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电动飞机未来或将改变我们的生活

时间:2018-07-09 08:17:08 来源:TC 评论:0 点击:0
  2008年,电动汽车经历了油价上涨引发的重生。现在是2018年,我们或将在电气航空领域再次重生。几十年来,航空领域和各个方面都取得了进展。1986年,Burt Rutan在世界各地进行了第一次不间断的,没有燃料的飞行。
 
  现在,30年后,世界各地的另一次旅行已经完成,标志着第一次电力环球航行。这次远征始于阿布扎比,16个月后  降落在旅程开始的地方。这架飞机不同于此前的其他飞机,没有发射,也没有燃烧燃料。取而代之的是,它使用太阳能电池板、电动马达和4个41千瓦时的锂离子电池。
 
  它被称为“太阳脉冲2”,它在2016年完成飞行时改变了航空世界。从那时起,电动商用飞机的愿景已经从梦想变为可能。
  包括电动飞行在内的前景是积极的,削减当前航空燃料的使用,减少排放,创造一个更清洁的环境。
 
  根据欧盟委员会的报告,目前飞机排放量约占欧盟温室气体排放总量的3%,约占世界温室气体排放量的4%。这是一个相当大的百分比正在以很快的速度增长。相比之下,在从伦敦飞往纽约的航班上,每人的排放量大约相当于欧洲一个人全年的所需排放量。
 
  通过电动航空的持续发展,目前还在增长的排放量可以进一步减少。它将使欧盟雄心勃勃的碳排放量目标更可行,到2030年将温室气体排放量减少到比1990年水平低40%,到2050年减少到比1990年排放量低80%。
 
  从乘客的角度来看,电动飞机是一个巨大的利好。新飞机将导致更便宜的机票,降低的噪音和更高的爬升率。使用电动发动机,飞机能够在空气阻力较小的高海拔地区保持性能,而不像在这些海拔高度运行效率较低的内燃机。因此,飞机发动机必须不需要那么强大,就可以产生相同的速度。
 

Getty Images供图

挑战
 
  尽管围绕电动飞行理想已经有很多炒作和创新,但在我们的商业航班由电动发动机提供动力之前还有很长的路要走。Burt-Rutan设计的Long-EZ 是近期电动飞行的一个例子。2012年,作为最快的电动飞机之一,这架飞机以每小时202.6英里的速度行驶,并搭载了一名乘客。与波音787相比,波音787的飞行速度为585英里/小时,载客超过242人。按照目前的电池和电机技术的步伐,直到2030年,甚至混合动力电技术才会用于商用航空,离纯电动商飞目标的实现还有很长的路要走。
 
  目前正在进行一项称为NASA电动飞机试验台的项目。该项目正在研究当前电动飞行的技术障碍。使用这种试验台,达到提高效率和减轻重量的目标。随着技术的改进,测试台可以适应越来越大的发动机。
 
  存在的另一个挑战是创建可以使用的实用冷却系统。这些系统的热管理将需要一个能够在飞行中防止出现50到800千瓦热量的系统。用于高功率电子设备的集成功率模块需要冷却系统。为了改善热性能,需要开发材料,并且开发一种用于电力电子冷却的轻量化系统。超导和过冷电子器件将需要降低飞机的电阻。

电池
 
  在电池方面,最重要的限制因素不是发动机的重量,也不是飞机的设计,而是电池的重量。目前的电池还不能提供电动航空所需的功率重量推动比。目前,喷气燃料产生的能量比同等质量电池所产生的能量多43倍。电子航空工业正在大做文章,认为未来的能源储存技术将显著改善。电池能量密度每年可提高5~8%。为了使电池在小规模的航空工作中经济可行,他们需要达到其电流密度的五倍。好的一点是,飞机的设计越来越好,随着时间的推移,飞机需要越来越少的动力。
 
  一旦解决了所有这些问题,就存在另一个问题。如何快速有效地更换电池,提升飞机快速周转时间从降落到接载新乘客并起飞?最好的解决方案是电池更换,但即便是这种解决方案也存在困难。电池比燃气轮机具有更高的维护成本,并且最重要的是在使用1500次充电循环后需要更换。此外,当需要对这些电池充电时,电力消耗也很高。
 
当前竞争
 
  Zunum Aero  是一家由波音和捷蓝航空公司支持的公司,自2013年以来一直致力于10至50座混合动力电动支线飞机系列。他们于2017年10月开始开发一款12座飞机,目标是在2020年实现飞行。该设计包括一系列混合管道风扇,仅由电池供电,用于短途旅行,并提供1兆瓦至4-5兆瓦的范围扩展发电机。一个燃气轮机将用于驱动两台550kW发电机,以便将飞机的航程延长至700海里。2018年2月宣布Zunum正在建造其第一个原型。
 
 

照片由Zunum提供

  空中客车E-Fan X  正在与劳斯莱斯和西门子一起开发,作为混合动力电动航空公司的示范。这架飞机的开发基于空中客车电子风扇完成的工作,这是一种由空中客车公司开发的原型双座电动飞机。它使用车载锂离子电池为两个电动机供电。首次飞行于2014年,E-Fan的续航时间为60分钟。E-Fan X系统包括一个电机和发电机,它不是低温冷却也不是超导,导致效率损失超过15%。他们希望在通往全电动飞机的道路上,制造一种能够在2020年飞行的混合动力电动模型 ,同时进一步开发该技术。

照片由空客提供

  Eviation Alice  是一架由 Eviation Aircraft开发的以色列电动 飞机。这架飞机有三个螺旋桨,两个在翼尖上,一个在飞机机身的后部。该飞机采用电动推进系统,采用95%复合材料研制而成。该公司成立于2015年,目前正在制造其所有电动商务和通勤飞机的第一个原型。


照片由Eviation提供

  Wright Electric  是一家创业公司,旨在创造一种使用电池并且距离不到300英里的商用客机。 该公司成立于2016年,并从硅谷加速器Y组合等团体获得风险投资。2017年9月,英国廉价航空公司EasyJet宣布,它将在2027年与Wright Electric合作开发一种电动180座飞机。到目前为止,该公司已经建立了一个双座概念证明,其中包含600磅的电池。


照片由Wright Electric提供

  Ampaire  是一家新近成立的公司,目前正在承担开发改装电动飞机的重任,目标是到2020年底获得FAA认证。 该飞机  将能够搭载7-9名乘客,行程可达100英里。该公司希望开发一种电池交换系统,并希望明年试飞。

  Joby Aviation  在过去十年中一直致力于开发自己的电动机及其目前的垂直起降设计。该公司最近获得了1亿美元的B系列融资,为生产和认证做准备。据报道,新模型正在开发中,一次充电可飞行多达五人,最远飞行150英里。这对于电动飞机来说非常重要,并且可以在商业航空领域内用于非常短的飞行航班。


Joby / NASA合作照片X57由美国宇航局提供

  在未来几年街道上将充满电动汽车,这使我们不能忘记,在我们的天空中商用电动飞行还有很长的路要走。一旦越过电池、引擎和设计的障碍,这些飞机很快就要起飞了。