提起綠色出行，人們可能很少會聯(lián)想到飛機。事實上，航空業(yè)對于環(huán)境的影響不容忽視。隨著全球航班數(shù)量快速增長，航空業(yè)面臨著可持續(xù)發(fā)展的命題。
在新能源汽車領(lǐng)域，混合動力汽車由于兼具燃油車與電動車的優(yōu)勢受到不少消費者青睞。仰望天空，多國政府和企業(yè)也開始試水混合動力飛機技術(shù)，目前全球公開的相關(guān)研發(fā)項目超過30個。與制造混合動力汽車類似，混合動力飛機采用“燃油發(fā)動機+電驅(qū)動系統(tǒng)”架構(gòu)，但從技術(shù)需求和實現(xiàn)途徑來說，兩者存在鮮明差異。
首先是使用工況不同。一般飛機在起飛后，絕大部分時間維持在最大轉(zhuǎn)速80%左右的巡航狀態(tài)，不存在汽車行駛過程中的怠速與高速頻繁切換問題，也就不必像混合動力汽車一樣，需要考慮發(fā)動機和電動機在不同轉(zhuǎn)速段的分工。其次是對重量容忍度有別。在飛機設(shè)計界有“為減輕每一克重量而奮斗”的說法，任何增重都會對飛機的機動性和續(xù)航性能產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)前，鋰電池的單位重量能量密度不僅與航空燃油相差了40倍，而且在放電之后，對于后續(xù)飛行無法再產(chǎn)生效益。所以，為短時間提升性能而搭載電池的做法并不適合大多數(shù)飛機。
盡管與汽車工業(yè)的應(yīng)用思路相去甚遠(yuǎn)，混合動力技術(shù)在航空領(lǐng)域仍有用武之地。一旦形成突破，完全有可能掀起飛機動力系統(tǒng)的一場革命。
從飛機內(nèi)部看，燃油效率有望借此提升。目前客機采用的噴氣發(fā)動機僅將40%左右的燃料燃燒能量轉(zhuǎn)化為飛機動力。為進(jìn)一步提升燃油效率，噴氣發(fā)動機需要借助更大直徑的進(jìn)氣風(fēng)扇產(chǎn)生更大推力。為了風(fēng)扇更大，在高速渦輪轉(zhuǎn)子與低速風(fēng)扇間，必須通過一套減速機構(gòu)來匹配兩端不同的轉(zhuǎn)速等。而通過渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電，再由電機驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，不僅將提升燃油效率，還比傳統(tǒng)機械減速器結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、故障率低。類似的混合動力系統(tǒng)目前已在百噸以上巨型礦用自卸車、艦船等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
從飛機外部看，氣動效率也可以進(jìn)一步提高。飛機飛行過程中，離機體表面越近處，氣流相對機體速度越低，不同距離上，不同速氣流之間互相拉扯，形成了飛機的摩擦阻力。目前有一種減阻方案，將過去集中吊掛在翼下的發(fā)動機，拆分為專供發(fā)電的核心機和多個安裝在機翼上表面后緣的分布式電動推進(jìn)器。這樣，每個推進(jìn)器在產(chǎn)生推力的同時，通過在飛機表面不斷向后抽吸，能提升機體表面氣流速度，減少氣動摩擦阻力。與過去相比，混合動力系統(tǒng)中專供發(fā)電的核心機易于實現(xiàn)更高的熱效率，電動推進(jìn)器結(jié)構(gòu)也更為簡單，重量、成本更具優(yōu)勢。
綜上所述，混合驅(qū)動方式對飛機的影響將不僅停留在動力系統(tǒng)本身，很可能會進(jìn)一步向氣動外形等多個領(lǐng)域拓展，為航空業(yè)的發(fā)展帶來新方向與新思路。
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