韓舒淋 陳亮 施智梁

6月18日挪威奧斯陸機場，挪威購買的第一架電動飛機進行了首次飛行展示，駕駛員是挪威國有航空公司阿維洛爾（Avinor）CEO達格·法爾克-彼特森（Dag Falk-Petersen），唯一的乘客則是挪威交通和通訊大臣凱蒂爾·蘇爾維克-奧爾森（KetilSolvik-Olsen）。

Avinor在當天發(fā)布的聲明中表示，將與合作伙伴幫助挪威成為電動航空領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，在全球成為首個電動航空占據(jù)主要市場的國家，到2040年所有國內(nèi)航線實現(xiàn)電動化。

Avinor在其官網(wǎng)發(fā)布的試飛視頻顯示，皮特森駕駛的飛機載著奧爾森在奧斯陸機場上空環(huán)繞之后又降落在原機場，Avinor并未披露此次飛行的持續(xù)時間。

此次Avinor進行飛行展示的飛機，是斯諾文尼亞公蝙蝠（Pipistrel）公司生產(chǎn)的“阿爾法電動G2型”雙座全電動飛機。蝙蝠公司成立于1987年，原為前南斯拉夫一架私人飛機制造商，主要生產(chǎn)四座以下的私人飛機。2007年，蝙蝠公司生產(chǎn)出全球第一家兩座電動飛機。

挪威通過這次展示，宣告了其應(yīng)用電動飛機的決心，也是到目前為止第一個提出在全國實現(xiàn)境內(nèi)航線電動化目標的國家。這一新動向，是全球電動飛機逐漸升溫的最新表現(xiàn)。

蝙蝠公司生產(chǎn)的飛機主要為四座以下的私人飛機，這類飛機一般用于通用航空，這也是目前電動飛機研發(fā)中應(yīng)用較廣的領(lǐng)域，其一般用作娛樂、訓(xùn)練等場合。

2017年11月，空客、西門子與羅爾斯·羅伊斯三家歐洲工業(yè)巨頭聯(lián)合宣布將合作開發(fā)一款飛行驗證機，計劃將一架大型民用客機的其中一個燃氣發(fā)動機替換為電動發(fā)動機，這意味著飛機電動化的趨勢已經(jīng)從萌芽階段的通航飛機，開始走向大型民航飛機。

新的公司也開始進入這一領(lǐng)域，共享出行公司優(yōu)步曾在2016年發(fā)布名為《快速飛入城市空中交通的未來》白皮書，在其中提出了一個在城市建設(shè)一個空中交通網(wǎng)絡(luò)的想法，在這個構(gòu)想中，優(yōu)步希望通過小型垂直起降電動飛機（VTOL飛機）構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠在郊區(qū)和城市之間，并最終在市內(nèi)實現(xiàn)迅速可靠的交通。圍繞這一構(gòu)想，優(yōu)步已經(jīng)連續(xù)兩年召開Elevate峰會，為其“空中的士”的落地鋪路。

而在國內(nèi)，由楊鳳田院士牽頭的團隊在2012年開始研發(fā)“銳翔”系列電動飛機，目前，其第二代增程型銳翔電動飛機已經(jīng)在2017年底實現(xiàn)首飛。這讓中國的電動飛機研發(fā)與全球站在了同一起跑線上。

在電動車的浪潮愈演愈烈之際，飛機電動化的趨勢逐漸開始萌芽，四面開花。不過其市場爆發(fā)還需要時間，業(yè)內(nèi)人士認為，到2025年前后才會有比較成規(guī)模的市場。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，電動飛機將首先在通航飛機上實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，要真正進入干線民航領(lǐng)域，還需要更久的時間。

大飛機的電動夢想

2017年11月，空中客車、羅爾斯·羅伊斯和西門子共同在倫敦皇家航空學(xué)會發(fā)布消息，稱三方達成合作伙伴關(guān)系，致力于在近期合作開發(fā)一款飛行驗證機，推動民用飛機混合電動推進技術(shù)的發(fā)展。

三方的合作項目被稱為E-Fan X，根據(jù)計劃，三方將使用BAe 146飛機作為飛行測試平臺，將其四臺燃氣渦輪發(fā)動機中的一臺用一臺兩兆瓦功率的電動機取代，如果系統(tǒng)成熟度得到驗證，還將有第二臺燃氣渦輪發(fā)動機被電動機取代。使用一臺電動發(fā)動機的飛機計劃在2020年實現(xiàn)首飛。

BAe 146型飛機是由英國宇航公司生產(chǎn)的早期支線民航客機，其不同型號的載客量從70人至100人不等。此次三方以BAe 146飛機來測試電動飛機技術(shù)，將是首個在民航飛機上應(yīng)用的電動飛機技術(shù)。

在E-Fan X項目之前，西門子與空客已經(jīng)在2016年開展了面向電動飛機的E-Aircraft Systems House項目的合作，用以開發(fā)完善不同電推進系統(tǒng)組件及各種功率等級的地面測試。

在E-Fan X項目中，空客將負責(zé)混合電動推進系統(tǒng)、電池的控制架構(gòu)和整合，以及飛控裝置的集成。西門子將提供2兆瓦電動機、其控制單元以及逆變器、直流-直流轉(zhuǎn)換器和配電系統(tǒng)。羅爾斯·羅伊斯將負責(zé)渦軸發(fā)動機、2兆瓦發(fā)電機及電子設(shè)備?？梢钥闯?，三大巨頭都在其中貢獻了自己最擅長的領(lǐng)域。

在這一設(shè)計中，它將是混合動力的電動飛機，并且電動機所需的電能實際上主要由羅羅負責(zé)的燃氣發(fā)電機來提供，因此，在它飛行的大部分時間里，主要動力實際上仍然由化石能源來提供。羅羅在給《財經(jīng)》記者的回復(fù)中表示，飛機電動機的主要動力來源是羅羅發(fā)電機，電池將在飛行中提供部分或者短時全部動力。三方合作該試驗機項目的主要目的之一，就是了解和證實這一過程中的系統(tǒng)效率。

空客在給《財經(jīng)》記者的答復(fù)中表示，E-Fan X項目的目的在于為2025年左右在民用飛機、防務(wù)與航天和直升機領(lǐng)域潛在的項目做技術(shù)準備。目前，該項目存在兩種挑戰(zhàn)：第一種涉及混合動力硬件，要在項目限制（能量管理、散熱限制、冷卻等）的范圍內(nèi)研發(fā)全新的電動推進單元（EPU）、發(fā)電機和電池；第二種涉及飛行要求的物理安裝和安全、硬件和系統(tǒng)安裝的整合以及飛行許可。

促進三方合作的一個動力，是為了減少對化石燃料的依賴，向環(huán)保的交通工具轉(zhuǎn)型。歐盟委員會在針對航空業(yè)的2050遠景中提出了歐盟技術(shù)環(huán)境指標，要求二氧化碳減排60%、氮氧化物減排90%、噪音減少75%。三方認為，依靠現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)航空交通的這一減排目標，因此，電動與混合電動推進技術(shù)被視作解決這些挑戰(zhàn)的最有前途的技術(shù)之一。

而對西門子而言，這一合作對其業(yè)務(wù)戰(zhàn)略還有特殊的意義。長久以來，西門子與其美國的競爭對手通用電氣相比，在業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)上缺少航空發(fā)動機業(yè)務(wù)，而航空發(fā)動機是通用電氣盈利最好的業(yè)務(wù)之一。

在噴氣式發(fā)動機時代，西門子很難再去與通用電氣競爭發(fā)動機業(yè)務(wù)，但是隨著電動飛機的逐漸興起，西門子開始有機會在對方的核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域布局。事實上，在E-Fan X之外，西門子已經(jīng)開發(fā)了針對電動通航飛機的電動機、逆變器和電池管理系統(tǒng)，并部署在通航電動飛機上。這些產(chǎn)品正是西門子傳統(tǒng)強勢的電氣產(chǎn)品業(yè)務(wù)，在航空領(lǐng)域應(yīng)用時需要更注重體積、重量和安全性。對西門子而言，航空的電氣化趨勢，也是其彎道超車的機會。

電動飛機的技術(shù)挑戰(zhàn)

用電動機替換傳統(tǒng)的噴氣式燃油發(fā)動機，意味著發(fā)動機部件將面臨不同的技術(shù)要求。北京航空航天大學(xué)飛機系黃俊教授告訴《財經(jīng)》記者，傳統(tǒng)噴氣式發(fā)動機結(jié)構(gòu)主要包括風(fēng)扇、壓氣機、燃燒室、渦輪，而電動發(fā)動機就只需要風(fēng)扇，后面的結(jié)構(gòu)都可以省去，不需要高溫部件、耐高溫材料，結(jié)構(gòu)大幅簡化。

西門子電動飛機部門銷售及業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Olaf Otto表示，對噴氣式發(fā)動機而言，氣體溫度越高，發(fā)動機兩端溫差越大，效率越高，所以需要發(fā)動機材料能夠承受高溫，從而提高引擎的效率；而電動機則是不同的技術(shù)要求，它需要是輕型的復(fù)合材料，能夠耐高壓和高旋轉(zhuǎn)力，有的部件需要有良好的導(dǎo)電性能，有的部件需要有良好的導(dǎo)熱性能。相比噴氣式發(fā)動機，二者有不同的技術(shù)要求。

將動力來源從噴氣式發(fā)動機替換為電動機，也對飛機的設(shè)計帶來新的挑戰(zhàn)。Olaf對《財經(jīng)》記者表示，將發(fā)電用的燃氣輪機部署在飛機尾部，將影響飛機整體的外形設(shè)計；此外，在飛機高度爬升時，客艙需要升壓，傳統(tǒng)飛機的升壓氣體是由噴氣式發(fā)動機的高壓引氣提供，而采用電動機之后，需要考慮如何為客艙升壓的問題。

如同電動汽車一樣，電動飛機要想得到大規(guī)模的應(yīng)用，電池技術(shù)也依然是等待突破的瓶頸。目前E-Fan X設(shè)計中，電池的功率為2兆瓦，并且容量還不確定。空客在給《財經(jīng)》記者的答復(fù)中表示，對于未來混合動力電動單通道飛機，需要20兆瓦到40兆瓦的安裝功率，所以至少還有一個數(shù)量級的階躍變化。包括能量存儲、電力電子、效率和動力傳輸在內(nèi)的許多其他技術(shù)都需要進一步研發(fā)，以實現(xiàn)這一目標。

聯(lián)合技術(shù)公司（UTC）旗下的航空航天業(yè)務(wù)單元聯(lián)合技術(shù)航空系統(tǒng)工程與技術(shù)副總裁Geoff Hunt對《財經(jīng)》記者表示，電池能量密度是一個廣為人知的限制因素，此外，根據(jù)美國航空航天局（NASA）重新設(shè)計X-57 Maxwell電推進試驗飛機的經(jīng)驗來看，電池散熱問題也需要解決。

飛機的不斷電氣化至電推進系統(tǒng)，也對電氣相關(guān)環(huán)節(jié)帶來新的技術(shù)要求。Olaf表示，在飛機內(nèi)部，需要考慮如何獲得電力以及分配到各個環(huán)節(jié)，這需要對電氣系統(tǒng)進行重構(gòu)。Geoff Hunt還指出另一個問題，為了降低配電系統(tǒng)重量，其配電電壓將超過1000伏，而這會導(dǎo)致與電弧和電暈效應(yīng)相關(guān)的問題。

通航將率先啟航

不僅西門子希望借助電動飛機進入這一產(chǎn)業(yè)鏈彎道超車，中國也已經(jīng)開始在這一領(lǐng)域布局，并且不落下風(fēng)。

在國內(nèi)，最早從事電動飛機開發(fā)的是由工程院院士楊鳳田主導(dǎo)的團隊在遼寧進行的銳翔系列電動飛機的研發(fā)，這一項目在2012年立項，由遼寧通航研究院進行研發(fā)。

2013年，其首款電動飛機銳翔RX1E實現(xiàn)首飛，并在2015年拿到了民航局頒發(fā)的型號設(shè)計批準書和生產(chǎn)許可證，它是一款兩座通航飛機。參與銳翔研發(fā)的北京航空航天大學(xué)教授黃俊告訴《財經(jīng)》記者，目前銳翔交付量還比較小，一共不到10架，主要用于領(lǐng)先試飛，總飛行時間超過2000飛行小時。

其應(yīng)用還不夠廣泛的原因之一在于續(xù)航時間，黃俊介紹，根據(jù)民航局目前的標準，飛機晝夜目視飛行需要保留30分鐘持續(xù)電量，而首款銳翔電動飛機的續(xù)航時間約為1小時，這也就意味著飛機連起飛到著陸只有半小時的時間，因此，其用途無法得到充分發(fā)揮，交付量也比較小。

面對這一問題，銳翔團隊開始啟動了增程型銳翔電動飛機的研發(fā)，通過增加電池容量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計等方式來努力增加其續(xù)航時間。2017年11月1日，銳翔增程雙座電動飛機在沈陽法庫財湖機場成功首飛。據(jù)黃俊介紹，目前銳翔的持續(xù)飛行時間最長可以達到兩小時，即便考慮到保留30分鐘電量，持續(xù)飛行時間超過1小時，具備實用價值，比如1小時的持續(xù)飛行時間，在進行飛行員培訓(xùn)時就可以進行4個至5個起降。

不過目前，銳翔的兩款飛機由于續(xù)航時間和里程限制，還無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)場飛行，只能在本場起降，因此，它未來的目標市場將主要是飛行員培訓(xùn)和娛樂市場。同時，銳翔團隊也已經(jīng)在進行四座電動飛機的立項，其總重將達到1.5噸，初步設(shè)定續(xù)航里程達到300公里。

黃俊介紹，根據(jù)美國通航市場的研究顯示，300公里航程能夠覆蓋70%的四座飛機的飛行任務(wù)。300公里的航程，意味著四座飛機既可以完成培訓(xùn)等兩座飛機的功能，也可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)場飛行。根據(jù)團隊的計劃，銳翔四座電動飛機計劃在2020年實現(xiàn)首飛。

專注于航空領(lǐng)域投資的華凱投資總經(jīng)理陳鵬告訴《財經(jīng)》記者，電動飛機將首先在通航市場落地，民航的應(yīng)用要更遙遠。波音民機集團東北亞區(qū)市場執(zhí)行總監(jiān)霍達仁（Darren Hulst）對此表示認同。他告訴《財經(jīng)》記者，從具體技術(shù)路線圖上來說，最先發(fā)展的應(yīng)該是電動小型貨機，然后是用于區(qū)域性同行的電動飛機。電動寬體客機在近期或者稍遠時期都是比較難實現(xiàn)的。

陳鵬還表示，根據(jù)其在業(yè)內(nèi)接觸的情況，歐洲在電動飛機的研發(fā)上最為積極，參與的公司最多，并且歐洲的適航部門EASA與各國適航部門都在積極進行標準制定，關(guān)于電動飛機的政策、規(guī)章制度的支持都比美國FAA更加積極。

陳鵬介紹，有人駕駛通航飛機主要是兩個市場：一是培訓(xùn)，二是個人娛樂飛行。而電動飛機在這兩個領(lǐng)域都可以顯著降低每小時飛行成本，并且可以減少排放和降低噪音。歐洲業(yè)界的預(yù)測是，到2023年至2025年后，電動航空會進入市場應(yīng)用。

研究機構(gòu)ASDReports發(fā)布的關(guān)于電動飛機市場預(yù)測的報告也支持了陳鵬的判斷，其報告預(yù)測，世界電動飛機的市場規(guī)模將從2018年的預(yù)計9930萬美元增長至2023年的1.218億美元；在預(yù)測期間，航程低于500公里的機型將引領(lǐng)電動飛機市場，主要用途為娛樂和飛行員培訓(xùn)。

Geoff Hunt表示，目前以電力作為多電飛機二次能源的技術(shù)（注：用電能代替集中式的液壓能源和氣壓能源，使各種二次能源統(tǒng)一為點電能）日趨成熟，并且正在越來越多地取代傳統(tǒng)飛機系統(tǒng)中的液壓能和氣動能。隨著新商業(yè)模式的出現(xiàn)，全電和混合電推進系統(tǒng)的發(fā)展將加速。

（本刊實習(xí)生李玉樓對此文亦有貢獻）