新能源應(yīng)用于動(dòng)力飛行器研究進(jìn)展

李澤人

（南京市中華中學(xué) 江蘇 南京 210000）

新能源應(yīng)用于動(dòng)力飛行器研究進(jìn)展

李澤人

（南京市中華中學(xué) 江蘇 南京 210000）

從十九世紀(jì)起，人類日漸面臨著資源枯竭，環(huán)境惡化的威脅。一方面，人類工業(yè)化與城市化對(duì)能源的需要日漸加大，造成石油、煤炭、天然氣等化石燃料供應(yīng)日趨緊張；另一方面，由于人類過(guò)度的開(kāi)采、挖掘及使用，導(dǎo)致日趨嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)，這些使得開(kāi)發(fā)可持續(xù)的替代性能源即新能源迫在眉睫。如今，新能源的開(kāi)發(fā)及運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域方興未艾，尤其是新興的動(dòng)力飛行器工程領(lǐng)域。新能源運(yùn)用于動(dòng)力飛行器中的正面積極作用是巨大的，不僅可以有效解決傳統(tǒng)燃料的不足，還可以有效優(yōu)化當(dāng)前我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也革新了技術(shù)和理論，對(duì)維護(hù)國(guó)家能源安全等方面都發(fā)揮了巨大作用。但是，新能源在發(fā)展過(guò)程中也存在一定不足，這些不足和問(wèn)題是我們動(dòng)力飛行器領(lǐng)域新能源研發(fā)的發(fā)展方向和動(dòng)力。

新能源技術(shù)；動(dòng)力飛行器；應(yīng)用分析；進(jìn)展

1 新能源應(yīng)用于動(dòng)力飛行器的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)能源的供應(yīng)進(jìn)展和環(huán)境問(wèn)題是我國(guó)在新世紀(jì)面臨的主要問(wèn)題之一。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全球消耗能源量160億tce，其中可再生資源利用總量折合為12億tce。2009年，在全球消耗的能源中，石油最多，占到35%，煤炭占29%，天然氣占24%，核電占5%。到2016年，石油仍是全球的主要燃料，占全球能源消費(fèi)的32.9%，煤炭仍然保持第二大燃料的位置，占全球能源消費(fèi)的29.2%，天然氣占23.8%，核電占6.8%。從數(shù)據(jù)分析來(lái)看，全球消耗的能源主要是化石能源。而化石能源為人類帶來(lái)文明的同時(shí)，也帶來(lái)地球環(huán)境的污染及氣候的變化。一方面，隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化的建設(shè)速度加快，人類對(duì)傳統(tǒng)能源的需求日漸加大，石油、煤炭等面臨枯竭。另一方面，綠水青山不在，人類生存環(huán)境面臨著惡化的威脅，這同時(shí)也極大地影響了我們?nèi)祟惓鞘谢?、工業(yè)化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

以我國(guó)為例，2009年我國(guó)能源消費(fèi)量約為31億tce，是第二能源消費(fèi)大國(guó)，其中煤炭占69%，石油占20%，天然氣占3.4%，核電、水電及其他能源占7.2%，但從人均能源消費(fèi)水平來(lái)看我國(guó)能源消費(fèi)量還很低，還沒(méi)達(dá)到全球平均水平。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展帶動(dòng)了能源消費(fèi)量的急劇上升，預(yù)計(jì)到2020年，能源消耗量將達(dá)到到45億tce。自1993年起，中國(guó)由能源凈出口國(guó)變?yōu)閮暨M(jìn)口國(guó)，能源總消費(fèi)已大于總供給，能源需求的對(duì)外依存度迅速增大。煤炭、電力、石油和天然氣等能源在中國(guó)都存在缺口，其中，石油需求量的大增，目前凈進(jìn)口占比已達(dá)到50%以上，并處于逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。因此，新能源的發(fā)展對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)更顯迫切和重要。

新能源不僅是我國(guó)當(dāng)前發(fā)展的需要，更是國(guó)際社會(huì)和其它國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。在1980年聯(lián)合國(guó)召開(kāi)的“聯(lián)合國(guó)新能源和可再生能源會(huì)議”上，新能源強(qiáng)調(diào)以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ)，使傳統(tǒng)的可再生能源得到現(xiàn)代化的開(kāi)發(fā)和利用。從我國(guó)的當(dāng)前現(xiàn)狀來(lái)講，我國(guó)開(kāi)發(fā)利用新能源起步較晚，但是我國(guó)在新能源開(kāi)發(fā)應(yīng)用上已經(jīng)取得了佳績(jī)，例如新能源汽車、光伏和風(fēng)力發(fā)電廠、太陽(yáng)能電池、磁懸浮列車等。

眾所周知，我國(guó)近幾年來(lái)新能源動(dòng)力勢(shì)頭發(fā)展最猛的當(dāng)屬我們的新能源汽車。市場(chǎng)出現(xiàn)的產(chǎn)品類型越來(lái)越多，質(zhì)量呈現(xiàn)高速發(fā)展。主要包括有：混合動(dòng)力汽車(HEV)、純電動(dòng)汽車(BEV)、燃料電池汽車(FCEV)、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車以及燃?xì)馄?、醇醚汽車等。以新能源汽車為例，傳統(tǒng)汽車動(dòng)力用的是汽油或柴油，而新能源汽車采用氫氣、乙烯、電能等。氫能源動(dòng)力汽車是以氫氣為主要能量替代了傳統(tǒng)的燃料，排放出的是純凈水，其具有無(wú)污染、零排放、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)勢(shì)，是一種真正實(shí)現(xiàn)零排放的交通工具。電動(dòng)汽車是以車載電源為動(dòng)力，電動(dòng)汽車還具備智能化和信息化的特點(diǎn)，提高了電動(dòng)汽車的市場(chǎng)價(jià)值。

飛行器動(dòng)力是指為專門提供飛行器的飛行動(dòng)力和相關(guān)的技術(shù)的設(shè)備，主要指飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)彈和火箭的推力器等。飛行器用的發(fā)動(dòng)機(jī)有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)兩種，目前的發(fā)動(dòng)機(jī)基本上都是燃?xì)鉁u輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，工作原理是加速流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣，以此獲得反作用推力。而加速空氣的方法就是燃燒，將燃料（航空煤油）的化學(xué)能轉(zhuǎn)為空氣的動(dòng)能。新能源飛機(jī)是以新能源為電源，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳、涵道風(fēng)扇或其他裝置產(chǎn)生前進(jìn)動(dòng)力的飛機(jī)。飛行器因所具備的動(dòng)力設(shè)備不同，在選擇燃料及技術(shù)上有很大的差異，如空氣動(dòng)力飛行器將周圍的空氣變?yōu)槿剂?，使用電磁等離子轉(zhuǎn)換技術(shù)，將周圍的空氣轉(zhuǎn)換為電力能源；電磁動(dòng)力彈射器用4具電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)代替4具傳統(tǒng)的蒸汽彈射裝置，用電磁脈沖將飛機(jī)推至起飛速度，多用于軍事領(lǐng)域；太陽(yáng)能動(dòng)力飛機(jī)使用了太陽(yáng)能電池組，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑼ㄟ^(guò)電動(dòng)力帶動(dòng)螺旋槳使飛機(jī)高空飛行；氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)使用液氫燃料；液態(tài)天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)使用液態(tài)天然氣為燃料，液態(tài)天然氣屬不可再生資源，目前全球天然氣儲(chǔ)量比石油大（可開(kāi)采100～200年），可作為一種過(guò)渡性燃料。飛行器不僅有單一的動(dòng)力飛行器，也有兩個(gè)或者兩個(gè)以上不同動(dòng)力設(shè)備組成的飛行器，稱為組合動(dòng)力飛行器。2016年，我國(guó)正在自主開(kāi)發(fā)研究組合動(dòng)力飛行器，該飛行器集成渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等多種動(dòng)力，起飛時(shí)使用渦輪動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，達(dá)到一定速度后使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行器達(dá)到臨近空間，便使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入太空，未來(lái)的組合動(dòng)力飛行器可實(shí)現(xiàn)天地間重復(fù)往返的航天運(yùn)輸。

實(shí)踐證明，風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、氫能等具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?，是我?guó)未來(lái)新能源發(fā)展戰(zhàn)略的發(fā)展方向和動(dòng)力。新能源技術(shù)和資源在動(dòng)力飛行器上的運(yùn)用，也是我們不懈追求的航天夢(mèng)。

2 新能源應(yīng)用于動(dòng)力飛行器的基本意義

2.1 有效降低環(huán)境污染，補(bǔ)充傳統(tǒng)能源

無(wú)論是新能源汽車還是運(yùn)用于其他領(lǐng)域的新能源產(chǎn)業(yè)都是以保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源有限配置為首要目的。新能源動(dòng)力飛行器也不例外。傳統(tǒng)意義上，我們的飛行器大都是以火箭燃料熱能為動(dòng)力的，它的確都?jí)驖M足我們對(duì)飛行器的要求，但是它對(duì)環(huán)境是具有一定的污染的，而且具有一定的不安全性。而新能源動(dòng)力飛行器則大大改善了這些問(wèn)題，它能夠有效的保護(hù)環(huán)境，減少污染，輕便快捷無(wú)污染，同時(shí)也能夠?yàn)槲覈?guó)的航天事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

2.2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新，滿足當(dāng)前發(fā)展的需要

以新能源動(dòng)力為主的動(dòng)力飛行器是當(dāng)前我國(guó)飛行器動(dòng)力技術(shù)革新發(fā)展的新方向和新領(lǐng)域。傳統(tǒng)的飛行器已經(jīng)不能滿足我國(guó)現(xiàn)在發(fā)展的需要和要求，尤其是在飛行器民用和航空航天方面顯得尤為突出。新能源動(dòng)力飛行器極大地解決了這些問(wèn)題，是我們研究和發(fā)展新能源動(dòng)力飛行器的方向?？梢院敛豢鋸埖恼f(shuō)，新能源技術(shù)的進(jìn)步和革新對(duì)于我們?nèi)祟惖陌l(fā)展無(wú)論是經(jīng)濟(jì)物質(zhì)上的發(fā)展還是我們?nèi)祟惌h(huán)境保護(hù)方面、人文精神文化理論都有一定的指向性和價(jià)值意義。彌補(bǔ)了新能源這一新的專業(yè)領(lǐng)域和技術(shù)在實(shí)踐和理論上的缺陷和不足，同時(shí)也補(bǔ)充了傳統(tǒng)能源，有效的緩解了傳統(tǒng)能源的枯竭。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在新能源技術(shù)和資源研究領(lǐng)域取得了巨大發(fā)展和進(jìn)步，尤其在新能源動(dòng)力飛行器領(lǐng)域，既滿足我國(guó)城市化、工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，又節(jié)約資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也有效的優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，革新了技術(shù)和理論。值得注意的是，全球的新能源的發(fā)展前景是巨大的，在運(yùn)用新能源技術(shù)和資源的道路上，全球的新能源挖掘和利用還剛剛才開(kāi)始。新型可再生能源的開(kāi)發(fā)利用程度還很低，發(fā)展新能源以及新能源應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義。

[1]張瀝，姚磊江，王景深，李斌，童小燕.超輕質(zhì)太陽(yáng)能電池嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(05).

[2]姜光泰，祝明，梁浩全，武哲.基于可靠性的太陽(yáng)能飛機(jī)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(04).

V212 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-5624（2018）02-0098-02