网站原创如果你认为油电混合动力汽车已经不稀奇的话,那么飞机呢?
一个多月前,一架名为DA36E-Star2的滑翔机出现在奥地利维也纳的新城机场,完成了一小时的首航.它由西门子、飞机公司和欧洲宇航防务集团（空客的母公司）共同研发,它采用串联式混合电力驱动系统,充满电并加满油后,能够不间断地飞行900公里.
这种可以延长续航里程的混动技术已经被广泛应用于汽车领域,雪佛兰Volt增程型电动车采用的就是这种技术.发动机产生的动力并不直接驱动车轮,只是用来发电.在电池电力驱动下,雪佛兰Volt最多可以行驶80公里.当车载电池电量消耗至最低临界限值时,车载燃油发动机自动启动,驱动发动机为电池充电,从而实现高达490公里的续航里程.
与雪佛兰Volt的技术原理相同,DA36E-Star2飞机的串联式油电混合动力系统,也是将发动机、发电机和电动机这三部分动力总成串联在一起,由发动机驱动发电机发电,电能被存储到电池中,再由电动机通过变速装置驱动飞机的螺旋桨.在这种设计下,飞机在起飞和降落时完全不用内燃机,主要靠装载在机翼上的电池来驱动；而当飞机在空中进入巡航状态时,飞机搭载的燃油驱动发动机将为电池充电.
西门子中国工业业务领域驱动技术集团的侯轩博士告诉《第一财经周刊》,“串联式混合动力的好处是,飞机的发动机随时可以关闭,只使用电力来驱动,飞机在起飞和降落时可以减少碳排放,降低机场环境的噪音污染.”DA36E-Star2实现了无噪音起飞,并使燃料成本和排放量降低了25%.
这也是在后面你将看到的几个方案中,都不约而同将飞机起飞和降落阶段设计成用电驱动完成的原因：它们是飞机噪音最大、对环境造成的污染最严重的阶段,如果能改为电力驱动,环保、节能的目标也就可以在很大程度上实现了.
DA36E-Star2属于第二代机型,全机净重比上一代减少约100公斤,输出功率提升了约15%.该混合动力飞机的推进系统包括一套西门子全集成驱动系统,一台发电机及一台30千瓦的恒定低输出小型Wankel发动机,在飞机起飞期间可提供80千瓦的输出功率,持续输出功率则为65千瓦,是首款原型电机的两倍,约是标准工业电机的六倍.这些都意味着该类型飞机可以支持的实际运载量和航程已经达到了商用飞机的要求.
对航空行业而言,这也被视为一个重大进步.虽然油电混合动力技术目前还只是用在小型飞机上,但就在几年前,用电池驱动飞机还仅仅存在于设想之中.西门子混合飞机项目主管FrankAnton预测,2020年之内有可能出现4座混合动力飞机,19座的混合动力飞机则要到2020年之后.
只有真正的大型油电混合客机的出现,才意味着油电混合这一技术在航空领域的商业化—这也是目前最现实的“环保飞机”的技术方案.而随着DA36E-Star2的成功试飞,未来出现载客量百人以上的混合动力商用飞机已经不是异想天开了.在2013年巴黎航空展上,欧洲宇航防务集团（EADS）和航空发动机制造商Rolls-Royce公司联合公布,将研发混合动力概念机型E-Thrust客机.它可以搭载120名旅客飞行2小时,目标是在2050年推出.两家公司表示,E-Thrust客机与现代客机相比,能减少75%的二氧化碳排放.
在公布的概念图中,E-Thrust的两侧机翼下方共装有6个电动涡轮扇叶,为飞机提供推进力.飞机搭载了以生物燃料为动力的大型发电机,产生的电力被存储在机身中部的电池组中,用于驱动6个电动涡轮扇叶.这些扇叶被设计成隐藏于机翼之下,能够降低风阻,并且将后方产生的气流化为推力.在机尾还有一个涡轮引擎,可吸收机身上部流过的边界层气流,进一步降低整个飞机的风阻.
当E-Thrust飞机起飞及爬升时,机翼下方的6个涡轮扇叶靠电池产生驱动力；在巡航高度,飞机发动机开始运转,并对电池进行充电；另外在飞机下降处于滑翔状态时,涡轮扇叶也能够为电池补充电力.
波音公司提出的SugarVolt混合动力概念机更为大胆一些.它的目标是让这款新型飞机在2035年飞上蓝天,能够搭载154名旅客,最大航程达到6480公里,要比现今的客机节省70%的燃油,氮氧化物排放减少75%.这个概念机型有着比现有的客机更大的翼展—长达61米,能带来更大的升力.
与DA36E-Star2和E-Thrust稍有不同,SugarVolt采用的是并联式油电混合动力技术,在驱动扇叶的轴上加装了一个电动马达,在起飞时由燃油引擎和电池共同为飞机提供动力.这样做的目的是当飞机起飞时,由电池增加的额外推力能缩短起飞时间,同样达到环保目的.一旦飞机达到巡航高度,它就可以完全切换到电池供电的模式,以降低燃油消耗和氮氧化物的排放.飞机在执行飞行任务前,可以在机场进行充电.
虽然将传统引擎和电动机、发动机结合的全集成驱动技术在不断进步,驱动系统变得更轻、效率更高,但电池的存储能力目前仍是制约大型混合动力飞机发展的瓶颈.
波音公司SugarVolt研究小组的一份报告指出,技术人员要求每千克电池能提供的能量为750瓦特/小时,但目前最好的电池,每千克只能提供180瓦特/小时.如果安装过多电池模块,会导致飞机的重量增加.
为此一些电池公司正在研发高性能的产品,欧洲宇航防务集团研发的一种新型电池,每千克可以存储1000千瓦时电能,相当于传统锂电池的5倍.这个产品目前仍在开发,对此的一个乐观估计是,或许不用等到2050年,混合动力飞机就能用上性能良好的电池.再仔细想想的话,它应该也能带动电动汽车的发展.
就目前而言,混合动力技术在汽车行业已经被证明是一种行之有效的环保技术,而它在航空领域也应该有着广阔的前景.虽然我们还无法做到完全脱离矿物燃料,但新技术的涌现可以推动交通运输业在环保方面不断进步.在更靠谱的方案出现以前,我们还是期待混合动力客机早日投入商用吧.