2040油电混动飞上天

卢西

面对越来越严苛的环保标准，汽车行业几十年前就开始进行混动技术的尝试，到如今已经有了很深的技术积累，在减排方面卓有成效。但迄今为止在商用航空市场还没有混动飞机的身影，甚至没有具体的技术研发项目。

直到挪威政府最近提出将于2040年短途航空全部由混动和电动飞机来执飞，再次表现出北欧国家在环保领域的巨大野心。挪威机场运营商阿维诺尔公司表示非常支持，承诺将多采购混动甚至电动飞机来鼓励飞机制造商。

由于飞机对动力的巨大需求和涡轮发动机的结构，不能像汽车发动机一样安装三元催化器降低氮氧化合物排放。通用电气公司在GEnX、Leap等最新商用发动机项目中大幅提高发动机效率降低排放，其核心在于其先进的燃烧室技术。但降低的排放几乎只在巡航状态中，地面滑行和低空飞行时，氮氧化合物排放几乎没有变化，还是非常高。而这部分的排放恰恰是对人类和环境影响最大的。

所谓混动飞机现指在机场滑行和低空飞行时由纯电驱动以消除排放，在高空巡航时才开启增程燃气轮机。这也并不是一个全新的概念。

至少从空气动力学来说，并不新。现代超大涵道比商用涡扇发动机的推力，90%以上都是由外涵道风扇制造的，更像是一台燃气轮机驱动同轴的推力风扇。而电动推力风扇则是完全省去了内涵道，由电动机来驱动推力风扇。可以说混动飞机的动力架构甚至比混动汽车更简单，飞机由电动风扇驱动，风扇的电能来自电池和增程燃气轮机（涡轴发动机）。如果没有增程需求，甚至连燃气轮机都省了，就成了纯电动飞机。降低风扇噪音的同时由内涵道和APU产生的噪音也全部被避免。

但，不新并不代表不难。混动飞机最大的限制就是电池。一台起飞重量16吨的DHC-8-100/200，装备两台普惠PW120系列发动机输出总功率大约3兆瓦。输出3兆瓦的电池需要极强的散热系统，并且安全性被极大降低，载人商用飞行很不适用。而A320级别的干线窄体客机如果用电驱动起飞，则功率需求超过50兆瓦。输出功率还不是最难克服的。

最大的难点在于电池能量密度，锂离子电池为最高每千克0.65兆焦耳，而航空煤油Jet-A则有超过40兆焦耳/千克的能量密度。飞行对重量非常敏感，如此巨大倍数的能量密度差距，加上电力系统需要额外的导线和控制系统，再加其各有冗余，毕竟常温超导还不存在。会极大降低飞机的效率，限制航程。

NASA已经开展了部分探索，包括在地面建造全套的混动飞机动力架构进行测试，以及电動推力风扇的研发和风洞测试。也提出过较为保守的方案：一台涡扇在机尾，制造推力的同时输出电力给翼吊布局的两台电推风扇提供动力。这个方案同时整合了涡扇发动机附面层吸入技术，发动机吸入整个机身造成的低速附面层，这可以提高发动机外效率。

西门子在航空用大功率密度电机已经有了一定的技术积累，和空客与罗罗组成合资公司。对一台BAE146支线飞机进行改造，将其一台涡扇发动机换为2兆瓦功率的电动风扇。并在机身内部加装一台燃气轮机。另一航空巨头波音当然不能袖手旁观，与捷蓝航空在西雅图成立公司致力于开发混动飞机。

挪威想要在2040年实现目标，但是一台传统布局传统动力的商用飞机的立项到投入商用尚需要经过大约6～7年的时间，况且这套全新的动力架构需要全新的结构。更况且现在最核心的部分：电池、输电系统在可预见的未来内难有巨大突破。

虽然困难重重，但是面对越来越严苛的环境问题和越来越高的航空旅行需求，工程师总是需要想方设法找到可行路线。现在看来非常不切实际，但技术的进步就是这么一点一点实现的啊。