电动飞机离我们还有多远?

电动飞机可能听起来充满未来感,但事实上第一架电动飞机问世于1883年;最近,航空业开始推动商用电动飞机的设计,以便在不需要航空燃料的情况下载客飞行。第一架商用电动飞机最早可能于2026年投入使用。我们在本文中讨论电动飞机的未来、电动飞机离出现在我们的天空还有多远、电动飞机如何工作、以及电动飞机生产仍然面临的技术障碍等。

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电动客机现已问世

自2016年《巴黎气候协定》(旨在到2050年实现净零碳排放)签署以来,对电力驱动技术的投资和创新一直在快速增长,现在我们距离全球乘客付费乘坐电动飞机出行可能只有短短几年的时间。

丹麦和瑞典等国已经宣布计划:到2030年所有国内航班都将不再使用化石燃料,而联合航空公司已经从瑞典初创公司Heart Aerospace购买了100架19座、零排放的电动飞机,计划于2026年在美国投入使用。此外一些航空公司已经迈出了第一步:

易捷航空

英国易捷航空公司的机队可能会先于欧洲其他大型航空公司推出电动飞机。这家廉价航空公司与美国莱特电气公司合作开发了“莱特1号”客机——一款全电动的186座客机、航程800英里,预计将于2030年投入使用。

劳斯莱斯

在2021年的首次试飞中,劳斯莱斯电动飞机“创新精神”达到了387.4英里/小时的破纪录速度。劳斯莱斯以其性能卓越的喷气发动机而闻名世界,如今劳斯莱斯已走在电池动力革命的最前沿,并且正与空中客车公司等航空巨头密切合作,研制下一代混合动力商用飞机。

美国国家航空航天局

美国国家航空航天局推出电动飞机“X-57”。每架飞机的机翼上都并排设置12个带有螺旋桨的电动机,以帮助飞机升空,此外,飞机尾部还设置两个更大的发动机,以帮助提高飞机的巡航能力。美国国家航空航天局预计X-57的航程大约为100英里,巡航速度为172英里每小时,最大飞行时间为40分钟。与此同时,作为电气化动力总成飞行演示(EPFD)项目的一部分,美国国家航空航天局还与通用航空公司合作,开发一款兆瓦级混合动力发动机,为单通道飞机提供动力。

波音

波音公司也测试了自主研发的一款电动客机(PAV)。这款完全自动驾驶的飞机是为优步航空(Uber Air)及其空中出租车服务而设计,预计将于2023年上市,最大航程可达50英里。波音子公司极光飞行科学公司(Aurora Flight Sciences)也被要求为美国国家航空航天局的电气化动力总成飞行演示项目提供飞机改装、系统集成和飞行测试服务。

空客

空中客车公司的全电动飞机E-Fan 1.1于2015年成为首架飞越英吉利海峡的电动飞机。该公司目前正在投资开发采用电池驱动的喷气发动机支持的混合动力商用飞机(例如E-Fan X),而该公司的EcoPulse项目则在研究如何将每个推进器所需的功率降至最低。

Eviation公司

以色列Eviation飞机制造公司目前正在制造第一架电动私人飞机。全电动飞机“爱丽丝”是一架可容纳9名乘客和2名机组人员的飞机,这款不产生碳排放、可显著降低噪音、每飞行小时的运营成本极低。单块高能量密度的“爱丽丝”电池系统由现有的电池制成,不依赖于未来的发展。该公司称,这款飞机将于2024年投入使用,巡航速度可达每小时253英里,航程可达440海里。

安飞公司

洛杉矶初创公司——安飞公司(Ampaire)的电动EEL混合动力飞机是首批获得美国联邦航空局(FAA)实验飞机认证的混合动力飞机之一。这款飞机根据赛斯纳336“天空大师”3座飞机改装而成,采用电力和航空燃料混合动力,于2020年完成了341英里的测试飞行。安飞公司称这是有史以来商用飞机中最长的电动混合动力飞行。

电动飞机是如何工作的

电动汽车已经在多年前走进我们的生活,但电动飞机将如何工作?

类似于电动汽车,电动飞机的发动机由锂离子电池提供动力,而不是由燃料提供动力。当充电时,电池内部的化学反应导致锂释放电子,产生锂离子。然后,锂离子从电池的一侧运行到另一侧(从阳极到阴极),在这个过程中,电池为连接的设备(飞机的螺旋桨)供电。

这个化学反应会一直持续到所有的电子都到达阴极为止,此时电池就需要使用外部电源进行充电,以置换使用过的电子并使锂离子运动到阳极。

这一过程可以使电动机在短时间内输出非常强大的功率。但是这一模式并不适用于大型长途商用飞机。

电动飞机面临哪些挑战?

世界上第一次电动飞行器飞行出现在1883年,而随着最近电池技术的进步,既然我们已经能够生产出速度惊人的电动汽车,为什么我们还需要一段时间才能实现全电力驱动的波音747或空中客车A380?

当前的主要挑战是驾驶大型飞机进行长距离飞行。这个问题源于这样一个事实:当前的锂离子电池提供的能量密度根本无法与喷气式燃油发动机相提并论。为一架大型商用飞机提供长途动力需要多块重型电池,这些电池将占飞机总重量的60%,而使用航空燃料时,这一比例仅为30%。这一动力-重量的挑战意味着:处于零碳竞赛前沿的飞机只能在短途飞行中运送少量乘客。例如,由英国易捷航空公司投资的电动飞机“莱特1号”的设计只能运送乘客一小时。

时间和成本也是一个重要因素。认证一款新飞机是一项艰巨而昂贵的工作,需要等上五到七年才能得出一个全新的设计。飞机制造完成之后,还需要经过多次测试和批准,然后才能交付给买家。

我们离拥有电动私人飞机还有多远?

除了英国易捷航空公司投资的“莱特1号”等少数电动飞机之外,未来10年将推出的大多数全电动飞机都比燃油驱动的商用飞机更小、航程更短,因此非常适合私人使用。

私人飞机通常最多可以容纳20名乘客,飞行距离也小于商用飞机——举例而言,一架涡轮螺旋桨飞机只能持续飞行1500英里。电动飞机无法与之媲美,但由于全球一半的航班航程不超过500英里,电动飞机仍然非常适合短途出行的私人飞机客户。

然而,在全电动飞机起飞之前,空中出租车(类似于大型无人机或未来直升机)承诺首先为城市带来廉价和便利的飞行。这类电动垂直起降飞机(eVTOL)将在未来数年进入我们的天空,使用全电动直升机短途运送一些特定的乘客。美国Archer航空公司是最接近将这类飞机带给大众的组织之一。该公司推出电动垂直起降飞机已获得了美国联邦航空局颁发的适航认证,并在2021年成功完成了首次悬停飞行,并承诺在2024年底前向市场交付,以最高150英里每小时的速度运送4名乘客,航程可达60英里。

是否优先开发混合动力商用飞机?

类似于混合动力汽车(例如丰田普锐斯)在全电动汽车问世之前盛行于世,我们很可能会在航空领域看到类似的情况。在短期内,电池可以在减少大型飞机的二氧化碳足迹方面发挥辅助作用,例如用于“微混合”的应用——电池为非推进功能提供动力,如空调、座舱增压、通信、飞行控制和起落架。

随着时间的推移,微混合技术也可以用于地面滑行甚至空中飞行的部分发动机功能。例如,电池可以取代汽油驱动的辅助设备、在停机坪上提供动力、帮助启动主发动机。在滑行和下降过程中,电力也可以用于辅助燃油发动机。这一能源生产方式可以使飞机的环境足迹减少6%。

随着技术的进步,我们可能也会开始看到电池为单个引擎提供动力(例如空客的全电动飞机E-Fan X),或为起飞和降落等需要最大动力的飞行部件提供动力。虽然我们可能需要等上几十年,才能乘坐纯电动商用飞机飞往长途目的地,但生产更高能效锂电池的竞赛正在升温,其结果必然促进技术以惊人的速度发展。这意味着我们可能不需要像我们现在所想那样苦苦等待。

我们可能还无法使用电动飞机,但ACS艾尔环球可以为您的下一次私人包机安排配备尖端创新技术的现代飞机。请立即联系我们的专业人员,免费获取报价。

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