混合動力系統仍將是城市空中交通飛行器的首選？

在電池技術還存在瓶頸的今天，混合動力系統或將是電動飛行器的現實選擇。

3月5日，由國際直升機協會（HAI）主辦的2019年美國直升機展覽（Heli-Expo 2019）在美國亞特蘭大開幕。

近年的直升機展上，城市空中交通（UAM）領域的垂直起降飛行器（VTOL）得到越來越多的關注，而與前幾年該領域的參與者大部分是初創公司不同，現在越來越多的傳統航空製造商正進軍這個領域。除空客、貝爾等航空整機製造商推出整體解決方案以外，一些傳統的航空供應商也推出相應的配套產品，以支持此類飛行器的研發。

霍尼韋爾公司就在今年的美國直升機展上發布了一款基於渦軸發動機的混合動力裝置。該裝置由HTS900 發動機驅動兩台高功率密度的發電機，每台發電機功率達200kW。

霍尼韋爾基於HTS900發動機的混合動力系統。

霍尼韋爾表示，採用了電池的混合動力裝置將比傳統的HTS900發動機減少30％~50％的碳排放，十分有利於VTOL飛行器在城市上空的飛行。除HTS900以外，相同的發電機也可以用於霍尼韋爾其他渦軸發動機產品。

據介紹，XTI公司的TriFan 600是首款選用這型混合動力裝置並投入使用的飛行器。

XTI公司的TriFan 600飛行器。

行業有力競爭者

除霍尼韋爾公司以外，其他公司也在這個領域進行投入。

貝爾公司在今年發布了eVTOL飛行器Nexus，該機採用了賽峰開發的混合動力系統（HEPS），裝有6個傾轉式涵道風扇，功率可達600kW，其渦輪發動機和電池系統安裝在後機身上部，為飛機提供混合動力。

貝爾公司Nexus飛行器及採用的賽峰的混合動力系統。

在2018年年中，賽峰開始測試100kW級的混合動力分散式推進系統，最近還公布了500kW級的電動機；並提供了一款基於改進型「阿蒂丹」3（Ardiden 3）渦軸發動機的混合動力系統，為Zunum公司的12座ZA10混合動力飛機提供動力。

賽峰的100kW級混合動力系統在進行地面測試。

在2018年英國范堡羅航展上，羅羅公司推出一種電動垂直起降（eVTOL）飛機，並為其配備基於M250發動機的混合動力系統。該飛行器將利用M250渦軸發動機帶動發電機，為6個電動機供動力，並為電池充電。基於M250的混合動力系統功率從500kW到1MW不等，具備有串聯混動、並聯混動和混聯混動三種形式。這三種形式的混合動力系統都已於今年3月份成功通過地面測試，將為2021年上天試飛奠定基礎。

羅羅開發的VTOL飛行器，採用基於M250發動機的混合動力系統 。

在當初還沒有被波音收購時，極光飛行科學公司應DARPA的需求開發了一款名為XV-24A飛行器。XV-24A雖然也屬於VTOL飛行器，但比一般城市空中交通領域出現的型號要大許多，例如貝爾的Nexus最大起飛重量約2.7t，但XV-24A的最大起飛重量可達5.5t。XV-24也採用混合動力系統，用羅羅AE1107渦軸發機來驅動3台霍尼韋爾的1MW級發電機，輸出總功率可達3MW，用來驅動24台電動涵道風扇。然而，在完成縮比模型飛行試驗後，XV-24A項目最終被DARPA取消。雖然極光公司打算將該機推向民用市場，但前景並不明朗。

採用分散式電動推進系統XV-24。

混合動力在尺寸更大的飛行器上的應用也在推進。

空客、羅羅和西門子聯合開發了E-Fan X電動飛機，該機由一架Bae146支線客機改裝而來，項目目標是測試一種功率達2MW的串聯式混合動力推進系統。在這架BAe146的機身上，其中一台發動機被換成了由2MW電動機驅動的風扇。在飛機巡航飛行時，電動機的電力主要由安裝在機身內的羅羅AE2100渦軸發動機驅動的一台2.5MW的發電機提供；在起降等需要加大動力的場合，由電池提供額外2MW的電力。

空客E-Fan X驗證機方案。

鋰電池仍需進一步努力

相比於純電動飛行器，發展混合動力飛行器顯然更為現實一些，特別是在現在鋰電池技術還需要進一步提高的背景下。目前，鋰電池可以為eVTOL的原型機的試飛提供足夠的動力，但是要使其達到商業應用還需要進一步發展。鋰電池能量密度仍在限制其在飛行器上的應用。

鋰電池能量密度發展趨勢。

鋰電池技術的發展目標是能量密度達400Wh/kg，這就可以滿足很多飛機的需求，而目前很多應用已經接近這個數字。UBER投資的eVTOL飛行器計劃採用能量密度為350Wh/kg的鋰電池，空客的Vahana採用的鋰電池能量密度達到300Wh/kg以上。然而，要實現更高的能量密度，預計需要新的化學介質，目前技術發展還在止步不前。此外，電池重量過大也阻礙了更大型純電動飛行器的實用化進程。

對此，一些航空發動機公司的態度不一。羅羅公司態度較為樂觀，認為如果從需求角度來看，全電驅動的小型eVTOL飛行器還是比較容易實現的。加普惠公司謹慎一些，認為電池技術發展不會有那麼快，但也表示全電驅動的垂直起降飛行器必將成為城市生活的一部分。賽峰集團相對較為悲觀，認為未來20年內，能支持電動垂直起降飛行超過30分鐘、載荷超過100 kg的全電動飛行器還無法出現，並認為，在未來相當長一段時間內，這類飛行器可能還需要依賴於混合動力系統。

文章來源：國際航空

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