黃軍

摘 要：在以化學(xué)燃燒為主要能源的飛機動力系統(tǒng)發(fā)展過程中，以電化學(xué)能源為主導(dǎo)的混合能源逐漸被用于實踐領(lǐng)域，多電、全電技術(shù)成為飛機動力技術(shù)革新的重要方向，也對飛機電力運用技術(shù)提出了更高要求。本文對多電、全電飛機技術(shù)發(fā)展進行進行了對比研究，梳理了當前最新研究成果，并對多電、全電飛機的發(fā)展前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：多電飛機 全電飛機 對比研究

發(fā)動機是飛機的核心部件，而支撐發(fā)動力運轉(zhuǎn)的動力能源則是最根本的基礎(chǔ)。當前，在航空航天領(lǐng)域，依然是內(nèi)燃發(fā)動機占據(jù)著絕對主導(dǎo)的地位。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，以電能為動力的多電、全電飛機技術(shù)得到加快的發(fā)展，其取代內(nèi)燃式發(fā)動機已經(jīng)成為航空航天技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

一、多電飛機和全電飛機的基本概念

（一）多電飛機

多電飛機是實現(xiàn)全電飛機的中間產(chǎn)物，是指機上的主要功率是電功率，但不排除少量的其他功率的使用。大量采用機電作動器是多電飛機最重要的特征之一，采用機電作動器和功率電傳技術(shù)，實現(xiàn)了電力驅(qū)動替代液壓、氣壓、機械系統(tǒng)和飛機的附件傳動機匣，可顯著減輕飛機的重量和壽命周期費用，增強飛機系統(tǒng)的容錯和故障后重構(gòu)能力，提升飛機的整體性能。

（二）全電飛機

全電飛機是相對多電飛機而言的，是一種以電氣系統(tǒng)取代液壓、氣動和機械系統(tǒng)的飛機，即所有的次級功率均以電的形式傳輸、分配。由于全電飛機技術(shù)還不成熟，在應(yīng)用過程中遠遠落后于多電飛機，但是從飛機技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，全電飛機將逐漸取代多電飛機，成為與內(nèi)燃動力飛機同樣重要的飛機類型。

二、多電飛機和全電飛機的主要特點

（一）能源動力持續(xù)性更強

航空發(fā)動機單位時間排出氣質(zhì)量與速度是航空發(fā)動機作力的基本要件，與傳統(tǒng)的化學(xué)燃燒能源相比，以燃料電池等為能源的多電、全電飛機簡化了飛機的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，動力更為強勁和持久。例如，燃料電池由燃料（烴類、天然氣、氫、甲醇等）氧化劑、電解以及控制系統(tǒng)組成，燃料電池的工作原理與一般電池類似，通過電極上的氧化—還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，供大量的、穩(wěn)定的、安全的電力，取代內(nèi)燃式航發(fā)動機。

（二）電力發(fā)動機性能更好

與傳統(tǒng)飛機發(fā)動機相比，依靠電力作業(yè)的飛機取消發(fā)動機的引氣，采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，改善了發(fā)動機的效率和性能，使其具有噪音低，工作溫度低、紅外輻射小、重量輕等明顯的特點，無論是用于軍事領(lǐng)域，還是用于民用方面都具有十分突出的優(yōu)勢。例如，電力能源與隱形技術(shù)結(jié)合，飛機總重可減少8%，可以讓隱形戰(zhàn)機的作戰(zhàn)能力得到較大提升。又例如，運用電力發(fā)動力噪音低的特點，可以極大的減少民用飛機擾民的情況。

（三）發(fā)動機響應(yīng)更為快速

通過實驗發(fā)現(xiàn)，以電力為主的混合電發(fā)動機的快速響應(yīng)，有利于進一步改善飛機的橫向控制，以及降低垂尾尺寸和阻力，使得飛機的反應(yīng)能力和控制能力更靈敏，飛機的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，可將飛機系統(tǒng)的可靠性提高4倍，易損性減少20%，飛機維護將由3級維護變?yōu)?級維護。

（四）飛機的能耗更低

不管是多電飛機和是全電飛機，與傳統(tǒng)飛機相比還有一個巨大的優(yōu)勢，就是節(jié)約能源。在電力驅(qū)動系統(tǒng)中，飛機可以根據(jù)飛行的需求更精準的控制發(fā)電量，減少能源浪費。這一優(yōu)勢，也為未來發(fā)展機載高能武器提供了電力保障。

三、多電飛機和全電飛機的技術(shù)探索

雖然多電、全電飛機都很多的優(yōu)勢，但是與傳統(tǒng)的內(nèi)燃動力飛機相比，也存在很多的技術(shù)難題。無論是對動力系統(tǒng)的容量、轉(zhuǎn)換效率和可靠性面臨著更高的要求，飛機機體、動力裝置和任務(wù)與功能系統(tǒng)的傘面融合則更具復(fù)雜性。因此，目前多電飛機、全電飛機的應(yīng)用技術(shù)仍不完善，還處于探索研究過程中。

（一）國外多電飛機和全電飛機的技術(shù)探索

相對于多電飛機技術(shù)研究來說，世界各國航天航空領(lǐng)域?qū)τ谌婏w機的探索都十分的積極，所取得的成績也非常顯著。從國外來看，在全電飛機技術(shù)研究方面起步較早。早在二戰(zhàn)時期，美國就已經(jīng)提出了“以電力為基礎(chǔ)的飛機”理念，經(jīng)過20多年的發(fā)展，到20世紀60年代，電動燃油泵和控制器開始在飛機上獲得運用。20世紀90年代，美國又提出“全電飛機倡議”計劃，啟動了用電力作動系統(tǒng)取代傳統(tǒng)飛機動力系統(tǒng)的研究，研究內(nèi)容包括發(fā)動機、發(fā)電機、輔助電源啟動、電力作動控制器和配電技術(shù)等，并于1998年成功推出第一代全電飛機。2001年，美國國家航空航天局就進行了全電飛機試飛實驗，雖然只是150KG的樣機，但邁出了全電飛機實際運用的關(guān)鍵一步。2007年美國GE公司研究出用傳統(tǒng)燃氣渦輪發(fā)電機驅(qū)動的超導(dǎo)發(fā)電機。美國波音787就是一款全電操控的飛機。同時，歐洲各國也開始啟動全電飛機技術(shù)研究，英國政府于2000年啟動“全電發(fā)動機和機翼系統(tǒng)”研究計劃，歐盟組織46家機構(gòu)，于2002年啟動了功率優(yōu)化飛機（POA）計劃，其主要內(nèi)容是發(fā)動機電力系統(tǒng)、飛機電力系統(tǒng)等。2017年7月，空客公司正式批準啟動其計劃的支線客機級電推進驗證機E-Fan X，該項目的主要內(nèi)容是將一架BAe 146/Avro支線客機改裝后進行全電起飛試驗，混合電單通道客機成為可能，預(yù)計到2020年左右，全電飛機將進入使用階段。

（二）國內(nèi)多電飛機和全電飛機的技術(shù)探索

從國內(nèi)來看，近年來隨著航天航空技術(shù)的發(fā)展，我國在全電飛機領(lǐng)域也進行了很多有益的探索和研究。特別是航空電力系統(tǒng)航空科技重點實驗室、中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心，以及各類航空航天機構(gòu)、高等院校等都把多電、全電飛機技術(shù)作為重點攻關(guān)對象，中國商飛等企業(yè)也在積極推進大型民機多電技術(shù)開發(fā)工作。但是相對而言，這一技術(shù)在國內(nèi)還相當匱乏。通過對多電飛機和全電飛機的對比研究，本文認為隨著電力技術(shù)的發(fā)展，航電設(shè)備現(xiàn)代化程度迅猛提高，全電、多電飛機技術(shù)已經(jīng)成為航空科技發(fā)展的一項全新技術(shù)和重點課題，在我國飛機技術(shù)研制過程中，要進一步加大對電力動力技術(shù)的重視，在技術(shù)理論研究和實踐運用領(lǐng)域爭取更大的突破。