齊汀

近年來，綠色航空的理念越來越受到航空業(yè)的關(guān)注。

2021年新年伊始，歐洲航空業(yè)就發(fā)布了一項(xiàng)名為“目標(biāo)2050”的新戰(zhàn)略，其中明確闡述了到2050年歐洲航空業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零排放的途徑。

這一戰(zhàn)略目標(biāo)的發(fā)布，打響了航空業(yè)奔向凈零碳排放技術(shù)創(chuàng)新的“第一槍”。此后，盡管疫情對行業(yè)的影響仍在發(fā)酵，但為了實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的目標(biāo)，無論是飛機(jī)制造商、發(fā)動(dòng)機(jī)制造商還是機(jī)載設(shè)備等一級(jí)供應(yīng)商等都在積極合作，圍繞電動(dòng)飛機(jī)、混合電推進(jìn)飛機(jī)和eVTOL等項(xiàng)目，積極推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。

“大紅大紫”的垂直起降項(xiàng)目

2011年，意大利知名直升機(jī)制造商阿古斯塔·韋斯特蘭公司發(fā)布了一款名為“零點(diǎn)項(xiàng)目”的原型機(jī)，垂直起降航空器（eVTOL）概念首次以實(shí)際產(chǎn)品的形式被提出。至此之后，垂直起降航空器項(xiàng)目在航空業(yè)受到了越來越多企業(yè)的關(guān)注。根據(jù)非營利組織國際垂直飛行協(xié)會(huì)（VFS）的統(tǒng)計(jì)，截至2022年1月，全球在研的eVTOL項(xiàng)目數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了600多種，涉及全球近350家企業(yè)。

從過去幾年eVTOL項(xiàng)目研發(fā)的歷程來看，總體可以分為3個(gè)階段。第一階段由美國國家航空航天局（NASA）引領(lǐng)，在這個(gè)階段，行業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了對eVTOL技術(shù)的可行性認(rèn)同;第二階段主要由Uber公司所主導(dǎo)，基本實(shí)現(xiàn)了航空業(yè)對eVTOL項(xiàng)目的商業(yè)價(jià)值認(rèn)同;第三階段是目前諸多企業(yè)正在探索的產(chǎn)品認(rèn)同，這其中不僅涉及技術(shù)，更涉及商業(yè)應(yīng)用。如何獲得適航當(dāng)局的認(rèn)可，并實(shí)現(xiàn)持續(xù)的安全運(yùn)營并實(shí)現(xiàn)盈利，對于研發(fā)企業(yè)來說是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。

波音近年來一直在持續(xù)投資城市空中交通（UAM）項(xiàng)目。2017年，公司專門成立了名為Horizon X的風(fēng)險(xiǎn)投資部門。同年，波音收購了極光飛行科學(xué)公司，并在2018年年中又成立了未來移動(dòng)出行商業(yè)孵化器部門Boeing NeXt。2019年，波音又與Kitty Hawk合作組建專注于UAM領(lǐng)域的合資公司W(wǎng)isk Aero。此后，由于受到737MAX事件和新冠肺炎疫情的影響，波音先后關(guān)閉了Boeing NeXt部門，并剝離了Horizon X及其旗下40多家不同初創(chuàng)公司的股權(quán)。但考慮到eVTOL項(xiàng)目未來的市場潛力，波音在2022年1月又向Wisk Aero追加了4.5億美元投資，以支持其研發(fā)第六代自主電動(dòng)垂直起降飛行器。波音之所以對Wisk Aero公司情有獨(dú)鐘，一個(gè)很重要的原因就是，與其他初創(chuàng)公司不同，Wisk Aero從一開始就著手研發(fā)自主駕駛飛行器。公司認(rèn)為，自主駕駛技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)eVTOL飛行器的大規(guī)模運(yùn)營，這將是一項(xiàng)具有競爭力的差異化技術(shù)，也是行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的擴(kuò)大服務(wù)規(guī)模和提高安全性的關(guān)鍵。截至目前，Wisk Aero公司研發(fā)的eVTOL項(xiàng)目已經(jīng)完成了1500多次無人駕駛飛行試驗(yàn)。

支線飛機(jī)制造商巴航工業(yè)在與巴西飛機(jī)共享服務(wù)的領(lǐng)軍企業(yè)Avantto共同探索如何在拉丁美洲建立城市空中交通生態(tài)系統(tǒng)。巴航工業(yè)目前正在研發(fā)一款名為Eve的eVTOL項(xiàng)目。根據(jù)巴航工業(yè)的規(guī)劃，這款飛機(jī)將采用顛覆性技術(shù)，引領(lǐng)大眾化飛行進(jìn)入新階段。2021年，圍繞這一項(xiàng)目，巴航工業(yè)與巴西國家民航局正式確定了適航審定流程，這是雙方在商討該機(jī)型適航取證工作方面邁出的重要一步。

中國同樣也是eVTOL項(xiàng)目發(fā)展的熱土，其中以上海沃蘭特航空技術(shù)公司為代表的高科技初創(chuàng)公司值得一提。盡管該公司是一家新成立不久的企業(yè)，但公司目前已經(jīng)完成了1：3縮比樣機(jī)的研發(fā)，并順利完成了旋翼試飛、固定翼試飛等工作，展現(xiàn)了企業(yè)扎實(shí)的技術(shù)功底。更令人感到欣喜的是，與國外適航機(jī)構(gòu)一樣，中國民航局也已經(jīng)開始指導(dǎo)國內(nèi)相關(guān)企業(yè)圍繞eVTOL項(xiàng)目進(jìn)行適航準(zhǔn)備工作。2022年，中國民航局在調(diào)研沃蘭特公司時(shí)表示，希望企業(yè)在進(jìn)行機(jī)型研發(fā)的同時(shí)，確定審定基礎(chǔ)，結(jié)合產(chǎn)品的新穎設(shè)計(jì)特征，深入研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)審定工作做好準(zhǔn)備;同時(shí)明確技術(shù)路線，加強(qiáng)技術(shù)路線和管理路線規(guī)劃，根據(jù)設(shè)計(jì)成熟度要求推進(jìn)項(xiàng)目研制。

革命性氣動(dòng)布局

幾十年來，商用飛機(jī)的氣動(dòng)布局一直未有革命性的變化，但是行業(yè)從未中斷過對飛機(jī)革命性氣動(dòng)布局的預(yù)先研究。而如今，在實(shí)現(xiàn)凈零排放的創(chuàng)新之路上，革命性的氣動(dòng)布局或?qū)l(fā)揮重要的作用。這主要是因?yàn)樽枇Φ淖钚』O(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)零排放飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在飛機(jī)氣動(dòng)布局形式上，主要有分布式布局以及更具顛覆性的翼身融合布局等。

空客、賽峰和Daher公司三方合作，聯(lián)合研發(fā)了一款名為EcoPulse的分布式混合動(dòng)力推進(jìn)飛機(jī)演示樣機(jī)。根據(jù)計(jì)劃，賽峰將為這款飛機(jī)提供分布式混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，空客負(fù)責(zé)分布式推進(jìn)系統(tǒng)空氣動(dòng)力的優(yōu)化，Daher利用TBM平臺(tái)進(jìn)行部件和系統(tǒng)安裝、飛行測試和其他規(guī)范建設(shè)工作。根據(jù)計(jì)劃，EcoPulse項(xiàng)目的演示樣機(jī)將在2022年完成首飛。

此外，德國航空航天中心（DLR）也在進(jìn)行分布式電推進(jìn)支線飛機(jī)的方案設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)方案中，沿機(jī)翼前緣分布的一系列小型螺旋槳將有助于提高飛機(jī)升力，從而減少機(jī)翼面積、減輕飛機(jī)質(zhì)量、降低阻力、減少所需的推進(jìn)功率。

除了分布式的布局之外，翼身融合的布局也被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是一個(gè)極具潛力的可行性方案?？湛桶l(fā)布了3款零排放的商用飛機(jī)概念方案，其中有一個(gè)方案就是采用翼身融合的布局，并用液態(tài)氫作為主要燃料。

根據(jù)空客的規(guī)劃，這款翼身融合布局的飛機(jī)最多可以搭載200名乘客，最大航程為6300公里，與現(xiàn)役的窄體客機(jī)相近。這款飛機(jī)采用2臺(tái)氫動(dòng)力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，通過混合電力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)身后部上表面的8個(gè)風(fēng)扇。液氫燃料箱設(shè)計(jì)在機(jī)翼下方。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，超寬的機(jī)身為氫燃料的儲(chǔ)存和分配、機(jī)艙布局提供了多種選擇?？湛偷倪@一設(shè)計(jì)并不是空穴來風(fēng)的。2017年以來，空客一直在潛心研制Maveric驗(yàn)證機(jī)，探索新構(gòu)型飛機(jī)所具備的節(jié)能優(yōu)勢。Maveric驗(yàn)證機(jī)已于2019年完成首飛，并在2020年新加坡航展上首次公開亮相。相信這款驗(yàn)證機(jī)的研制經(jīng)驗(yàn)將對空客零排放機(jī)型的研發(fā)提供有益借鑒。

環(huán)保驗(yàn)證機(jī)持續(xù)推進(jìn)

波音環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目啟動(dòng)至今已近10年，如今該項(xiàng)目對于波音來說不僅是新技術(shù)的試驗(yàn)臺(tái)，同時(shí)也是波音致力于綠色發(fā)展的象征。對此，波音相關(guān)負(fù)責(zé)人曾對媒體表示，盡管近兩年來國際航空運(yùn)輸市場環(huán)境和波音自身都面臨著巨大的壓力，但環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的工作從未停止。

2021年，波音與阿拉斯加航空合作的環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目是公司的第八代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目，同時(shí)也是首個(gè)使用737MAX機(jī)型進(jìn)行的驗(yàn)證項(xiàng)目。該驗(yàn)證機(jī)已于2021年6月完成首飛，計(jì)劃進(jìn)行20項(xiàng)技術(shù)的測試，這也是波音環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間最長的一次。根據(jù)《航空周刊》的報(bào)道，在這架驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃完成的20項(xiàng)驗(yàn)證測試中，有5項(xiàng)試驗(yàn)值得關(guān)注。

一是測試一種可以顯著降低對臭氧層影響的新型飛機(jī)滅火劑——三氟碘甲烷（CF3I），用于替代已經(jīng)停產(chǎn)的哈龍（Halon）1301產(chǎn)品。目前，全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)禁止哈龍公司滅火劑的生產(chǎn)，國際民航組織明確了2024年為哈龍公司滅火劑的最后使用期限。為此，在此次的環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目中，波音正與美吉特（Meggitt）公司合作為未來飛機(jī)可應(yīng)用CF3I進(jìn)行相關(guān)測試。

二是與美國國家海洋和大氣管理局合作測量大氣中的溫室氣體水平，以支持該機(jī)構(gòu)的氣候建模和長期預(yù)測活動(dòng)。環(huán)保驗(yàn)證機(jī)測試側(cè)重于最佳空氣采用策略，以最大限度地降低設(shè)備安裝成本和對飛機(jī)運(yùn)行的影響，同時(shí)最大可能地提高測量質(zhì)量。

三是評估降低現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，并探索在新一代發(fā)動(dòng)機(jī)上使用短艙降噪襯層的可能性。波音對阿拉斯加航空這架737MAX飛機(jī)的右側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙進(jìn)行了改裝，在反推裝置上采用了先進(jìn)降噪襯層和其他處理方法，這些改進(jìn)將幫助應(yīng)對新一代超大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)和緊湊型短艙的不同噪聲足跡。在驗(yàn)證飛行中，這架飛機(jī)將在蒙大拿州比較復(fù)雜的地形上進(jìn)行飛行，以測試噪聲情況，評估這種新設(shè)計(jì)對降低噪聲的貢獻(xiàn)。

四是在所有新測試技術(shù)中，波音的研發(fā)人員還計(jì)劃將碳纖維廢料轉(zhuǎn)化為客艙內(nèi)飾側(cè)板。波音計(jì)劃回收777X機(jī)翼生產(chǎn)中的碳纖維復(fù)合材料，用于制造客艙側(cè)壁。這種耐用、輕質(zhì)的材料將可以降低油耗和客艙排放，并支持波音可持續(xù)制造的目標(biāo)。在制造和測試并行的同時(shí)，飛機(jī)測試將以面板的聲學(xué)特性為中心。盡管波音已將所有碳纖維回收，但這次試飛將標(biāo)志著回收材料首次進(jìn)入飛機(jī)供應(yīng)鏈。

五是測試可持續(xù)燃料的使用情況。2018年波音在聯(lián)邦快遞的一架777F環(huán)保驗(yàn)證機(jī)上創(chuàng)造了民用飛機(jī)首次使用100%可持續(xù)燃料飛行紀(jì)錄。在今年的環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目上，波音將測試摻混了可持續(xù)航空燃料的化石燃油在飛機(jī)上的使用情況。測試所使用的可持續(xù)燃料是World Energy公司通過農(nóng)業(yè)垃圾和廢物提煉出來的?；旌先剂现械目沙掷m(xù)燃料可以降低燃料壽命周期內(nèi)超過75%的碳排放。目前波音公司還計(jì)劃與監(jiān)管機(jī)構(gòu)和業(yè)界各方合作，提升目前50%的摻混比例限制來拓展可持續(xù)航空燃料的使用。波音承諾，其商用飛機(jī)將在2030年前獲得使用100%的可持續(xù)航空燃料進(jìn)行飛行的能力。

氫能飛機(jī)備受關(guān)注

由于具備儲(chǔ)量豐富、來源廣泛、能量密度高、環(huán)保且價(jià)格低廉等優(yōu)勢，近年來航空業(yè)對氫能飛機(jī)的研發(fā)熱情高漲，包括美國、歐盟和俄羅斯、中國在內(nèi)的國家和地區(qū)都啟動(dòng)了對氫燃料電池飛機(jī)的研究，以加快推動(dòng)航空業(yè)脫碳的步伐。

2021年，德國聯(lián)邦運(yùn)輸和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部宣布，向氫燃料電池航空電驅(qū)動(dòng)總成項(xiàng)目撥款，并由德國航空航天中心（DLR）牽頭，研制一款40～60座、航程1000公里的支線飛機(jī)。2021年11月，DLR首次試飛了一款4座的以第六代氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)，并獲得了成功。目前，為了持續(xù)推動(dòng)項(xiàng)目后續(xù)研制工作，DLR正在建設(shè)專用試驗(yàn)設(shè)施，其中包括儲(chǔ)氫罐、電機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。

2021年，法國國際關(guān)系研究所發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略展望》，其中明確指出：“一項(xiàng)穩(wěn)健、成本效益高的歐洲氫能戰(zhàn)略將成為歐盟經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計(jì)劃的支柱，并加速歐洲經(jīng)濟(jì)體的脫碳進(jìn)程?！痹诖吮尘跋拢▏雠_(tái)了高達(dá)150億歐元的航空業(yè)支持計(jì)劃。計(jì)劃明確提到，政府在未來5年內(nèi)將每年投入15億歐元資助企業(yè)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，而最具優(yōu)先權(quán)的項(xiàng)目就是2035年實(shí)現(xiàn)零碳排放的綠色飛機(jī)計(jì)劃。法國政府希望這一計(jì)劃不僅能夠幫助法國航空業(yè)領(lǐng)先其美國競爭對手，更能夠帶動(dòng)該領(lǐng)域所涉及的1300多家企業(yè)的發(fā)展。這一“綠色飛機(jī)”發(fā)展計(jì)劃希望空客能夠在2030年左右推出A320系列飛機(jī)的繼任者，技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)燃油消耗降低30%，2035年左右推出零排放的氫能飛機(jī)。

空客發(fā)布了代號(hào)為“ZEROe”的3款零排放氫能源飛機(jī)概念設(shè)計(jì)方案。盡管這3款飛機(jī)采用了不同的空氣動(dòng)力學(xué)構(gòu)型和動(dòng)力系統(tǒng)配置形式，但都采用氫能源作為主要能源。根據(jù)計(jì)劃，空客新型氫能源飛機(jī)將于2035年投入運(yùn)營，如果這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，將成為全球首款零排放商用飛機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)這一既定目標(biāo)，空客計(jì)劃按照“三步走”的方式進(jìn)行推進(jìn)：2021年進(jìn)行地面演示;2023年氫燃料飛機(jī)交付;將氫燃料推廣應(yīng)用到空客全系產(chǎn)品，包括直升機(jī)產(chǎn)品和其他商用飛機(jī)產(chǎn)品。2021年8月，漢莎航空表示，公司對空客這一項(xiàng)目十分感興趣，如果空客能夠成功研制氫能飛機(jī)，漢莎將有意成為其啟動(dòng)用戶。由此可見，航空業(yè)圍繞新能源的新一輪競爭戰(zhàn)已悄然打響。