航Sir带你认识电动飞机

李会超

周六的上午阳光明媚，又是一个适合飞行的好天气。今天我带鹏鹏来到了一座通用航空机场，和那些繁忙的商业客运机场不同的是，这种机场起降的一般都是以螺旋桨为动力的小型飞机，主要是为了满足飞行爱好者学习驾驶飞机或体验飞行的需要。有时，这里也可以执行喷洒农药和航拍测绘等任务。言归正传，今天我们来这里主要是为了体验一种新型飞机。

到底是什么新型飞机呢？我已经等不及了！

别急，听说你家最近买了一辆电动汽车？你觉得电动汽车怎么样？

很好呀，與以前需要烧汽油的汽车相比，电动汽车行驶起来更安静，而且车行驶起来的时候排气管也不会再向空气中排放尾气了，环保了很多。

从电动自行车到电动汽车，电能交通工具的普及对我们空气环境的改善有很大的帮助！今天，我要带你体验的就是电动飞机！我们看看电动飞机乘坐起来是不是也和电动汽车一样舒适安静吧。

这架飞机是由空中客车公司研制开发的E-Fan型电动飞机。这种纯电动飞机在2014年3月11日才刚刚首飞成功。2015年7月10日，法国飞行员迪迪埃·埃斯蒂纳驾驶这种飞机从英国起飞，花了36分钟横跨英吉利海峡，成功在法国安全着陆。1909年，法国飞行员路易·布雷里奥驾驶“布雷里奥Ⅺ”轻型飞机横越英吉利海峡，被大家视为航空发展史上的一座里程碑。而E-Fan作为第一款靠自身动力起飞的电动飞机能够成功横越英吉利海峡，也标志着电动飞机的技术已经取得突破。

我感觉这架电动飞机从外表看，与其他飞机并没什么两样啊。

电动飞机并没有改变飞行的基本原理，它能够起飞同样是依靠高速运动时气流在机翼上产生的升力。所以，电动飞机的外观并没有什么本质上的改变。它最大的改变是发动机！一般的飞机使用的是靠航空燃油驱动的发动机，而电动飞机的发动机换成了电动发动机，靠电能就可以驱动。

E-Fan这种电动飞机只依靠飞机上的电池提供的电能就可以飞行，完全不需要消耗燃油。但是目前也有一些以其他方式使用电能的飞机。例如，有些飞机同时安装了传统的燃油发动机和新型电动发动机。在飞机起飞和爬升等需要很大推力的阶段，飞行员会打开使用电池供电的电动发动机，让它们和普通发动机一起工作。而当对推力的需求较小时，就可以关闭电动发动机了。这样，就在一定程度上既减少了燃油的消耗又解决了目前电动飞机续航能力不足的问题。空中客车正在研发的另一种E-Airhus电动飞机就采用了这样的技术方案。

还有一些飞机会先靠燃油发电机发电，然后再将电能输送到布置在机身不同位置的电动发动机上。由于电动发动机的重量轻、体积小，使用这种结构时，飞机设计师可以随心所欲地在飞机机身的不同位置布置电动发动机，以达到最佳的推进效果。同时，由于仍然要使用燃油，这种飞机不存在续航上的问题。目前，美国国家航空航天局（NASA）就正在进行这类飞机的研发。他们的目标是通过燃油发电机和电动发动机的混合使用，使巡航状态下的飞机消耗的能量降低5倍，使飞行的总成本降低30%，飞行噪声降低15分贝。

原来电动飞机有这么多种动力设计方案呀！

是的，但是目前人们还是最希望能够研发出来像E-Fan这样纯粹使用电能的飞机。毕竟地球上各类燃料有限，而电能却可以通过核能、水力、风能、太阳能等多种方式获取。走，咱们坐上这架飞机，一起到天上飞一图吧。

咦，为什么一点儿声音也没有，发动机的叶片好像也没有旋转？

因为这种飞机的轮子能自己产生滑行的动力呀。一般的飞机，在地面上滑行的推力也是由发动机提供的，因此从停机位滑出时就必须启动发动机，这样一来光是在跑道上滑行就需要消耗不少燃油。而我们刚刚说了，电动飞机的电动发动机很容易布置，而且电动飞机不需要变速箱，只要在机身后部的主起落架上安装小型电机，就能够使飞机在地面上以最高60千米/时的速度滑行，不再需要打开电动发动机。其实，这就跟电动汽车一样，人们喜欢电动飞机除了节能环保以外，最重要的就是乘坐起来安静无噪声。

由于采用了先进的碳纤维复合材料，E-Fan的总重量仅有500千克。通常，飞机在飞行过程中不可避免地要受到迎面而来的空气阻力。飞机性能的一个重要指标就是升阻比。升阻比就是飞机在飞行过程中受到的托举它上升的升力和阻碍它飞行的阻力之间的比例，这个比例越大，说明飞机的气动性能越好。要提高这个指标，就要在飞机外形的设计上下足功夫。由于采用了出色的气动外形设计，E-Fan的升阻比高达16（即升力与阻力的比值为16：1）。在正常飞行时，E-Fan的速度为160千米/时，而它的最大飞行速度可以达到220千米/时。

电量不足了，我们要返航了。电动飞机只能在空中飞行这么短的时间呀？

目前，电池技术还不是很成熟，所以它能提供的电量有限。一架飞机的起飞重量有限，因此只能安装一定重量的电池。在重量一定的情况下，电池储存的电能越多，飞机就能够飞得越远。目前，电动飞机使用的高性能锂电池，储能密度仅为150～250瓦时/千克，而航空界一般认为实用性的电动飞机的电池储能密度至少要达到500瓦时/千克。而即便达到了这个标准，电池的储能密度也仅是航空燃油的二十五分之一。因此，电池的发展还有很长的一段路要走。不仅如此，电池的安全性也是一个需要解决的问题。我们平时乘坐民航客机时，锂电池必须随身携带，一般不允许直接放到行李箱中托运，这是因为锂电池具有易燃的特性，不能处于无人看管的状态。而电动飞机使用了大量锂电池，所以提升锂电池的可靠性和失效时的安全性就尤为重要了。

除了锂电池外，飞机的设计师们也在尝试使用其他的电能来源。例如，瑞士设计的“阳光动力1号”和“阳光动力2号”飞机就是太阳能动力飞机。阳光动力2号还在2015年3月到2016年7月，完成了一次环球飞行，其间它还造访了我国的重庆市和南京市。不过，太阳能产生的电能也很有限，为了布置足够多的太阳能电池板，阳光动力2号使用高达72米的翼展，飞机机翼向两侧延伸的长度已经和世界上最大的民航客机——A380基本一致，但它的起飞重量仅仅约是A380的二百分之一。还有一种能够提供能源的方式叫作“燃料电池”。目前，常用的燃料电池为氢氧燃料电池，氢气和氧气在燃料电池中混合后，并不像在内燃机里那样发生燃烧现象，而是通过电化学反应产生水，同时将自身携带的能量转化成电能。这种燃料电池不会产生污染，具有清洁环保的特点，波音公司已经进行了燃料电池驱动的电动飞机试验。但目前，燃料电池的技术成熟度还比不上锂电池。

听起来，电池可是个大问题，电动飞机的成败全靠它了！我一定要好好学习，长大以后发明出性能最佳的电池，帮助电动飞机超越燃油飞机！

那当然是好呀，如果电池的问题解决了，电动飞机还能有很多用途呢。现在，除了电动通用飞机外，各家电动飞机厂商还在研发电动支线客机和大型电动干线客机。你看这架E-Fan飞机，它实际上就是空中客车公司的电动飞机技术验证机，在这种飞机上获得初步试验成功的各种技术将投入未来的研发中，最终研制出功率高达40兆瓦（1兆瓦=1000000瓦）的大型电动客机。在NASA的资助下，美国的莱特电动公司就正在研发与空客A320、波音737等主流客机载客量相仿的电动客机。如果电池技术的发展较为迅速，这种大型客机将完全使用电力。如果电池技术发展缓慢，这种飞机将采用燃料发动机加上电动发动机的混合动力方案。

其实电动飞机还可能有一种更生活化的应用，那就是城市“飞的”。就像出租车一样，城市“飞的”可以载着我们从城市的一邊快速到达另一边，这样我们就不用担心堵车了。目前，volocopter公司开发的volocopter 2x型电动飞机已经完成了飞行试验，正在和阿联酋迪拜的交通部门洽谈，将这种电动飞机引入城市交通网络。这种飞机的外观和传统的直升机有一些类似，但产生飞行动力的装置由传统直升机的主桨与尾桨的组合变成了18个呈环形排列的小型螺旋桨。由于采用了电能方案，这种飞机不会像传统直升机一样产生巨大的噪声，适合在繁忙又需要安静的城市中运输乘客。

好啦，今天我们就体验到这里吧，鹏鹏现在斗志昂扬，已经跑回家去写寒假作业啦！哈哈，你们呢？