從地上到天上：航空巨頭爭相研發電動商用飛機 有望2030年落地

(圖源：NASA)

2008年，由於油價上漲，電動汽車經歷了重生。現在是2018年，是時候重新開始了——在電動航空領域。

在過去的幾十年里，航空領域的各個領域都取得了進展。1986年，伯特·魯坦(Burt Rutan)首次在世界各地直飛、不加燃料地飛行。

30年後的今天，又一次環球旅行結束了，這標誌著第一次電動環球航行。這一崇高的旅程開始於阿布扎比機場，16個月後回到了起點。

這架飛機不同於以往的其他飛機，它不排放廢氣，也不燃燒燃料。取而代之的是，它使用了太陽能電池板、電動機和四塊41千瓦時的鋰電池。

它被稱為「陽光動力2號」(Solar Impulse 2)，它在2016年完成飛行後改變了航空世界。

從那時起，電動商用飛機的前景就從夢想變成了可能。

包括電動飛行在內的未來是一個積極的前景，它將減少當前航空的燃料使用，減少排放，並創造一個更清潔的環境。

根據歐盟委員會的數據，飛機排放目前約佔歐盟溫室氣體排放總量的3%，約佔全球溫室氣體排放總量的4%。

這是一個相當重要的百分比，而且增長速度很快。

相比之下，從倫敦到紐約的航班上每人的排放量大致相當於一個人在歐盟一年的供暖時間。

有了電動航空，這些不斷增加的排放可以減少。歐盟雄心勃勃的目標是到2030年將溫室氣體排放量減少1990年水平的40%，到2050年減少1990年排放量的80%。

從乘客的角度來看，電動飛機是一個巨大的勝利。新飛機將帶來更便宜的票價、更低的噪音和更高的爬升速度。

有了電動引擎，飛機就能在空氣阻力較小的高海拔地區保持性能，而不像燃燒引擎在這些海拔地區效率較低。

因此，飛機引擎的功率必須降低，才能產生等效的速度。

挑戰

儘管圍繞著電動飛行的理想而有許多大肆宣傳和創新，我們的電動引擎驅動的商業飛行仍有很長的路要走。

Burt-Rutan設計的Long-EZ是最近電動飛行的一個例子。2012年，作為最快的電動飛機之一，這架飛機以每小時202.6英里的速度飛行，搭載了一名乘客。

相比之下，波音787客機的飛行速度為每小時585英里，載客量超過242人。

還有很長一段路要走，以目前電池和發動機技術的速度，直到2030年電動商業航空才會出現，甚至混合動力技術也將被用於商業航空。

目前，美國國家航空航天局正在進行一項名為「美國國家航空航天局電動飛機試驗台」的項目。

這個項目著眼於目前電動飛行的技術障礙。有了這個試驗台，提高效率和減少重量是目標。

隨著技術的進步，試驗台可以適應為越來越大的發動機提供動力。

另一個存在的挑戰是創造一個實用的可以使用的冷卻系統。

這些系統的熱管理將需要一個系統，在飛行中可以排出50到800千瓦的熱量。用於大功率電子的集成電源模塊需要一個冷卻系統。

為了提高熱性能，需要開發材料，並開發一個用於電力電子冷卻的輕型系統。為了降低飛機的電阻，需要超導性和超冷電子學。

目前最重要的限制因素不是發動機的重量，也不是飛機的設計，而是電池。目前的電池不能提供可行的電力航空所需的動力重量比。

目前，飛機燃料產生的能量是同等質量電池的43倍。

電力航空工業正押下重注，認為能源儲存技術將在未來顯著改善。這是有可能的，電池能量密度每年上升5%到8%。

要使電池在經濟上可行的小型航空領域工作，它們需要達到當前密度的五倍。

好消息是飛機的設計越來越好，隨著時間的推移，需要的動力越來越少。

一旦所有這些都解決了，還存在另一個問題。

如何快速有效地更換電池，使飛機從著陸到搭載新乘客和起飛有一個快速的周轉時間?

最好的解決方案是更換電池，但即使是這種解決方案也有其困難。電池的維護成本比燃氣輪機要高，除此之外，充電周期僅為1,500次就需要更換電池。

此外，當這些電池需要充電時，用電量最高。

當前的競爭

Zunum Aero是一家由波音和捷藍航空(JetBlue)支持的公司，該公司自2013年以來一直致力於生產10到50座的混合動力支線客機。

他們在2017年10月開始開發一款12座的飛機，目標是在2020年投入飛行。

該設計包括一系列混合管道風扇，這些風扇僅由電池供電，用於短途旅行;還有一個可提供1兆瓦至4-5兆瓦功率的擴展發電機。

一架燃氣渦輪機將被用來驅動兩台550千瓦的發電機，以便將飛機的航程擴展到700海里。

2018年2月，Zunum公司宣布將建造其首個原型機。

空客E-Fan X公司正與羅爾斯?羅伊斯公司和西門子公司共同開發，想成為混合動力航空領域的先行者。

這款飛機的研發工作是在空中客車E-Fan的基礎上完成的。E-Fan是一種兩座的原型電動飛機，正在由空中客車公司開發。它使用車載鋰離子電池為兩個電動機供電。

這款E-Fan於2014年首次試飛，續航時間為60分鐘。E-Fan X包括電機和發電機，它們不是低溫冷卻的，也不是超導的，導致效率損失超過15%。

他們希望在製造全電動飛機的過程中創造出一種能夠在2020年飛行的混合電力模型，同時進一步發展這項技術。

Eviation Alice是以色列的一種電動飛機，正在由Eviation Aircraft研製。

這架飛機有三個螺旋槳，兩個在翼梢，一個在機身後部。這架飛機採用電力推進系統，由95%的複合材料製成。

該公司於2015年成立，目前正在生產其所有電力業務和通勤飛機的首個原型。

萊特電氣(Wright Electric)是一家初創公司，目標是開發一種商用客機，使用電池，飛行距離不超過300英里。

該公司成立於2016年，已獲得矽谷加速器Y Combinator等集團的風險投資。

2017年9月，英國廉價航空公司易捷航空(EasyJet)宣布，將與萊特電氣(Wright Electric)合作開發一款180座的電動飛機，計劃在2027年研發。

到目前為止，該公司已經研發出了一款雙座的概念機，其中包含600磅的電池。

(圖源：Wright Electric)

Ampaire是一家最近成立的公司，目前正在承擔一項重大任務，開發一款改裝後的電動飛機，目標是在2020年底前獲得美國聯邦航空管理局(FAA)的認證。

這架飛機將能搭載7-9名乘客，航程可達100英里。

該公司希望開發一個電池交換系統，並希望明年試飛。

Joby航空公司在過去的十年里一直在從頭開始開發他們自己的電動馬達和他們目前的VTOL設計。

該公司最近獲得了1億美元的B系列融資，以準備生產和認證。

據報道，這款新型汽車目前正在研發中，只要充電一次就能飛150英里。這對於一架電動飛機來說是非常重要的，並且可以在商業航空領域內用於非常短途的飛行。

在未來的歲月里，街道上到處都是電動汽車，讓我們不要忘記，要讓我們的天空和我們的道路一樣，還有很長的路要走。

當我們走在通往成功的電動飛機的漫長道路上時，我們將會想起成功的電動汽車所經歷的危險旅程。

一旦突破了電池、引擎和設計的障礙，這些飛機將很快起飛。

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