中國航空報訊：3月27日，美國航空航天局發佈了備受期待的全電動飛機“X-57”Maxwell最終構型概念圖。就在前不久，美國能源部先進能源研究計劃署也宣佈資助5500萬美元開展“協調冷卻的集成驅動電動機”和“低碳高效率航空電混合動力系統”兩大研發項目，旨在推動窄體商用客機低成本高性能航空電動發動機技術和高效燃燒碳中性航空燃油的動力系統研究。
被稱為新一輪“飛行革命”的電動航空時代已然到來。在專家們看來， 電動航空因其諸多優勢，已成為世界航空領域發展的前沿熱點。在全球都站在同一“起跑線”時，中國應努力佔領電動航空技術的制高點。
下一代飛機的方向
國際航空運輸協會呼籲， 應通過全球性的解決方案來減少航空業排放，並提出航空業的減排目標——到2050年，碳排放量比2005年淨減少50%。“零排放”的電動飛機的出現則為從根本上實現綠色航空、完成減排目標開闢了一條“充滿希望”的路徑。
“電動飛機是以電動機帶動螺旋槳、涵道風扇或其他裝置產生前進動力的飛機。”北京航空航天大學航空科學與工程學院教授黃俊表示。
與燃油發動機相比，電動機在環保方面有諸多優勢。機載公司高級專務、航空電力系統航空科技重點實驗室主任李開省指出，電動航空的核心和關鍵聚焦“三電”，即電動機、電控和電池（動力來源）。由它們組成的電推進系統使飛機排放接近於零排放、零汙染，從而減少碳排放稅的繳納，降低成本。此外，電動航空產生的噪聲相對較小，電動機的工作效率也要比燃油發動機高很多。
“這是我們下一代飛機的發展方向。誰在電動航空的關鍵核心技術， 特別是電推進技術上領先，誰就有可能領先世界。”李開省說。
當前，各國政府、高校、科研院所和企業等都在加快關鍵技術研發， 試圖佔領技術高地。專家表示，美國能源部支持的項目正是試圖解決電動機“高功率、小重量與協調發熱冷卻”以及動力能源系統這兩大核心問題。
“未來，在堅持執行碳排放標準的情況下，傳統超排放量的飛機有可能遭遇飛行受限，甚至被淘汰。誰先研發出可商用的電動飛機，誰就會搶佔先機。所以，我們需要儘早進行戰略佈局。”黃俊說。
核心技術尚待突破
對於電動飛機來說，專家們一致認為，電推進系統是電動飛機技術發展的核心，電動飛機的性能和用途主要取決於其電推進系統。而電池則是電推進系統的關鍵部件之一，備受關注的是鋰離子電池、氫燃料電池、太陽能電池、超導電容等。
電池技術需要考慮能量密度、安全性、充電速度、環保性等多方面因素。儘管近年來電池技術已取得較大發展，但仍無法兼顧安全性和續航能力。“飛機的重量其實就是阻力，飛機設計講究‘為每一克重量而奮鬥’。若電池很重或儲存不了太多電量，則意義不大。因此，我們還有很長一段路要走。”清華大學航天航空學院教授陳海昕說。
目前，飛機燃油的能量密度大約為12700千瓦時/千克，而電池能量密度最大僅能夠達到500瓦時/千克， 兩者相去甚遠。高能量密度、長壽命的電池技術亟待突破。
“不過，傳統燃油發動機效率較低，當電池能量密度提高到一定程度時，就有可能取代傳統的發動機。但目前要採用電力系統直接驅動大型飛機還有一定困難。”對此，李開省建議， 可採取混合動力推進技術作為過渡方案。
李開省認為，電動航空的下一代核心技術還應關注集成電力電子控制技術，其中碳化硅高溫電力電子技術是研製電力系統高功率密度變換器的關鍵。此外，還有電動飛機整體設計技術。
抓住彎道超車的好時機
目前，4座及以下的小型電動飛機已試飛成功，部分取得適航許可。如我國自主研製的RX1E銳翔雙座電動輕型飛機和4座電動飛機RX4E均已首飛成功，前者已應用於飛行員教練機；法國空客集團的全電動E-Fan驗證機也即將作為教練機使用。
在可預見的未來，小型電動飛機將廣泛應用於短途運輸、觀光旅行、航空測繪、“空中的士”等領域，給乘客以更安靜、高效、便利的飛行體驗。但是，更大座級的客機還停留在概念圖和設計圖上，要想製造出150座級的大型商用電動飛機，至少還需要20年時間。
當前，各國政府與企業紛紛加大電動飛機研發力度。據不完全統計， 截至2019年6月，全球約有170個在研電推進飛機項目，主要集中於北美和歐洲地區。我國電動航空業也如雨後春筍般全面發展，專家們呼籲， 國家應加大支持力度，提高其行業競爭力。
陳海昕表示，不妨讓企業先動起來，“百花齊放”，讓市場需求驅動技術的發展，國家發揮引導作用。李開省表示，目前正是我國實現彎道超車的好時機，在科研院所、民企和國企各自發揮優勢的同時，國家可組建電動航空國家隊加強攻關力量，不僅推動整個行業發展，還將帶動超導等工業大發展。更重要的是，需要制定電動航空技術的發展戰略和路線圖，分階段、分批實施，做到有的放矢。
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