航Sir帶你認(rèn)識(shí)電動(dòng)飛機(jī)

李會(huì)超

周六的上午陽(yáng)光明媚，又是一個(gè)適合飛行的好天氣。今天我?guī)i鵬來到了一座通用航空機(jī)場(chǎng)，和那些繁忙的商業(yè)客運(yùn)機(jī)場(chǎng)不同的是，這種機(jī)場(chǎng)起降的一般都是以螺旋槳為動(dòng)力的小型飛機(jī)，主要是為了滿足飛行愛好者學(xué)習(xí)駕駛飛機(jī)或體驗(yàn)飛行的需要。有時(shí)，這里也可以執(zhí)行噴灑農(nóng)藥和航拍測(cè)繪等任務(wù)。言歸正傳，今天我們來這里主要是為了體驗(yàn)一種新型飛機(jī)。

到底是什么新型飛機(jī)呢？我已經(jīng)等不及了！

別急，聽說你家最近買了一輛電動(dòng)汽車？你覺得電動(dòng)汽車怎么樣？

很好呀，與以前需要燒汽油的汽車相比，電動(dòng)汽車行駛起來更安靜，而且車行駛起來的時(shí)候排氣管也不會(huì)再向空氣中排放尾氣了，環(huán)保了很多。

從電動(dòng)自行車到電動(dòng)汽車，電能交通工具的普及對(duì)我們空氣環(huán)境的改善有很大的幫助！今天，我要帶你體驗(yàn)的就是電動(dòng)飛機(jī)！我們看看電動(dòng)飛機(jī)乘坐起來是不是也和電動(dòng)汽車一樣舒適安靜吧。

這架飛機(jī)是由空中客車公司研制開發(fā)的E-Fan型電動(dòng)飛機(jī)。這種純電動(dòng)飛機(jī)在2014年3月11日才剛剛首飛成功。2015年7月10日，法國(guó)飛行員迪迪埃·埃斯蒂納駕駛這種飛機(jī)從英國(guó)起飛，花了36分鐘橫跨英吉利海峽，成功在法國(guó)安全著陸。1909年，法國(guó)飛行員路易·布雷里奧駕駛“布雷里奧Ⅺ”輕型飛機(jī)橫越英吉利海峽，被大家視為航空發(fā)展史上的一座里程碑。而E-Fan作為第一款靠自身動(dòng)力起飛的電動(dòng)飛機(jī)能夠成功橫越英吉利海峽，也標(biāo)志著電動(dòng)飛機(jī)的技術(shù)已經(jīng)取得突破。

我感覺這架電動(dòng)飛機(jī)從外表看，與其他飛機(jī)并沒什么兩樣啊。

電動(dòng)飛機(jī)并沒有改變飛行的基本原理，它能夠起飛同樣是依靠高速運(yùn)動(dòng)時(shí)氣流在機(jī)翼上產(chǎn)生的升力。所以，電動(dòng)飛機(jī)的外觀并沒有什么本質(zhì)上的改變。它最大的改變是發(fā)動(dòng)機(jī)！一般的飛機(jī)使用的是靠航空燃油驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)換成了電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，靠電能就可以驅(qū)動(dòng)。

E-Fan這種電動(dòng)飛機(jī)只依靠飛機(jī)上的電池提供的電能就可以飛行，完全不需要消耗燃油。但是目前也有一些以其他方式使用電能的飛機(jī)。例如，有些飛機(jī)同時(shí)安裝了傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和新型電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在飛機(jī)起飛和爬升等需要很大推力的階段，飛行員會(huì)打開使用電池供電的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓它們和普通發(fā)動(dòng)機(jī)一起工作。而當(dāng)對(duì)推力的需求較小時(shí)，就可以關(guān)閉電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)了。這樣，就在一定程度上既減少了燃油的消耗又解決了目前電動(dòng)飛機(jī)續(xù)航能力不足的問題。空中客車正在研發(fā)的另一種E-Airhus電動(dòng)飛機(jī)就采用了這樣的技術(shù)方案。

還有一些飛機(jī)會(huì)先靠燃油發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后再將電能輸送到布置在機(jī)身不同位置的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)上。由于電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量輕、體積小，使用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，飛機(jī)設(shè)計(jì)師可以隨心所欲地在飛機(jī)機(jī)身的不同位置布置電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，以達(dá)到最佳的推進(jìn)效果。同時(shí)，由于仍然要使用燃油，這種飛機(jī)不存在續(xù)航上的問題。目前，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）就正在進(jìn)行這類飛機(jī)的研發(fā)。他們的目標(biāo)是通過燃油發(fā)電機(jī)和電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的混合使用，使巡航狀態(tài)下的飛機(jī)消耗的能量降低5倍，使飛行的總成本降低30%，飛行噪聲降低15分貝。

原來電動(dòng)飛機(jī)有這么多種動(dòng)力設(shè)計(jì)方案呀！

是的，但是目前人們還是最希望能夠研發(fā)出來像E-Fan這樣純粹使用電能的飛機(jī)。畢竟地球上各類燃料有限，而電能卻可以通過核能、水力、風(fēng)能、太陽(yáng)能等多種方式獲取。走，咱們坐上這架飛機(jī)，一起到天上飛一圖吧。

咦，為什么一點(diǎn)兒聲音也沒有，發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片好像也沒有旋轉(zhuǎn)？

因?yàn)檫@種飛機(jī)的輪子能自己產(chǎn)生滑行的動(dòng)力呀。一般的飛機(jī)，在地面上滑行的推力也是由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的，因此從停機(jī)位滑出時(shí)就必須啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣一來光是在跑道上滑行就需要消耗不少燃油。而我們剛剛說了，電動(dòng)飛機(jī)的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)很容易布置，而且電動(dòng)飛機(jī)不需要變速箱，只要在機(jī)身后部的主起落架上安裝小型電機(jī)，就能夠使飛機(jī)在地面上以最高60千米/時(shí)的速度滑行，不再需要打開電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。其實(shí)，這就跟電動(dòng)汽車一樣，人們喜歡電動(dòng)飛機(jī)除了節(jié)能環(huán)保以外，最重要的就是乘坐起來安靜無噪聲。

由于采用了先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料，E-Fan的總重量?jī)H有500千克。通常，飛機(jī)在飛行過程中不可避免地要受到迎面而來的空氣阻力。飛機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)就是升阻比。升阻比就是飛機(jī)在飛行過程中受到的托舉它上升的升力和阻礙它飛行的阻力之間的比例，這個(gè)比例越大，說明飛機(jī)的氣動(dòng)性能越好。要提高這個(gè)指標(biāo)，就要在飛機(jī)外形的設(shè)計(jì)上下足功夫。由于采用了出色的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，E-Fan的升阻比高達(dá)16（即升力與阻力的比值為16：1）。在正常飛行時(shí)，E-Fan的速度為160千米/時(shí)，而它的最大飛行速度可以達(dá)到220千米/時(shí)。

電量不足了，我們要返航了。電動(dòng)飛機(jī)只能在空中飛行這么短的時(shí)間呀？

目前，電池技術(shù)還不是很成熟，所以它能提供的電量有限。一架飛機(jī)的起飛重量有限，因此只能安裝一定重量的電池。在重量一定的情況下，電池儲(chǔ)存的電能越多，飛機(jī)就能夠飛得越遠(yuǎn)。目前，電動(dòng)飛機(jī)使用的高性能鋰電池，儲(chǔ)能密度僅為150～250瓦時(shí)/千克，而航空界一般認(rèn)為實(shí)用性的電動(dòng)飛機(jī)的電池儲(chǔ)能密度至少要達(dá)到500瓦時(shí)/千克。而即便達(dá)到了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，電池的儲(chǔ)能密度也僅是航空燃油的二十五分之一。因此，電池的發(fā)展還有很長(zhǎng)的一段路要走。不僅如此，電池的安全性也是一個(gè)需要解決的問題。我們平時(shí)乘坐民航客機(jī)時(shí)，鋰電池必須隨身攜帶，一般不允許直接放到行李箱中托運(yùn)，這是因?yàn)殇囯姵鼐哂幸兹嫉奶匦裕荒芴幱跓o人看管的狀態(tài)。而電動(dòng)飛機(jī)使用了大量鋰電池，所以提升鋰電池的可靠性和失效時(shí)的安全性就尤為重要了。

除了鋰電池外，飛機(jī)的設(shè)計(jì)師們也在嘗試使用其他的電能來源。例如，瑞士設(shè)計(jì)的“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”和“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”飛機(jī)就是太陽(yáng)能動(dòng)力飛機(jī)。陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)還在2015年3月到2016年7月，完成了一次環(huán)球飛行，其間它還造訪了我國(guó)的重慶市和南京市。不過，太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能也很有限，為了布置足夠多的太陽(yáng)能電池板，陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)使用高達(dá)72米的翼展，飛機(jī)機(jī)翼向兩側(cè)延伸的長(zhǎng)度已經(jīng)和世界上最大的民航客機(jī)——A380基本一致，但它的起飛重量?jī)H僅約是A380的二百分之一。還有一種能夠提供能源的方式叫作“燃料電池”。目前，常用的燃料電池為氫氧燃料電池，氫氣和氧氣在燃料電池中混合后，并不像在內(nèi)燃機(jī)里那樣發(fā)生燃燒現(xiàn)象，而是通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水，同時(shí)將自身攜帶的能量轉(zhuǎn)化成電能。這種燃料電池不會(huì)產(chǎn)生污染，具有清潔環(huán)保的特點(diǎn)，波音公司已經(jīng)進(jìn)行了燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)飛機(jī)試驗(yàn)。但目前，燃料電池的技術(shù)成熟度還比不上鋰電池。

聽起來，電池可是個(gè)大問題，電動(dòng)飛機(jī)的成敗全靠它了！我一定要好好學(xué)習(xí)，長(zhǎng)大以后發(fā)明出性能最佳的電池，幫助電動(dòng)飛機(jī)超越燃油飛機(jī)！

那當(dāng)然是好呀，如果電池的問題解決了，電動(dòng)飛機(jī)還能有很多用途呢?，F(xiàn)在，除了電動(dòng)通用飛機(jī)外，各家電動(dòng)飛機(jī)廠商還在研發(fā)電動(dòng)支線客機(jī)和大型電動(dòng)干線客機(jī)。你看這架E-Fan飛機(jī)，它實(shí)際上就是空中客車公司的電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，在這種飛機(jī)上獲得初步試驗(yàn)成功的各種技術(shù)將投入未來的研發(fā)中，最終研制出功率高達(dá)40兆瓦（1兆瓦=1000000瓦）的大型電動(dòng)客機(jī)。在NASA的資助下，美國(guó)的萊特電動(dòng)公司就正在研發(fā)與空客A320、波音737等主流客機(jī)載客量相仿的電動(dòng)客機(jī)。如果電池技術(shù)的發(fā)展較為迅速，這種大型客機(jī)將完全使用電力。如果電池技術(shù)發(fā)展緩慢，這種飛機(jī)將采用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)加上電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力方案。

其實(shí)電動(dòng)飛機(jī)還可能有一種更生活化的應(yīng)用，那就是城市“飛的”。就像出租車一樣，城市“飛的”可以載著我們從城市的一邊快速到達(dá)另一邊，這樣我們就不用擔(dān)心堵車了。目前，volocopter公司開發(fā)的volocopter 2x型電動(dòng)飛機(jī)已經(jīng)完成了飛行試驗(yàn)，正在和阿聯(lián)酋迪拜的交通部門洽談，將這種電動(dòng)飛機(jī)引入城市交通網(wǎng)絡(luò)。這種飛機(jī)的外觀和傳統(tǒng)的直升機(jī)有一些類似，但產(chǎn)生飛行動(dòng)力的裝置由傳統(tǒng)直升機(jī)的主槳與尾槳的組合變成了18個(gè)呈環(huán)形排列的小型螺旋槳。由于采用了電能方案，這種飛機(jī)不會(huì)像傳統(tǒng)直升機(jī)一樣產(chǎn)生巨大的噪聲，適合在繁忙又需要安靜的城市中運(yùn)輸乘客。

好啦，今天我們就體驗(yàn)到這里吧，鵬鵬現(xiàn)在斗志昂揚(yáng)，已經(jīng)跑回家去寫寒假作業(yè)啦！哈哈，你們呢？