油電混合動(dòng)力飛機(jī)可不間斷飛行900公里
一個(gè)多月前，一架名為DA36 E-Star2的滑翔機(jī)出現(xiàn)在奧地利維也納的新城機(jī)場(chǎng)，完成了一小時(shí)的首航。它由西門子、鉆石飛機(jī)公司和歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)（空客的母公司）共同研發(fā)，它采用串聯(lián)式混合電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，充滿電并加滿油后，能夠不間斷地飛行
這種可以延長(zhǎng)續(xù)航里程的混動(dòng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，雪佛蘭Volt增程型電動(dòng)車采用的就是這種技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力并不直接驅(qū)動(dòng)車輪，只是用來發(fā)電。在電池電力驅(qū)動(dòng)下，雪佛蘭Volt最多可以行駛
與雪佛蘭Volt的技術(shù)原理相同，DA36 E-Star2飛機(jī)的串聯(lián)式油電混合動(dòng)力系統(tǒng)，也是將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)這三部分動(dòng)力總成串聯(lián)在一起，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能被存儲(chǔ)到電池中，再由電動(dòng)機(jī)通過變速裝置驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的螺旋槳。在這種設(shè)計(jì)下，飛機(jī)在起飛和降落時(shí)完全不用內(nèi)燃機(jī)，主要靠裝載在機(jī)翼上的電池來驅(qū)動(dòng)；而當(dāng)飛機(jī)在空中進(jìn)入巡航狀態(tài)時(shí)，飛機(jī)搭載的燃油驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)將為電池充電。
西門子中國工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)的
這也是在后面你將看到的幾個(gè)方案中，都不約而同將飛機(jī)起飛和降落階段設(shè)計(jì)成用電驅(qū)動(dòng)完成的原因：它們是飛機(jī)噪音最大、對(duì)環(huán)境造成的污染最嚴(yán)重的階段，如果能改為電力驅(qū)動(dòng)，環(huán)保、節(jié)能的目標(biāo)也就可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)了。
DA36 E-Star2屬于第二代機(jī)型，全機(jī)凈重比上一代減少約
對(duì)航空行業(yè)而言，這也被視為一個(gè)重大進(jìn)步。雖然油電混合動(dòng)力技術(shù)目前還只是用在小型飛機(jī)上，但就在幾年前，用電池驅(qū)動(dòng)飛機(jī)還僅僅存在于設(shè)想之中。西門子混合飛機(jī)項(xiàng)目主管Frank Anton預(yù)測(cè)，2020年之內(nèi)有可能出現(xiàn)4座混合動(dòng)力飛機(jī)，19座的混合動(dòng)力飛機(jī)則要到2020年之后。
只有真正的大型油電混合客機(jī)的出現(xiàn)，才意味著油電混合這一技術(shù)在航空領(lǐng)域的商業(yè)化—這也是目前最現(xiàn)實(shí)的“環(huán)保飛機(jī)”的技術(shù)方案。而隨著DA36 E-Star2的成功試飛，未來出現(xiàn)載客量百人以上的混合動(dòng)力商用飛機(jī)已經(jīng)不是異想天開了。在2013年巴黎航空展上，歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)（EADS）和航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商Rolls-Royce公司聯(lián)合公布，將研發(fā)混合動(dòng)力概念機(jī)型E-Thrust客機(jī)。它可以搭載120名旅客飛行2小時(shí)，目標(biāo)是在2050年推出。兩家公司表示，E-Thrust客機(jī)與現(xiàn)代客機(jī)相比，能減少75%的二氧化碳排放。
在公布的概念圖中，E-Thrust的兩側(cè)機(jī)翼下方共裝有6個(gè)電動(dòng)渦輪扇葉，為飛機(jī)提供推進(jìn)力。飛機(jī)搭載了以生物燃料為動(dòng)力的大型發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生的電力被存儲(chǔ)在機(jī)身中部的電池組中，用于驅(qū)動(dòng)6個(gè)電動(dòng)渦輪扇葉。這些扇葉被設(shè)計(jì)成隱藏于機(jī)翼之下，能夠降低風(fēng)阻，并且將后方產(chǎn)生的氣流化為推力。在機(jī)尾還有一個(gè)渦輪引擎，可吸收機(jī)身上部流過的邊界層氣流，進(jìn)一步降低整個(gè)飛機(jī)的風(fēng)阻。
當(dāng)E-Thrust飛機(jī)起飛及爬升時(shí)，機(jī)翼下方的6個(gè)渦輪扇葉靠電池產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力；在巡航高度，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)電池進(jìn)行充電；另外在飛機(jī)下降處于滑翔狀態(tài)時(shí)，渦輪扇葉也能夠?yàn)殡姵匮a(bǔ)充電力。
波音公司提出的Sugar Volt混合動(dòng)力概念機(jī)更為大膽一些。它的目標(biāo)是讓這款新型飛機(jī)在2035年飛上藍(lán)天，能夠搭載154名旅客，最大航程達(dá)到
與DA36 E-Star2和E-Thrust稍有不同，Sugar Volt采用的是并聯(lián)式油電混合動(dòng)力技術(shù)，在驅(qū)動(dòng)扇葉的軸上加裝了一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)，在起飛時(shí)由燃油引擎和電池共同為飛機(jī)提供動(dòng)力。這樣做的目的是當(dāng)飛機(jī)起飛時(shí)，由電池增加的額外推力能縮短起飛時(shí)間，同樣達(dá)到環(huán)保目的。一旦飛機(jī)達(dá)到巡航高度，它就可以完全切換到電池供電的模式，以降低燃油消耗和氮氧化物的排放。飛機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)前，可以在機(jī)場(chǎng)進(jìn)行充電。
雖然將傳統(tǒng)引擎和電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合的全集成驅(qū)動(dòng)技術(shù)在不斷進(jìn)步，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)變得更輕、效率更高，但電池的存儲(chǔ)能力目前仍是制約大型混合動(dòng)力飛機(jī)發(fā)展的瓶頸。
波音公司Sugar Volt研究小組的一份報(bào)告指出，技術(shù)人員要求每千克電池能提供的能量為750瓦特/小時(shí)，但目前最好的電池，每千克只能提供180瓦特/小時(shí)。如果安裝過多電池模塊，會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)的重量增加。
為此一些電池公司正在研發(fā)高性能的產(chǎn)品，歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)研發(fā)的一種新型電池，每千克可以存儲(chǔ)1000千瓦時(shí)電能，相當(dāng)于傳統(tǒng)鋰電池的5倍。這個(gè)產(chǎn)品目前仍在開發(fā)，對(duì)此的一個(gè)樂觀估計(jì)是，或許不用等到2050年，混合動(dòng)力飛機(jī)就能用上性能良好的電池。再仔細(xì)想想的話，它應(yīng)該也能帶動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。
就目前而言，混合動(dòng)力技術(shù)在汽車行業(yè)已經(jīng)被證明是一種行之有效的環(huán)保技術(shù)，而它在航空領(lǐng)域也應(yīng)該有著廣闊的前景。雖然我們還無法做到完全脫離礦物燃料，但新技術(shù)的涌現(xiàn)可以推動(dòng)交通運(yùn)輸業(yè)在環(huán)保方面不斷進(jìn)步。在更靠譜的方案出現(xiàn)以前，我們還是期待混合動(dòng)力客機(jī)早日投入商用吧。
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