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混合動力的未來商業客機——空中客車「e概念」

2024-01-27科學

「滾回繪圖板」被淘汰的飛行器方案 284

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空客 e概念

E-Thrust

空客 e概念

目前為止,化石能源支撐了人類工業文明的大廈,然而所有人都知道,這些地球上無法再生的能源早晚要耗盡或者昂貴到不能承受。很有可能這個拐點將在這個一百年內到來。面對必定到來的化石能源終點,汽車業已經在新能源領域爭的火熱。然而在燒油大戶航空業,新能源的戰場還未到來。

空客 e概念模型

2013年,空中客車公司位於奧托布倫(Ottobrunn)的創新研發中心的工程師決定率先做出響應,他們對一個重要的願景充滿熱情——稱為:商用飛機的分布式電力推進系統。行業術語:E-Thrust。

電動推進已經在小型飛機領域取得了一些初步成功。大功率而輕便的電動風扇也已經是現成的產品,但是制約電動飛行的最主要因素是儲能裝置,現有技術條件下,電池系統的最大能量密度無法滿足大型商業飛行。E-Thrust提供了一個在現有可預見的技術條件下使用混合動力的新能源商業航班的可能。

「e概念」

空客 e概念

在2013年7月的巴黎航展上,歐洲防務和太空公司(EADS,空客母公司)的展台上展出了他們2050年新能源客機的願景。這個專案由空客與羅爾斯·羅伊斯(Rolls-Royce)公司合作開發,旨在提高未來客機的效率,其E-Thrust概念是一種混合動力推進系統,EADS表示可以減少油耗,排放和噪音。EADS和空中客車公司已經將E-Thrust融入到飛機設計中,這個專案稱之為「e概念」(eConcept)。

巴黎航展空客 e概念模型

空客認為E-Thrust是全電動飛機道路上的中間步驟,是一種「分布式推進」系統,由沿每個機翼排列的眾多電風扇組成。這些風扇的電力來自機上的儲能裝置,也可由尾部的燃氣輪機直接供電,這就是為什麽空客稱其為混合系統的原因。

E-Thrust原理透檢視

E-Thrust原理模型

盡管最佳風扇數量仍有待確定,但空中客車公司相信,單個較大的燃氣發電機比幾個較小的更好。這將有利於統一的排氣管道和微粒過濾器,低整體噪音和汙染排放。空客展示的概念系統由六個電動機和一個中央布置的燃氣輪機組成。

E-Thrust原理模型

E-Thrust系統的一個優點是,可以透過在地面上為電池充電(理論上來自清潔的可再生能源)來滿足起飛。燃氣發電機只有在e概念在空中時才啟動,從而可以縮小該部件的尺寸。

羅-羅的E-Thrust電動風扇

巡航時,燃氣發電機直接為風扇供電,此時可調節風扇功率或關閉部份風扇節約燃料,如果燃氣系統發生故障,重新充電的電池也滿足為緊急著陸提供動力。在下降過程中,燃氣發電機關閉,e概念按照滑翔機飛行。風扇此時反轉發電,可以給電池充電。理論上飛機可僅用電池供電,但工程師計劃讓燃氣系統在著陸前重新啟動,以做備份。

e概念

據稱,分布式推進系統允許大振幅增加引擎旁通比,在渦扇發動機中,旁通比是透過風扇吸入但繞過燃燒室的空氣質素與透過燃燒室的空氣質素之比。目前的噴射引擎可以實作 12:1 的比率,但空客聲稱E-Thrust系統可以實作 20:1 或更高的有效旁通比,從而進一步降低油耗。

e概念

空客還認為,這種分布式方法為機身設計提供了更大的設計空間。有利於減輕重量和阻力,減小垂直尾翼尺寸和改善重量分布。展示的概念飛機為90個座位的幹線商業客機,使用了大量流線型設計,風扇布置在翼根上方,發電燃氣輪機布置在機尾V型尾翼中間。整體氣動布局和空客在2010年的概念飛機'Smarter Skies'非常相似

e概念

Smarter Skies

未來願景

e概念

實際上功率強大而輕便的電力風扇現在已經成為現實。為了使E-Thrust系統可行,需要超導技術來減小電氣元件的尺寸,並結合下一代電力儲存技術(空客著眼於鋰空氣電池),其能量密度超過1,000 Wh / kg。

盡管很多技術仍然比較遙遠,但並非遙不可及。與其他天馬行空的電動概念客機相比,e概念展示了更多接近成熟的技術,使得其實作的可能大增。透過「e概念」也特許以看到即將飛出地平線的未來商業客機。