提起綠色出行，人們可能很少會(huì)聯(lián)想到飛機(jī)。事實(shí)上，航空業(yè)對(duì)于環(huán)境的影響不容忽視。隨著全球航班數(shù)量快速增長(zhǎng)，航空業(yè)面臨著可持續(xù)發(fā)展的命題。
在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，混合動(dòng)力汽車(chē)由于兼具燃油車(chē)與電動(dòng)車(chē)的優(yōu)勢(shì)受到不少消費(fèi)者青睞。仰望天空，多國(guó)政府和企業(yè)也開(kāi)始試水混合動(dòng)力飛機(jī)技術(shù)，目前全球公開(kāi)的相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目超過(guò)30個(gè)。與制造混合動(dòng)力汽車(chē)類(lèi)似，混合動(dòng)力飛機(jī)采用“燃油發(fā)動(dòng)機(jī)+電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”架構(gòu)，但從技術(shù)需求和實(shí)現(xiàn)途徑來(lái)說(shuō)，兩者存在鮮明差異。
首先是使用工況不同。一般飛機(jī)在起飛后，絕大部分時(shí)間維持在最大轉(zhuǎn)速80%左右的巡航狀態(tài)，不存在汽車(chē)行駛過(guò)程中的怠速與高速頻繁切換問(wèn)題，也就不必像混合動(dòng)力汽車(chē)一樣，需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速段的分工。其次是對(duì)重量容忍度有別。在飛機(jī)設(shè)計(jì)界有“為減輕每一克重量而奮斗”的說(shuō)法，任何增重都會(huì)對(duì)飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性和續(xù)航性能產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)前，鋰電池的單位重量能量密度不僅與航空燃油相差了40倍，而且在放電之后，對(duì)于后續(xù)飛行無(wú)法再產(chǎn)生效益。所以，為短時(shí)間提升性能而搭載電池的做法并不適合大多數(shù)飛機(jī)。
盡管與汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用思路相去甚遠(yuǎn)，混合動(dòng)力技術(shù)在航空領(lǐng)域仍有用武之地。一旦形成突破，完全有可能掀起飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的一場(chǎng)革命。
從飛機(jī)內(nèi)部看，燃油效率有望借此提升。目前客機(jī)采用的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)僅將40%左右的燃料燃燒能量轉(zhuǎn)化為飛機(jī)動(dòng)力。為進(jìn)一步提升燃油效率，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)需要借助更大直徑的進(jìn)氣風(fēng)扇產(chǎn)生更大推力。為了風(fēng)扇更大，在高速渦輪轉(zhuǎn)子與低速風(fēng)扇間，必須通過(guò)一套減速機(jī)構(gòu)來(lái)匹配兩端不同的轉(zhuǎn)速等。而通過(guò)渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅將提升燃油效率，還比傳統(tǒng)機(jī)械減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、故障率低。類(lèi)似的混合動(dòng)力系統(tǒng)目前已在百?lài)嵰陨暇扌偷V用自卸車(chē)、艦船等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
從飛機(jī)外部看，氣動(dòng)效率也可以進(jìn)一步提高。飛機(jī)飛行過(guò)程中，離機(jī)體表面越近處，氣流相對(duì)機(jī)體速度越低，不同距離上，不同速氣流之間互相拉扯，形成了飛機(jī)的摩擦阻力。目前有一種減阻方案，將過(guò)去集中吊掛在翼下的發(fā)動(dòng)機(jī)，拆分為專(zhuān)供發(fā)電的核心機(jī)和多個(gè)安裝在機(jī)翼上表面后緣的分布式電動(dòng)推進(jìn)器。這樣，每個(gè)推進(jìn)器在產(chǎn)生推力的同時(shí)，通過(guò)在飛機(jī)表面不斷向后抽吸，能提升機(jī)體表面氣流速度，減少氣動(dòng)摩擦阻力。與過(guò)去相比，混合動(dòng)力系統(tǒng)中專(zhuān)供發(fā)電的核心機(jī)易于實(shí)現(xiàn)更高的熱效率，電動(dòng)推進(jìn)器結(jié)構(gòu)也更為簡(jiǎn)單，重量、成本更具優(yōu)勢(shì)。
綜上所述，混合驅(qū)動(dòng)方式對(duì)飛機(jī)的影響將不僅停留在動(dòng)力系統(tǒng)本身，很可能會(huì)進(jìn)一步向氣動(dòng)外形等多個(gè)領(lǐng)域拓展，為航空業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新方向與新思路。
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