飛機也要電氣化？空客發(fā)展混合動力

空客在官方有介紹到公司的電氣化發(fā)展，空客表示，混合動力可以減少飛機5%的二氧化碳排放量，而對于直升機來說，因為通常比固定翼飛機更輕，所以甚至可以減少10%的二氧化碳排放。就在6月28日，空客與達赫集團（Daher）、賽峰集團聯(lián)合開發(fā)的分布式混合動力推進飛機驗證機EcoPulse，在巴黎航展上首次進行了公開亮相。據(jù)官方消息，在通過首次地面測試之后，EcoPulse將會在今年晚些時候以混電推進的形式進行首飛。

來源：空客官網

具體來說，EcoPulse上采用了分布式的動力架構，即一個獨立的電源可以為分布在飛機上的多臺電機提供動力，空客提供了集成800V高壓的電池系統(tǒng)，賽峰集團提供了緊湊型的機載100kW渦輪發(fā)電機（由燃氣輪機驅動），這一套系統(tǒng)共同為機翼上的6個智能電機供電。當然，在飛機前端，還是有一臺由傳統(tǒng)渦輪發(fā)動機驅動主螺旋槳。自今年以來，作為這款飛機的制造商，達赫集團已經在法國進行了試飛，主要是測試空氣動力學、額外增加的重量等對飛機平臺的影響。而在測試過程中，將會主要由傳統(tǒng)渦輪發(fā)動機驅動，逐步從2個、4個、6個增加電動螺旋槳的使用。

EcoPulse上分布式電力推進架構的核心是配電和整流器單元，負責保護高壓網絡和分配可用電力，以及高壓電源線束，這兩項則是由賽峰集團開發(fā)。盡管官方資料中沒有提到碳化硅在EcoPulse上的應用，不過由空客提供的800V高壓電池系統(tǒng)來看，由于在高壓系統(tǒng)中碳化硅相比硅的優(yōu)勢更大，所以采用碳化硅器件的概率較高。在今年1月，空客DisruptiveLab項目的高效混合動力直升機驗證機也進行了首飛，這款直升機采用空客H130改裝，采用了并聯(lián)混合動力的推進系統(tǒng)，渦軸發(fā)動機在飛行中的同時也為電池充電。在H130的基礎上，DisruptiveLab新架構采用空氣動力學鋁和復合材料機身，專門設計用于減少阻力，從而降低油耗。

旋翼以更緊湊的方式集成到槳轂中，從而減少阻力，同時降低可感知的噪音水平，其較輕的后機身采用流線型 Fenestron尾槳，有助于提高性能。按照空客的說法，他們計劃降低旋翼機50%的碳排放。首先通過空氣動力學和重量的優(yōu)化，可以降低旋翼機10%-15%的碳排放量；渦輪發(fā)動機的熱力循環(huán)改進，又可以減少15%-25%的碳排放；最后10%是來自新的混合動力電動系統(tǒng)。此前空客自2020年一直使用平臺測試輕型直升機的電氣備份系統(tǒng)和先進的健康監(jiān)控系統(tǒng)。2021年的版本中，H130改裝的Flightlab平臺配備了一臺連接到主變速箱的100kW電機，這臺電機可以在渦軸發(fā)動機出現(xiàn)故障時提供30秒左右的動力，即作為安全備份動力的存在，可以為飛行員提供額外的反應時間，或者在起飛和降落階段提供更穩(wěn)定的控制。

去年年底，F(xiàn)lightlab平臺H130機型通過了小電池搭載運行測試，設計運行時間為2分鐘。當時根據(jù)官方介紹，F(xiàn)lightlab平臺系統(tǒng)主要包括電機、電池、逆變器和控制臺。其中電機驅動中的逆變器采用了碳化硅技術，將直流電轉換為三相交流電的同時，配合電池系統(tǒng)可以在2分鐘內持續(xù)提供150kW的功率。另外在Flightlab平臺上的DC-DC也采用了碳化硅，這款逆變器將500V電池系統(tǒng)電壓降低至28V，為直升機內的電動設備以及發(fā)動機等提供所需電力。

電動飛機發(fā)展如何了？

如果提到電動飛機，可能更多人的印象會是多旋翼的“飛行汽車”，比如最近廣汽發(fā)布的飛行汽車GOVE、小鵬匯天最新的X2等等。不過純電動的固定翼飛機其實也早有試驗性的機型推出，早在1957年，就有使用永磁電動機和銀鋅電池驅動的飛機出現(xiàn)，但一直處于試驗性質的存在。而隨著電動汽車的需求，以及動力電池的持續(xù)發(fā)展，2017年起，全球大量電動飛機研發(fā)項目開始上馬，大多的目標是通用航空和空中出租車等用途。由于動力系統(tǒng)的變化，電動飛機的構型的多種多樣，比如矢量推力（通過推進器方向變化等提供升力和推力）、單人飛行設備（飛行滑板、飛行摩托等）、升力+推進復合（上升和推進采用兩套獨立的裝置）、多旋翼、電動直升機、電動非垂直起降固定翼飛機等。

2021年，羅羅公司推出的創(chuàng)新精神號全電動飛機，由6000個電池組成的電池系統(tǒng)，飛行速度超過550km/h； 2022年9月，Eviation的純電飛機也成功首飛；隨后包括渦輪發(fā)電機、電池系統(tǒng)等電動飛機的幾大核心部件，都有不同程度的進展，電動飛機的產業(yè)鏈進入快速發(fā)展期。當然，動力方面，比如賽峰和空客等公司，也在推進混合動力的使用，畢竟電池的能量密度未取得突破，對于飛機這種長距離交通工具而言明顯滿足不了需求。按照賽峰的路線圖，公司預計會在2040年實現(xiàn)100%純電推進的飛機。不過目前來看電動航空器仍未實現(xiàn)大規(guī)模商用化，多家機構認為，電動航空最早會在2025年開始踏入商業(yè)化進程，到2030年實現(xiàn)規(guī)模化應用，在載人、物流等多種應用場景中廣泛使用。摩根史坦利的報告顯示，到2040年電動垂直起降航空器的市場總體規(guī)模有望達到1.5萬億美元。

電氣化確實是當今交通工具的共同發(fā)展方向，但核心依然是電池技術的發(fā)展。對于飛機而言，電池的能量密度、安全則更為重要，航空標準相比于汽車標準明顯要高得多，可以預見短期內，電動飛機還不會在市場中成為主流。