董幗雄

一場(chǎng)突如其來(lái)的新冠肺炎疫情不僅讓十多年來(lái)高速發(fā)展的全球民航運(yùn)輸業(yè)一度陷入停擺，更打亂了飛機(jī)制造商和供應(yīng)商們的生產(chǎn)計(jì)劃。進(jìn)入4月后，這種影響非但沒(méi)有衰減的跡象，相反由于受到資金、人力等多重因素的影響，一些原本進(jìn)展頗為順利的預(yù)研項(xiàng)目被驟然叫停。

4月24日，作為混合電推進(jìn)飛機(jī)項(xiàng)目中最受關(guān)注的，同時(shí)也是歐盟“凈潔天空”計(jì)劃重要組成部分的E-Fan X項(xiàng)目被叫停。而就在一個(gè)多月之前，該項(xiàng)目剛剛在英國(guó)完成了最后一次驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)飛行，按計(jì)劃下一步將安裝由羅羅公司研發(fā)的混合電推進(jìn)系統(tǒng)，并在新構(gòu)型下開(kāi)展新一輪試飛。

如今，E-Fan X項(xiàng)目毫無(wú)征兆地戛然止步，一方面令人感到惋惜，另一方面也讓業(yè)界對(duì)空客內(nèi)部創(chuàng)新動(dòng)向和混合電推進(jìn)飛機(jī)的未來(lái)浮想聯(lián)翩。

E-Fan X的由來(lái)

早在十多年前，空客就已經(jīng)意識(shí)到電動(dòng)飛行將是未來(lái)飛機(jī)的重要發(fā)展方向。于是在2012年，空客率先推出了第一架完全由電力驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)——E-Fan驗(yàn)證機(jī)。這架驗(yàn)證機(jī)由法國(guó)飛機(jī)制造商ACS公司制造，得到了賽峰集團(tuán)、卓達(dá)宇航集團(tuán)和西門(mén)子公司的技術(shù)支持。

2014年3月，E-Fan驗(yàn)證機(jī)在法國(guó)波爾多成功完成第一次試飛。一年后，在巴黎航展上，一架純電動(dòng)的雙座E-Fan2.0首次進(jìn)行公開(kāi)展示。空客表示，計(jì)劃在2050年前后推出100座的混合電推進(jìn)飛機(jī)并力爭(zhēng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。隨后，空客又在波城建立了第一條E-Fan2.0全電動(dòng)飛機(jī)總裝線(xiàn)。與此同時(shí)，空客還啟動(dòng)了更大尺寸的4座電力飛機(jī)E-Fan4.0的研發(fā)工作。雖然，E-Fan4.0最終被空客叫停，但是公司并沒(méi)有放棄對(duì)電推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)。相反，通過(guò)上述幾個(gè)項(xiàng)目的研制，空客調(diào)整了技術(shù)發(fā)展路徑。

2016年，空客宣布與西門(mén)子合作，并計(jì)劃在2020年前研制采用電推進(jìn)或混合電推進(jìn)技術(shù)的飛機(jī)并開(kāi)展飛行試驗(yàn)，在2030年前生產(chǎn)100座級(jí)以下的混合電推進(jìn)飛機(jī)。在此之后，空客將研發(fā)重點(diǎn)從純電動(dòng)飛機(jī)轉(zhuǎn)向了混合電推進(jìn)飛機(jī)。

在2016年的飛來(lái)者大會(huì)上，空客展示了采用混合電推進(jìn)系統(tǒng)的E-Fan1.2。與之前的純電動(dòng)飛機(jī)相比，E-Fan1.2在飛機(jī)駕駛艙后部加裝了一個(gè)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，如此，一方面可以提供更大巡航速度下平飛所需要的動(dòng)力，另一方面可以為鋰電池充電。

之后，空客宣布與西門(mén)子、羅羅合作，聯(lián)合研發(fā)基于分布式混合電推進(jìn)系統(tǒng)的“E-Airbus”100座級(jí)支線(xiàn)客機(jī)，并在歐盟“航跡2050”的框架下開(kāi)展深入研究。

E-Airbus采用6臺(tái)電動(dòng)風(fēng)扇，每個(gè)機(jī)翼上沿展向分布3臺(tái)，通過(guò)一個(gè)燃?xì)鈩?dòng)力單元（即渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)連接到發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電力）為6 臺(tái)風(fēng)扇提供電力和為電能存儲(chǔ)裝置充電，推進(jìn)系統(tǒng)的等效涵道比超過(guò)20。

2017年，空客召開(kāi)技術(shù)委員會(huì)執(zhí)行會(huì)議，決定精簡(jiǎn)電動(dòng)飛機(jī)項(xiàng)目，集中精力把純電動(dòng)雙座教練機(jī)E-Fan項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為一個(gè)更大膽的項(xiàng)目——E-Fan X。

E-Fan X驗(yàn)證機(jī)采用混合電推進(jìn)系統(tǒng)，旨在探索大功率推進(jìn)系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)難題，如熱效應(yīng)、電推力管理、電力系統(tǒng)的高度響應(yīng)、電磁兼容性等。同時(shí)該項(xiàng)目設(shè)定的目標(biāo)還包括確定電動(dòng)飛機(jī)未來(lái)取證的要求，使混合電推進(jìn)飛機(jī)的商業(yè)化應(yīng)用更進(jìn)一步。空客表示：“E-Fan X是在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)飛行的重要一步。空客將從過(guò)去電動(dòng)飛行驗(yàn)證機(jī)的研發(fā)中吸取經(jīng)驗(yàn)，這將為安全、高效、經(jīng)濟(jì)的混合動(dòng)力單通道民用飛機(jī)發(fā)展鋪平道路?！?/p>

為此，空客與羅羅、西門(mén)子進(jìn)行了相應(yīng)的分工。其中，空客負(fù)責(zé)混合動(dòng)力電推進(jìn)系統(tǒng)的控制架構(gòu)和電池整合，以及推進(jìn)系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)的整合。羅羅負(fù)責(zé)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、兩兆瓦發(fā)電機(jī)、相關(guān)電子設(shè)備，以及與空客一起對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)短艙和西門(mén)子電動(dòng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)扇適配工作。西門(mén)子提供兩兆瓦的電動(dòng)機(jī)及其電子控制單元，以及變頻器、直流轉(zhuǎn)換器和能量分配系統(tǒng)。

這將基于2016年啟動(dòng)的空客與西門(mén)子在E-Aircraft System House項(xiàng)目的合作成果，其目標(biāo)是研發(fā)并完善不同電力推進(jìn)系統(tǒng)組件以及各種功率級(jí)別的地面驗(yàn)證。

2019年，羅羅收購(gòu)了西門(mén)子的電動(dòng)和混合電航空推進(jìn)業(yè)務(wù)，以加速公司實(shí)現(xiàn)電氣化戰(zhàn)略。收購(gòu)?fù)瓿珊?，E-Fan X項(xiàng)目的主體也變成了空客和羅羅，后者承接了原來(lái)由西門(mén)子負(fù)責(zé)的相關(guān)研發(fā)工作，同時(shí)雙方將共同負(fù)責(zé)熱管理和控制架構(gòu)等技術(shù)。

試驗(yàn)成果頗豐

E-Fan X項(xiàng)目中，空客選擇了由英國(guó)宇航公司（BAE）研制的一款曾暢銷(xiāo)一時(shí)的支線(xiàn)飛機(jī)BAE146/RJ100為飛行測(cè)試平臺(tái)，飛機(jī)上4臺(tái)霍尼韋爾公司生產(chǎn)的LF507渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中的一臺(tái)將由一臺(tái)功率為2兆瓦的電動(dòng)機(jī)所取代。

E-Fan X項(xiàng)目獲得了英國(guó)政府5800萬(wàn)英鎊的投資，飛行測(cè)試平臺(tái)的主要改裝工作也在英國(guó)進(jìn)行，并由BAE公司所主導(dǎo)。主要改裝工作包括將一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)換成羅羅公司研發(fā)的電推進(jìn)風(fēng)扇和電機(jī)，其中后者將被安裝在現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩內(nèi)。應(yīng)急動(dòng)力裝置（EPU）將由位于飛機(jī)后部的羅羅AE2100燃?xì)鉁u輪驅(qū)動(dòng)的2.5MW發(fā)電機(jī)以及飛機(jī)前部的電池系統(tǒng)供電。當(dāng)時(shí)，羅羅公司曾表示，未來(lái)這一電推進(jìn)系統(tǒng)將成為最大功率的飛機(jī)發(fā)電機(jī)。

在BAE公司著手進(jìn)行前期改裝和測(cè)試飛行的同時(shí)，羅羅則在加快包括燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、配電系統(tǒng)、電機(jī)和EPU混合電系統(tǒng)的試驗(yàn)測(cè)試，待全部試驗(yàn)完成后將被集成到BAE146/RJ100飛行平臺(tái)上進(jìn)行第二輪飛行測(cè)試。

此外，BAE還在加緊與空客合作對(duì)BAE146/RJ100飛機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步改裝。其中包括增加熱交換器、增加進(jìn)氣口和飛機(jī)機(jī)身排氣口等，以解決混合電推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量過(guò)高的問(wèn)題。

空客方面則在加快進(jìn)行縮比模型的風(fēng)洞試驗(yàn)。就在E-Fan X項(xiàng)目被叫停的兩個(gè)月前，空客在英國(guó)完成了E-Fan X的1：8縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)。該風(fēng)洞可測(cè)量3.65米×3米的試驗(yàn)段，并可產(chǎn)生速度達(dá)到347.5千米/小時(shí)的氣流。按1：8比例試驗(yàn)時(shí)，E-Fan X模型翼展超過(guò)3米?？湛捅硎荆瓿闪孙L(fēng)洞試驗(yàn)之后，將有助于他們更好地了解E-Fan X的整體氣動(dòng)性能和飛行品質(zhì)。

如果項(xiàng)目未被取消的話(huà)，在完成風(fēng)洞試驗(yàn)和改裝之后，E-Fan X將由空客試驗(yàn)運(yùn)行部負(fù)責(zé)開(kāi)展第二階段的試飛試驗(yàn)。主要的飛行試驗(yàn)計(jì)劃2021年底在法國(guó)圖盧茲進(jìn)行，預(yù)計(jì)整個(gè)試驗(yàn)將持續(xù)6個(gè)月。在此期間，空客除了將測(cè)試飛機(jī)在不同環(huán)境下的操縱和氣動(dòng)特性之外，更重要的是要與羅羅一起密切關(guān)注氣動(dòng)系統(tǒng)性能，并記錄電流和電壓的情況，從而為未來(lái)混合電推進(jìn)技術(shù)在窄體客機(jī)上的應(yīng)用打下技術(shù)基礎(chǔ)。

目前，雖然E-Fan X項(xiàng)目已正式叫停，但羅羅已明確表示，公司將繼續(xù)獨(dú)立完成發(fā)電系統(tǒng)的地面測(cè)試工作。這也意味著羅羅將對(duì)正在挪威特隆赫姆工廠進(jìn)行測(cè)試的發(fā)電機(jī)與在德比和印第安納波利斯研發(fā)的功率控制和熱管理系統(tǒng)進(jìn)行集成。羅羅公司表示，繼續(xù)完成這項(xiàng)工作將有助于他們更全面地掌握相關(guān)技術(shù)及相應(yīng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，未來(lái)公司為E-Fan X所研發(fā)的混合電推進(jìn)系統(tǒng)或?qū)⑦m用于其他混合電推進(jìn)飛機(jī)。

超前投資不會(huì)停

盡管在諸多因素的共同作用下，空客和羅羅共同決定終止E-Fan X項(xiàng)目，但是作為主制造商和主要供應(yīng)商，對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈的超前投資的步伐或許并不會(huì)就此止步。

從過(guò)去波音的“小跟班”到如今超越波音，坐上商用飛機(jī)市場(chǎng)的頭把交椅，空客的成功與其勇于創(chuàng)新、超前布局不無(wú)關(guān)系。近年來(lái)，空客與諸多企業(yè)一起合作，大膽引入顛覆性技術(shù)，大力加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)飛機(jī)的研發(fā)，為2025或2030年該技術(shù)在商用飛機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用策馬揚(yáng)鞭。

在小型通用飛機(jī)方面，空客已經(jīng)研制了Cri-Cri單座電動(dòng)飛機(jī)（2010年9月7日首飛）、與西門(mén)子聯(lián)合研制的E-FAN1.1（30千瓦級(jí)別電動(dòng)機(jī)）在2015年實(shí)現(xiàn)跨英吉利海峽飛行、與鉆石飛機(jī)公司合作開(kāi)發(fā)了基于DA40的混和電動(dòng)飛機(jī)。

支線(xiàn)飛機(jī)方面，空客與羅羅合作進(jìn)行了E-Fan X的研制。在干線(xiàn)飛機(jī)方面，空客與西門(mén)子還在開(kāi)發(fā)A320級(jí)別的飛機(jī)用混合電推進(jìn)技術(shù)。這需要巡航階段產(chǎn)生20兆瓦電，最大功率為40兆瓦。此外，空客與羅羅合作提出的E-Thrust混合電單通道概念飛機(jī)也有望在未來(lái)20年內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。

與此同時(shí)，近幾年來(lái)，隨著全球城市空運(yùn)概念的興起，空客也開(kāi)始重點(diǎn)研發(fā)eVTOL，試圖以其為切入點(diǎn)率先進(jìn)入城市空運(yùn)（UAM）市場(chǎng)?？湛湍壳罢谕七M(jìn)2個(gè)城市空運(yùn)飛行器計(jì)劃，分別是位于美國(guó)硅谷A3分部（2015年成立）負(fù)責(zé)的單座伐訶那（Vahana）以及位于德國(guó)多瑙沃爾特的空客直升機(jī)負(fù)責(zé)的4座城市空客（City Airbus），均為全電推進(jìn)形式。

為了協(xié)調(diào)城市空運(yùn)計(jì)劃的研發(fā)，空客于2018年創(chuàng)建了城市空運(yùn)部門(mén)，該部門(mén)位于德國(guó)奧托布倫市，靠近空客公司技術(shù)辦公室和無(wú)人駕駛航空系統(tǒng)部，空客直升機(jī)位于多瑙沃爾特的工廠也在附近?？湛湍壳罢趯⑺谐鞘锌者\(yùn)的研發(fā)工作集中到該部門(mén)。

在此特別說(shuō)一下City Airbus項(xiàng)目。該垂直起降飛機(jī)于2019年5月在德國(guó)空客直升機(jī)飛行測(cè)試中心進(jìn)行了首次無(wú)人系統(tǒng)飛行。公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，City Airbus的巡航速度為120公里/小時(shí)，其動(dòng)力由四組同軸反轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇提供，風(fēng)扇由8個(gè)100千瓦的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。City Airbus選用了純電動(dòng)設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足低噪音、零排放的環(huán)保要求，其儲(chǔ)能系統(tǒng)為4枚總能量為140千瓦時(shí)的動(dòng)力電池，可各自提供140千瓦峰值功率，設(shè)計(jì)最大航程為50公里，具備全自動(dòng)駕駛功能。

但同時(shí)空客也表示，City Airbus目前面臨著3個(gè)設(shè)計(jì)方面的困難，一是能量存儲(chǔ)技術(shù)，需要開(kāi)發(fā)高能量密度的電池，以支持超過(guò)15分鐘的飛行;二是自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的成熟度;三是噪音水平，空客正在開(kāi)展相關(guān)工作，旨在控制飛行器的噪音水平，噪音上限為65分貝，與過(guò)往的地鐵噪音水平接近?？湛凸烙?jì)最早到2025年在慕尼黑等大城市進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

事實(shí)上，City Airbus的研發(fā)過(guò)程中所遇到的這些問(wèn)題也是目前幾乎所有參與混合電推進(jìn)技術(shù)研發(fā)的企業(yè)所共同面臨的問(wèn)題，這其中也包括波音、賽峰、聯(lián)合技術(shù)等諸多知名企業(yè)。

畢竟從客觀上來(lái)講，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)仍在蓬勃發(fā)展，市場(chǎng)價(jià)值屢創(chuàng)新高，未來(lái)在相當(dāng)一段時(shí)期仍將支配著航空動(dòng)力市場(chǎng)，也是傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商不可動(dòng)搖的立身之本。從外在說(shuō)，電池技術(shù)已經(jīng)成為制約未來(lái)電動(dòng)飛機(jī)發(fā)展的最大障礙，混合電推進(jìn)系統(tǒng)幾乎是實(shí)現(xiàn)當(dāng)下商業(yè)電氣化飛行唯一的動(dòng)力選擇，但混合電動(dòng)飛機(jī)的市場(chǎng)前景更多地取決于2030年前動(dòng)力電池技術(shù)能否取得前所未有的突破。如今，在全球航空企業(yè)都要過(guò)“緊日子”的大背景下，企業(yè)在進(jìn)行新技術(shù)的研發(fā)時(shí)持更加謹(jǐn)慎的態(tài)度也無(wú)可厚非。因此在航空動(dòng)力市場(chǎng)電氣化變革暗流涌動(dòng)的大勢(shì)下，傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的戰(zhàn)略抉擇或許將迎來(lái)空前的挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。