迈阿密 – 航空旅行和航空货运占全球碳排放量的很大一部分,每天都有更多人乘坐飞机。国际航空运输协会 (IATA) 在 2016 年估计, 空中交通量将翻倍 到 2035 年,该行业有望成为所有行业中最大的污染者。

因此,设计师和工程师也有机会通过制造不依赖化石燃料的飞机来显着减少碳排放。

由电池驱动的电动动力系统提供动力的新型电动飞机可以帮助减少或完全消除航空旅行和航运产生的排放。许多实验性电动商用飞机正在开发中,主要飞机制造商都在投资电动飞机技术。

然而,主要障碍意味着该技术尚未完全实用。鉴于今天第一架电动飞机降落在 阿姆斯特丹史基浦机场 (AMS),我们看看专家们何时认为电动飞机将成为主流——以及工程师必须克服的挑战才能使技术实用。

Vlucht NLR pipistrel boven omgeving Rotterdam。照片:NLR

为什么我们还没有看到电动商用飞机


尽管对电动飞机的需求和主要飞机制造商的投资不断增长,但重大的设计挑战已经减缓了采用速度。

这些新的电气设计还需要满足航空工程的高要求,包括对尺寸、重量、密封性和坚固性的要求。事实证明,尺寸和重量对航空工程师来说尤其具有挑战性。

尽管过去几年电池技术取得了重大进展,但锂离子电池仍然既笨重又笨重。例如,一个足以产生与当前大型喷气发动机相当的动力的电池将重约 120 万吨。

大多数航班都很短,平均不到 500 英里。然而,即使是这些短距离飞行,也需要足够的电力来使当前的电池不切实际。

因此,大多数制造商认为电动飞机在一段时间内仍然不切实际。例如,波音公司估计,该行业距离生产全电动大型喷气式飞机还有几十年的时间。其他人则更为乐观。例如,投资银行瑞银 (UBS) 估计,到 2035 年,航空业的整整四分之一将采用混合动力或电动技术。

在配备电动动力系统的大型喷气式飞机成为现实之前,该行业很可能会采取较小的步骤来帮助减轻航空的碳足迹。替代品,如太阳能飞机和轻型电动飞机,小到可以由现有的电池技术提供动力,在这种转变中可能是必不可少的。

图片:美国宇航局

NASA 测试可能为新型电动飞机铺平道路


美国宇航局在过去十年的大部分时间里一直致力于电动飞机推进,预计时间表比波音公司预期的要快。该机构与拜登政府的目标一致,即到本十年末将美国的排放量削减至净零,希望分阶段实施 美国乘客的电动商业航班 by the “mid-2030s.”

为此,该机构正在积极招募私营公司帮助开发电动飞机动力系统。今年 2 月,该机构宣布 旨在授予合同 用于实验性电动飞机动力系统的工作。

这些动力系统的演示测试将由 NASA 的阿姆斯壮飞行研究中心(该机构最重要的航空研究中心之一)监督。

美国军方也可能在电动飞机的未来发挥重要作用。 2021 年 2 月,美国空军正式开始寻找“飞行出租车”——可以在战场上移动人员和设备的无人垂直起降 (VTOL) 飞机。这个名为“Agility Prime”的项目旨在到 2023 年购买一些这样的出租车进行测试。

NASA 可能再次在这项技术的发展中发挥关键作用。 9月,该机构 开始联合测试 与电动飞机制造商 Joby 合作的新型电动 VTOL 飞行器。这是空中出租车的第一轮测试。测试团队计划在飞行中捕获有关车辆运动、通信和噪音的数据。

这些假设的飞机可能必须坚固耐用,并且可能需要满足 现有的飞机标准 电气设备,如飞机电源接口的 MIL-STD-704 标准。这对于该技术的未来来说可能是个好消息——现有的军用标准可以帮助确保在出租车准备民用时更强大和实用的飞机。

Electra 的第一个商业产品设计为最多可搭载 7 名乘客和 1 名飞行员,飞行距离可达 500 英里。它将服务于城市和区域空中交通市场、以可持续发展为重点的航空公司运营、“中英里”货运物流和空中救护服务。图片:伊莱克特拉

电动飞机设计的突破


过去几年,小型公司在轻型电动飞机方面也取得了重大进展。

例如,航空航天初创公司 Skydweller Aero 目前正准备 测试自动驾驶飞机 它将飞行 90 天,完全由太阳能供电。该飞行器将建立在太阳能飞行器之前的里程碑基础上,例如 2016 年环绕地球的太阳动力 2 号。 新的太阳能汽车,这些飞机为飞行员提供了利用太阳能技术最新发展的机会。

2020 年,斯洛文尼亚制造商 Pipistrel 开始销售 Alpha Elektro,“第一架获得美国联邦航空管理局 (FAA) 适航认证的电动飞机。”

这架飞机非常轻,仅重 811 磅(368 公斤),并由 21 千瓦时的电池组供电。

有限的重量是有代价的——该公司宣传这架飞机的续航时间仅为 60 分钟,外加 30 分钟的备用时间。然而,这架飞机代表了一个重要的里程碑,将有助于为未来获得 FAA 认证的电动飞机铺平道路。

其他小型电动飞机也在路上。飞机制造商 Electra 计划开始全面测试 新型八座混合动力电动短距起降 (eSTOL) 飞行器。另一家 eSTOL 制造商 Airflow 最近签订了向 Ravn Alaska 供应 50 架飞机的合同。这些飞机预计将于 2025 年投入使用。

DHL Express 计划从 2024 年起在其机队中增加 12 架 Eviation 的新型 Alice 全电动飞机。照片:Eviation

电动商用飞机何时进入主流?


这些小型飞机很可能代表着电动飞机的不久未来。在美国宇航局和美国军方等主要组织的支持下,这里的早期胜利将有助于为更大的飞机铺平道路——最终甚至可能是全电动大型喷气式飞机。

电动飞机的采用将对航空产生重大的积极影响,主要是通过减少航空旅行和航空货运的碳足迹。

然而,航空旅行的电气化不会很快实现。甚至转向轻型电动飞机的方向也一直动荡不安。优步于 2020 年底将其航空部门出售给制造商乔比,飞机制造商 Eviation 于 2020 年 1 月成为头条新闻,当时其一架实验性电动飞机在跑道上起火。

虽然进展缓慢,但行业观察家预计未来几年电动飞机的发展将取得重大进展。即使是对航空旅行电气化更乐观的预测,如美国宇航局 2030 年逐步采用电动商用飞机的目标,也并非不切实际。


技术记者 Emily Newton 撰写的文章。她是主编 Revolutionized,探索最新创新的在线杂志。特色图片:eViation Alice 于 2019 年 6 月 16 日在巴黎布尔歇航展,照片 © Jean-Marie Liot / eviation