E—Fan，電動(dòng)飛機(jī)的急先鋒

溫杰

5月20日，2014年柏林國(guó)際航空航天博覽會(huì)在費(fèi)舍爾機(jī)場(chǎng)拉開了帷幕，作為本屆柏林航展的亮點(diǎn)之一，空中客車公司研制的E-Fan電動(dòng)驗(yàn)證機(jī)首次公開亮相，并多次“寂靜無聲”地升空表演，顯示出電動(dòng)飛行技術(shù)在低噪聲方面的優(yōu)勢(shì)，充分體現(xiàn)了空中客車公司致力于減少排放、降低噪聲的綠色航空理念，同時(shí)為發(fā)展一種混合動(dòng)力支線飛機(jī)邁出了重要一步。

減排無下限

E-Fan驗(yàn)證機(jī)的問世與歐盟近年來大力推動(dòng)的節(jié)能減排戰(zhàn)略密不可分。歐盟委員會(huì)專門擬定了“飛行路線2050”計(jì)劃，目標(biāo)是到2050年，歐盟航空業(yè)二氧化碳排放量比2000年下降75%，氮氧化物排放量減少90%，噪音水平下降65%。

為了響應(yīng)“飛行路線2050”計(jì)劃中提出的目標(biāo)，空中客車集團(tuán)著手研究一些新技術(shù)和新產(chǎn)品，全力支持歐盟委員提出的環(huán)保目標(biāo)。近10年來，空中客車集團(tuán)一直致力于研究電動(dòng)飛行技術(shù)，已經(jīng)取得了積極進(jìn)展。EADS公司創(chuàng)新工廠和ACS公司在2010年合作驗(yàn)證了Cri-Cri活塞式輕型飛機(jī)的電動(dòng)改型，歐洲直升機(jī)公司在2011年驗(yàn)證了電動(dòng)機(jī)在直升機(jī)自轉(zhuǎn)過程中可以提供應(yīng)急動(dòng)力。接著，可以真正實(shí)現(xiàn)零排放的全電飛機(jī)概念陸續(xù)浮出水面。2011年6月，EADS公司在柏林航展上首次展示了一種電力驅(qū)動(dòng)共軸對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳的客機(jī)概念。次年9月，由EADS等4家德國(guó)航空航天公司共同組建的包豪斯航空研究機(jī)構(gòu)在柏林航展上首次推出了一種稱之為Ce-Liner的縮比模型，采用了16組蓄電池來驅(qū)動(dòng)2臺(tái)尾部安裝的動(dòng)力裝置。

基于這些研究工作積累的經(jīng)驗(yàn)，空中客車集團(tuán)從2012年10月開始研制一架完全由電力推動(dòng)的E-Fan驗(yàn)證機(jī)。該機(jī)由ACS公司制造，同時(shí)得到了賽峰集團(tuán)、卓達(dá)宇航集團(tuán)和西門子公司的技術(shù)支持。

2013年6月，空中客車公司在巴黎航展上首次展出了一架E-Fan全尺寸樣機(jī)，盡管在眾星云集的航展現(xiàn)場(chǎng)并未產(chǎn)生轟動(dòng)效應(yīng)，但在業(yè)內(nèi)已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。今年3月11日，E-Fan驗(yàn)證機(jī)在法國(guó)波爾多首次升空，成功地完成了第一次試飛。一個(gè)多月后，空中客車公司在4月25日專門舉行了“電動(dòng)飛機(jī)日”，正式對(duì)外公開了E-Fan驗(yàn)證機(jī)，法國(guó)工業(yè)部部長(zhǎng)阿諾德·蒙特布赫等代表見證了這次飛行表演。隨后，該機(jī)出現(xiàn)在本屆柏林航展的現(xiàn)場(chǎng)，讓來自世界各地的專業(yè)人士和熱心觀眾有機(jī)會(huì)親眼目睹世界上第一架全電動(dòng)飛機(jī)的公開表演

中規(guī)中矩的設(shè)計(jì)

從航空工業(yè)發(fā)展的角度來看，E-Fan驗(yàn)證機(jī)是空客車公司在技術(shù)領(lǐng)域取得的一項(xiàng)創(chuàng)新成果。在總體設(shè)計(jì)上，該機(jī)采用了流線型機(jī)身、下單翼和T形尾翼，基本上是一種標(biāo)準(zhǔn)的通用飛機(jī)，具有低阻力、高升力的特點(diǎn)。它的長(zhǎng)度為6.67米，翼展為9.5米，總體結(jié)構(gòu)全部采用復(fù)合材料制造，空重僅有580千克。在性能方面，該機(jī)的巡航速度大約為160千米/小時(shí)，最大飛行速度為220千米/小時(shí)。

前機(jī)身設(shè)計(jì)為串列雙座，座艙內(nèi)采用了“佳明1000”數(shù)字式航空電子設(shè)備和無線電系統(tǒng)。中機(jī)身兩側(cè)分別安裝了一個(gè)涵道風(fēng)扇，各由一臺(tái)30千瓦的電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變距8葉風(fēng)扇，產(chǎn)生750牛的推力。涵道風(fēng)扇能增加靜推力，減少噪聲，改善了地面的安全性。由于動(dòng)力裝置位于機(jī)身的中段，該機(jī)在單發(fā)飛行的時(shí)候也能夠?qū)崿F(xiàn)較好的操控性能。

與小型通用飛機(jī)相比，E-Fan驗(yàn)證機(jī)的外部構(gòu)型中規(guī)中矩，但機(jī)翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)則顯著不同。作為一架全電動(dòng)飛機(jī)，它在機(jī)翼內(nèi)攜帶有120塊鋰離子聚合物電池，總重量為127千克，可以輸出250伏特和100安培的直流電。研制人員吸取了近年來波音787客機(jī)在鋰電池使用方面的教訓(xùn)，將電池艙設(shè)計(jì)在機(jī)翼中段，遠(yuǎn)離座艙，具有很好的通風(fēng)條件，有助于及時(shí)驅(qū)散電池工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。

該機(jī)采用了全新的電能管理系統(tǒng)（E-FADEC），可自動(dòng)管理所有的電力性能，有效地簡(jiǎn)化了顯示和控制系統(tǒng)，從而減少了飛行員的工作負(fù)荷，可以更加專注于飛行操縱和訓(xùn)練任務(wù)。

與當(dāng)前電動(dòng)汽車相類似，E-Fan驗(yàn)證機(jī)同樣存在著續(xù)航時(shí)間有限的問題。據(jù)空中客車公司在航展上提供的宣傳資料介紹，它的最大續(xù)航時(shí)間可以達(dá)到45分鐘。到目前為止，該機(jī)的最長(zhǎng)一次飛行持續(xù)了37分鐘，累計(jì)試飛時(shí)間達(dá)到了15小時(shí)?？罩锌蛙嚬鞠Ｍ鸈-Fan驗(yàn)證機(jī)能達(dá)到1小時(shí)15分鐘續(xù)航時(shí)間的儲(chǔ)備功率，以證明這種平臺(tái)作為飛行員訓(xùn)練飛機(jī)的潛力。然而，當(dāng)前所使用的電池組是無法實(shí)現(xiàn)的。目前，E-Fan項(xiàng)目的合作伙伴正在研制一種更高能量密度的新型電池，將在不久后達(dá)到這一要求。

由于只是用于試驗(yàn)?zāi)康模珽-Fan驗(yàn)證機(jī)并未采用常規(guī)飛機(jī)的三點(diǎn)式起落架，而是獨(dú)具匠心地在機(jī)身下采用了一前一后兩個(gè)起落架，并在每側(cè)機(jī)翼下面分別安裝了一個(gè)具有彈性支撐的輔助輪，以便在地面滑行時(shí)保持飛機(jī)平衡。前起落架采用可轉(zhuǎn)向機(jī)輪，用于控制滑行方向，而后起落架采用了電動(dòng)式機(jī)輪，可由6千瓦電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

這種設(shè)計(jì)的目的是為了減少氣動(dòng)阻力，以節(jié)省電力，E-Fan驗(yàn)證機(jī)在地面滑行時(shí)無需起動(dòng)涵道風(fēng)扇，借助于后機(jī)輪在跑道滑行，而且在起飛過程中可以幫助飛機(jī)加速到60千米/小時(shí)。然后，飛行員可以起動(dòng)涵道風(fēng)扇，迅速獲得起飛功率，推動(dòng)飛機(jī)滑跑至110千米/小時(shí)起飛速度，實(shí)現(xiàn)升空。

投產(chǎn)兩種型號(hào)

在本屆柏林航展上，空中客車公司還在室內(nèi)展館內(nèi)展出了E-Fan 2.0和E-Fan 4.0電動(dòng)飛機(jī)的模型。為了盡快生產(chǎn)出歐洲的第一種全電動(dòng)飛機(jī)，空中客車公司今后幾個(gè)月內(nèi)將在位于波爾多的馬里尼亞克機(jī)場(chǎng)附近建立一家名為伏特航空（VoltAir）的子公司，準(zhǔn)備生產(chǎn)E-Fan 2.0和E-Fan 4.0飛機(jī)，二者與驗(yàn)證機(jī)之間的部件通用性達(dá)到95%。

E-Fan 2.0飛機(jī)是一種并列雙座教練機(jī)，預(yù)計(jì)在2017年底首飛。據(jù)介紹，該機(jī)適合于30分鐘至1小時(shí)的短程飛行任務(wù)，最高時(shí)速可達(dá)220千米/小時(shí)，可用于培訓(xùn)飛行員、拖曳滑翔機(jī)或特技飛行。

E-Fan 4.0飛機(jī)是一種四座通用航空飛機(jī)，僅比雙座型長(zhǎng)35厘米，預(yù)計(jì)將在2019年升空。為了增加航程或延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，該機(jī)將在機(jī)身內(nèi)配裝一臺(tái)小型內(nèi)燃機(jī)，為機(jī)載電池組充電。預(yù)計(jì)，這混合動(dòng)力型式可以使E-Fan 4.0飛機(jī)的續(xù)航時(shí)間從2小時(shí)增加到3.5小時(shí)。

據(jù)空中客車公司介紹，兩種型號(hào)都針對(duì)通用航空市場(chǎng)，與當(dāng)前的活塞式輕型飛機(jī)相比，其價(jià)格具備競(jìng)爭(zhēng)力，而且明顯降低了各項(xiàng)使用成本，同時(shí)潛在地降低了維護(hù)成本。該公司希望位于伏特航空公司具備每年制造80架E-Fan飛機(jī)的能力，并認(rèn)為市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，尤其是飛行訓(xùn)練學(xué)校。盡管到目前還沒有簽署合同，但位于法國(guó)圖盧茲的國(guó)立民用航空大學(xué)（ENAC）已經(jīng)成為該項(xiàng)目的簽約方。

目前，法國(guó)禁止輕型飛機(jī)在每天的特定時(shí)間內(nèi)自由飛行，以減少對(duì)環(huán)境的影響，顯然，E-Fan飛機(jī)在二氧化碳零排放和噪音方面的優(yōu)勢(shì)將有助于擺脫這種限制。此外，該機(jī)在飛行性能方面不會(huì)受到海拔和高溫天氣影響，在停機(jī)位方面也適合于飛行訓(xùn)練和航空俱樂部的需要。因此，空中客車公司正在針對(duì)法國(guó)民航總局的要求，優(yōu)化E-Fan 2.0飛機(jī)的性能參數(shù)，以便與現(xiàn)有的教練機(jī)保持一致，避免需要愛制訂新的訓(xùn)練規(guī)則。

與此同時(shí)，空中客車公司希望E-Fan系列飛機(jī)的批生產(chǎn)能在技術(shù)和工藝方面積累更多經(jīng)驗(yàn)，為今后發(fā)展一種80～90座的混合動(dòng)力支線飛機(jī)鋪平道路，朝著“飛行路線”計(jì)劃的目標(biāo)邁出堅(jiān)實(shí)一步。

責(zé)任編輯：王鑫邦endprint