崛起的電動飛機

The electric aircraft is taking off

【獵雲網（微信號：ilieyun）】7月12日報道（編譯：楊卟咚）

編者註：本文作者 Evan Gaj 畢業於利哈伊大學（LeHigh University）的機械工程專業，目前在華沙研究無人機。

2008 年，電動車在油價上漲後東山再起。到了 2018 年，電動航空也邁向了新的里程。幾十年來，整個航空領域和航線都取得了進展。1986 年，埃爾伯特·L·伯特·魯坦（Elbert L Burt Rutan）首次完成了不著陸、不加油的環遊世界。30 年後，人類又實現了另一種環球旅行，也標誌了第一例電動環行。這一宏大的旅程始於阿布扎比（阿拉伯聯合大公國首都），在 16 個月之後，電動飛機回到了開始的地方。但是這架飛機所實現和以往不同，它既沒有排放，也沒有消耗燃料，它使用的是數塊太陽能電池板、一個電動馬達和四塊 41 千瓦時的鋰離子電池。

這架電動飛機稱為「陽光動力 2 號（Solar Impulse 2）」，在它 2016 年完成首飛之後，就此改變了航空世界。從那時起，電動商用飛機的願景就不再是夢想了。電動飛行擁有明朗的未來，它機不但能削減航空燃料的用量，還能減少排放，讓環境變得更加清潔。

根據歐洲委員會的說法，飛機排放量目前約佔歐盟溫室氣體排放總量的 3%、世界溫室氣體排放量的 4%。這是一個相當可觀的數字，而且還在以較高的速度增長。如果實現電動航空，那麼這些不斷上升的排放量就會減少。從乘客的角度來看，電動飛機也是一次突破，電動飛機能夠降低出行費用，減少旅途中的噪音，同時提高拉升的速度。電動引擎能讓飛機在更高的海拔上維持良好的性能，而且還能降低空氣阻力，而與之相比，內燃機的性能明顯不足。

挑戰

無論是炒作還是創新，電動商用飛機仍舊道阻且長。伯特·魯坦設計的「Long-EZ」是最近一次電動飛行的實例。2012年，Long-EZ 是飛行速度最快的電動飛機之一，時速可達每小時 202.6 英里，同時機上只運載了一名乘客。相比之下，波音 787 的飛行時速為每小時 585 英里，載客量超過 242 人。所以就目前的技術，直到 2030 年，商用航空最多用上混合動力技術。

目前，美國宇航局正在開展一項名為 Electric Aircraft Testbed 的項目。該項目正在研究電動飛行的技術障礙。該試驗台的目標是提高電動飛機的效率同時減少飛機自身的重量。隨著技術的進步，試驗台可以適應更大功率的發動機。

另一個挑戰則是冷卻系統。電動飛機飛行過程中會產生 50 千瓦到 800 千瓦的熱量，而冷卻系統則是要將這些熱量在飛行中排出。大功率電子設備的集成功率模塊需要冷卻系統，其中最重要的是可以改善導熱性能的材料以及幫助散熱的輕量級系統。

電池技術

最重要的限制因素並非發動機重量或飛機設計，而是電池。目前的電池還不能達到電動航空所需的功率重量比。噴氣燃料的能源產量比同等質量的電池多 43 倍。而電動航空業正在大力提高能量儲存技術，也許能讓電池的能量密度每年上升 5% 到 8%。只有實現了五倍於現在的能量密度，小規模的航空作業才有可能進行。好消息是，飛機的設計也在提升，所以能源需求也會隨著時間的推移降低。

一旦一切都釐清了，我們就需要開始解決另一個問題，那就是如何快速更換電池，實現航班的無縫銜接。最好的解決方案是換電技術，但這個解決方案也有阻礙，因為電池的維護成本高於燃氣渦輪，而且充電 1500 次之後就需要更換。

當前的競爭狀況

Zunum 航空是一家由波音公司和捷藍航空支持的公司，自 2013 年以來，該公司一直在研究 10 座到 50 座的混合動力電動飛機。公司於 2017 年 10 月開始開發 12 座的飛機，計劃在 2020 年飛行。該飛機在做短途飛行時，涵道風扇完全由電池供電，在航程加長時，發電機可提供 1 兆瓦至 5 兆瓦的電力。當航程上升至 700 海里時，燃氣渦輪將用於驅動兩個 550 千瓦的發電機。2018 年 2 月，Zunum 宣布公司正在建造該飛機的第一個原型。

E-Fan X 則是空客公司與勞斯萊斯和西門子合作研發的混合動力電動飛機，該飛機使用板載鋰離子電池為兩個電動機供電。2014 年，E-Fan X 完成了首飛，航行時長為 60 分鐘。在實現全電動飛行的路上，公司希望能在 2020 年首先完成混合動力飛行。

Eviation Alice 是一架由以色列 Eviation 公司研發的電動飛機。該飛機的特點在於它有三個螺旋槳，其中兩個分別安裝在翼尖，另一個在安裝在機身後方。該飛機擁有電力推進系統，其中 95% 的材料由合成材料構成。該公司創立於 2015 年，目前正在生產的全電動商用及通勤飛機的模型。

Wright Electric 旨在設計出航程小於 300 英里的商用電動客機。公司成立於 2016 年，已從矽谷加速器中獲得風險投資。2017 年 9 月，英國易捷航空公司宣布與 Wright Electric 合作，將在 2027 年開發出 180 座的電動飛機。

在未來的歲月里，即便街道上到處駕駛著電動汽車，在電動航空的道路上，我們仍有很多路要走。而在多年以後，當我們回望電動航空的歷史時，我們也會想起這一路上歷經的坎坷，而在突破電池、引擎和設計上的障礙後，電動航空事業終將傲然地起飛。

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