭航空也訂購了20架,這些訂單足夠它完成“原始積累”。

在新冠肺炎疫情下,航空已成爲脫碳工作的主要重點。該行業是碳排放的重要來源,也是一個極具挑戰性的領域。

據外媒報道,全電推進目前僅限用於小型飛機(通用航空飛機),但它們不是碳排放的主要來源,從脫碳的角度來看,應更多關注電推進在大型商用飛機上的應用。對於大型商用飛機,電池可能僅被用於輔助動力裝置和起動系統等輔助系統。若要發展電池驅動的電推進,必須大幅提高電池或燃料電池的比功率。從這一層面來說,無需電池的渦輪電推進技術相較於需要電池的全電和混合動力方案更適合用於商用飛機。

電動飛機的未來除了與電池等相關動力概念的發展息息相關外,還取決於飛機本身。採用空氣動力學效率更高的結構和構型,如先進材料、更大展弦比機翼(如桁架支撐機翼)或混合翼身構型,可以降低能量需求,從而使電力推進結構更實用。

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