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航空产业 2.0:电动飞机时代来临!未来可望取代汽车,变成新代步工具

燃油飞机的时代 (jet age)已逐渐走向尽头;如今,新型的电动飞机受到新创公司、政府部门、全球最大燃油飞机制造商所赞助,飞行过程可望比现今的燃油飞机更环保、安静且安全,碳排放量仅为後者的一小部分。

今年 7 月初时,NASA 宣布将研发一种名为 Maxwell 的高速科研飞机(其电动机可支持 14 个螺旋桨)。这款 4 人座的飞机,最高时速可达 175 英里,与大部分小型飞机一样快,耗能却只有一般私人飞机的 1/5。

NASA 最终希望替换掉以波音(Boeing )737 和空客(Airbus)A320 机型为代表的大多数民航飞机一现在大部分的碳排放和燃料消耗都来自於它们。宾州州立大学(Penn State University)航空工程学教授 Jack Langelaan 说。商用航空飞机已占人造二氧化碳排放量的 2%,到 2025 年更将增至 22%,而电动飞机可以遏制甚至扭转该趋势。

目前,电动机的效率是内燃式或喷气式引擎的 2 倍。美国一家专门替美军制造电动无人机雷击(Lightning Strike)的航太公司(Aurora Flight Science)表示:我们只需要把发动机用电线连接起来。原本只有 1 个大型螺旋桨,现在我们可以在飞机任何位置安装小型发动机。

Maxwell 的机翼上有 12 个螺旋桨,翼尖上还有 2 个,每个螺旋桨都各自带有小型发动机。因为结构的关系,它进一步提升了燃料效率,甚至增强安全性。Maxwell 的设计者之一 Sean Clarke 表示:在以往只有 3 台发动机的情况下,起飞时若其中 1 个发生故障,可能会引起严重後果。如果有 14 台发动机,少 1 台就没那麽严重。

崭新商机:未来新型小飞机可望取代汽车

航空新创公司也很快意识到,有了小型电动机,新型垂直起降飞机将可望取代汽车。如果把飞机用於通勤,没有人希望在距离工作地点 5 英里的飞机场着陆,因此垂直起降很受欢迎。Langelaan 解释。

另一家德国新创公司百合(Lilium),其产品 2 人座飞机,只需不到 15 平方公尺的着陆区。美国公司 Joby’s S2,在加州研发出的飞机设有12 个倾斜旋翼,可以垂直起飞,再转变为传统飞机。Joby 公司宣称该飞机时速为 200 英里,适用於拓展公司 2 点直线式的通勤,耗能却比汽油驱动的汽车少 5 倍。

德国另一原型机 Volocopter 配有 18 个直升机式旋翼。中国无人机厂商亿航(EHang)的 184 机型,则为放大版的类单人飞行器,尽管它目前不能载客,仍旧获得了美国内华达州的飞行测试许可。这类飞机的最终目标是按照客人的需求飞行,成为飞机界的优步(Uber),在拥挤的城市间,提供无人机的自动驾驶服务。

要达到目标,我们还需要解决很多问题,避免碰撞和线路规划都非常重要。天空很辽阔,然而一旦这些小型飞机开始飞行,天空将显得过於狭窄。Langelaan 说。

发展电动飞机 电池科技是关键

目前为止,电动飞机的技术仍有许多限制需要克服,尤其是电池科技。锂离子电池(Lithium ion batteries)无法使用於长途飞行的客机,因为它的特性限制,至多只能支持 1 小时的航程Schaefer 说。

Aurora Flight Science 则是为了解决这个问题,采取了油电混合的系统(内含 3 个百万瓦的燃油发电机)驱动无人机-雷击的引擎。

现在还有一个更加环保的方式,就是采用光电伏打电池(photovoltaic cells)。阳光动力 2 号( Solar Impulse 2)日前刚完成环球计画的一小部分,成为全球第一台完全以再生能源为动力飞越大西洋的飞机。然而该飞机花费上百万美金研发,却只能承载一名驾驶,最高时速甚至低於一般车辆。

太阳能发电,目前仅适用於轻型且具有长机翼的飞机。等待太阳能电池发展更为成熟,就有机会看见有着传统飞机规格的太阳能飞机。Langelaan表示。