罗罗的绿色航空布局

董帼雄

尽管2020年的日历已经翻过，但新冠肺炎疫情对全球航空业造成的影响仍在继续。2021年伊始，发动机制造商罗罗宣布，由于全球航空市场不景气，考虑到飞机制造商暂时不会推出新机型，公司将暂停下一代超扇发动机（UltraFan）的研发工作。

但罗罗也表示，这并不代表公司会减少对新技术的研发投入，只是将研发方向根据行业发展趋势进行相应的调整。事实上，在宣布暂缓超扇发动机研发之前不久，2020年11月，罗罗高调宣布加入联合国“奔向零碳计划”，规划在未来10年内通过10种技术路径在其业务板块实现净碳零排放的目标。由此可见，与绿色环保相关的技术研发工作将成为未来罗罗的优先发展项。

奔向零碳计划

作为全球宽体客机动力市场的两巨头之一，罗罗在加入联合国“奔向零碳计划”后宣布，将通过开发新产品和新技术，在2050年全行业达到净碳零排放中发挥主导作用，并提出了实现这一目标的10种技术路径。在这10种技术路径中，有一些与航空业息息相关。

传统的燃气涡轮发动机研发方面，在刚刚宣布暂停研制的超扇发动机项目中，罗罗在发动机轴上安装了嵌入式电启动发电机。罗罗认为，如果能将电启动发电机安装在发动机冷端轴上的话，一个100～500kW的集成电动机就能启动发动机，同时使发动机具备足够的发电能力，从而为飞机系统供电。

为了实现这一目标，罗罗启动了“嵌入式电启动发电机计划”。在该计划中，罗罗将一台嵌入式电启动发电机安装在一台阿杜尔军用发动机的低压轴和高压轴上进行试验。按照原计划，罗罗后续还会发展一系列功率高达150kW的嵌入式电启动发电机，以满足大型飞机的电力需求。目前，尽管UltraFan项目被暂时搁置，但罗罗表示，在“奔向零碳计划”中，嵌入式电启动发电机的研制将会继续进行。

在传统燃气涡轮发动机使用方面，罗罗将与高校、科研院所合作，通过电解产生合成燃料，即所谓的电子燃料来替代一部分传统航油，同时罗罗还在评估氢在航空领域中的应用。

数字化技术在罗罗的绿色航空技术布局中也扮演了重要角色。在“奔向零碳计划”中，罗罗正在试图通过使用数字孪生技术收集大量的客户机队信息，从而预测发动机在全生命周期中的表现。未来，罗罗希望这项技术能够帮助航空公司减少油耗。

除了运营环节，罗罗还希望通过数字技术的应用来实现绿色制造。

目前，罗罗位于英国布里斯托尔的新复合材料工厂正在使用低能耗、低排放工艺，并采用最先进的自动化制造技术进行生产。同时，罗罗还在使用虚拟现实技术设计发动机。在“奔向零碳计划”中，罗罗希望通过绿色技术和环保材料的使用，可以实现未来发动机产品在全生命周期结束后，仍有98%的部件和材料可以实现回收利用。

混合电推进计划

尽管传统的燃气涡轮发动机在未来数十年内仍然是主流的飞机动力装置，但对于发动机制造商来说，想要实现燃油效率质的提升已经是一件十分困难的事情了。因此，为了满足对飞机环保性、经济性的要求，以及为了达成国际航空研究合作项目设立的2050年减排目标，无论是飞机设计方还是发动机设计方，都必须大胆创新。

在此背景下，电气化技术成为了航空业实现绿色环保目标的重要手段。为了顺应航空领域电气化的发展趋势，罗罗专门成立了电气部门——罗罗电气（RRE）。在过去几年间，罗罗围绕混合电推进技术的发展进行了大量的探索。

罗罗公司将航空混合电推进系统的未来市场应用分为四大领域，一是2～4座的轻型和超轻型飞机，主要用作飞行训练和航空运动飞行;二是空中出租车或eVTOL，主要用作城市空运领域;三是20座及以下的支线飞机，这类飞行器也可采用垂直起降;四是20～100座的支线飞机。在这一领域，罗罗之前与空客联合研制了E-Fan X飞机验证机项目，但同样由于受到疫情的影响，这一项目已被暂时搁置。

具体来看，在混合电推进方面，罗罗实施了两个主要的项目。一个是基于M250发动机的混合电推进系统。2019年4月，罗罗公司完成了基于M250发动机的混合电推进系统的地面测试，这是公司迈向混合电推进的重要一步，这次测试也是为公司将于2021年开展的空中飞行试验做准备。

2019年11月，罗罗公司宣布开发基于M250混合电推进系统的验证机。演示验证计划采用APUS i-5飞机作为试验平台，该飞机重量约4吨，为常规起降形式。演示验证计划由罗罗主导，为期3年，合作伙伴包括德国航空工程公司（APUS）和勃兰登堡理工大学（BTU）。罗罗表示，该项目旨在验证最为复杂、全面的基于燃气涡轮发动机的混合电推进系统的开发和集成。

值得一提的是，基于M250发动机的混合电推进系统可以采用分布式布局，可应用于多种起飞重量、载荷较小的飞机平台，例如，常规起降飞行器、通用飞机、直升机以及eVTOL等。

另一个则是基于AE2100发动机的混合电推进系统，也就是罗罗与空客、西门子联合研发的基于BAE146支线客机的E-Fan X混合电推进技术验证机，旨在测试功率达2MW的串联式混合电推进系统。

在該项目中，罗罗利用1台安装在机体内的AE2100发动机驱动1台2.5MW的发电机发电，带动1台西门子公司的2MW电动机。该电动机将替代BAE146飞机的4台涡扇发动机中的1台，驱动涵道风扇。2020年，由于受到疫情的影响，E-Fan X项目被暂时搁置，但罗罗方面已明确表示，将继续推进E-Fan X项目中的一些地面和飞行测试。

全球最快的电动飞机

尽管从长远来看，混合电推进技术将大有用武之地，但由于受到技术、适航等多方面的限制，短期内很难大规模应用于商用航空领域，因此罗罗在进行相关技术研发的同时，将目光投向了通用航空领域。

2019年年初，罗罗公司宣布研发世界上飞行速度最快的全电动飞机项目——加速飞行电气化项目（ACCEL），并获得了英国政府的资助。该项目旨在制造、测试并商业化应用电动飞机，并研发必要的技术和供应链知识，为未来电气化飞行储备技术、积累经验。

ACCEL飛机项目完全由电池供电，设计目标是实现最大飞行速度超过300英里/小时（483公里/小时）。为此，罗罗选择与电机和控制器制造商雅莎（YASA）、初创公司伊航（Electroflight）以及英国宇航技术研究所（ATI）合作。其中，罗罗公司负责整体设计、可靠性验证;YASA公司负责电动机和控制器的设计生产;伊航公司负责传动系统和能量存储系统的设计生产。

ACCEL飞机项目利用Sharp Nemesis NXT竞速飞机作为飞行平台。此型飞机在使用现有活塞式发动机时的巡航速度为523公里/小时，飞机翼展为7.3米。在使用电池为动力后，ACCEL飞机需要6000个锂离子电池作为动力以驱动3台轻型YASA750R电动机，为螺旋桨提供372kW的功率。

罗罗表示，在这一项目中，公司将把研制重点放在电池、动力传动和电机技术的研发上，并希望能够在保证安全的基础上，打破由西门子改装的一架Extra330LE特技飞机在2017年创下的210英里/小时（338公里/小时）的纪录，并实现超过300英里/小时的最高时速，成为全球飞行速度最快的全电动飞机。

目前，一个约20人的团队正在位于英国格洛斯特郡机场的伊航公司工厂进行相关研发工作。2020年9月，罗罗宣布完成了ACCEL高速电动飞机验证机的动力系统地面台架测试。在此之前，该机所有核心系统已在地面测试平台上进行了相关测试，其中包括500马力的电机动力总成测试。在地面试验中，由于ACCEL是全电飞机，罗罗还将用于试验的铁鸟测试平台命名为“离子鸟”（Ion Bird），以区别于传统的铁鸟平台。

从技术实现的角度来看，ACCEL项目要取得成功需要突破几项关键技术。首先，要突破高功率、高能量电池设计技术。目前，ACCEL项目的设计团队希望电推进系统的质量与NXT发动机和燃油系统的质量相同，这样就不需要因调整起飞重量而对飞机重新进行认证。从目前的试验进展来看，项目团队对次级电池系统的早期测试结果与预期相符，目前正在扩大电池容量，并进行相关的测试。最终，ACCEL项目的目标是通过使用高密度锂电池组来提供750kW的功率。

既需要高功率，也需要高能量，这是电池设计中面临的挑战之一，而这也正是航空业的需求。这些电池为YASA开发的3个轻型电动机提供动力，飞机螺旋桨与3个轻型电动机同轴安装，这是首次在航空领域采用这种方法，同时也是罗罗研发的电机所具备的独特优势。

在ACCEL项目中，罗罗还专门设计了一个航空电子系统，该系统能够监测电池健康状况并及时向飞行员报告。一般而言，在20～30年的使用寿命中，电动飞机可能需要更换几次电池。罗罗开发的这套系统每秒可以监测2万个数据点，以测量电池电压、温度和动力系统的整体健康情况。

此外，在ACCEL项目中，电池还将采用定制的液体冷却系统进行冷却。为了保证飞机在设定航线上均保持较高的飞行速度，罗罗还需要研究如何对电池进行冷却。降温冷却是电池系统设计的关键创新之一。采用定制的液体冷却系统使电池在整个飞行期间能够保持在40度左右的最佳工作温度。

从罗罗的战略布局中不难看出，如今航空业正弥漫着一种“电动飞行”的焦虑，企业都急切地想要突破电动技术并使之商业化。这一方面是由于人们对于电气化飞行高效经济、环保低噪的认知日益深刻，另一方面则源自特斯拉引领汽车行业开启的革命性变化所带来的冲击。但由于航空业的高门槛，在未来的电气化飞行中，传统的飞机制造商和发动机制造商的主导优势将依然存在。因此，对于他们来说，谁能够抢占先机，或许意味着将继续巩固各自的行业垄断地位。因此，未来罗罗的绿色航空布局值得期待。