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賽斯納龐巴迪

全球最大電動飛機首飛 但普及仍有問題

私人飛機網 更新時間:2020-06-11 13:21:44 來源:百度 字號:

  2020年5月28日,美國MagniX公司和AeroTEC公司聯合發布公告表示,其研制的全電動賽斯納Grand Caravan 208B飛機(又稱“eCaravan”)已在美國華盛頓州的飛行測試中心成功完成首飛,飛行時間為半小時。

  這架機齡18年的賽斯納208B由AeroTEC公司改裝了Magni500電力推進系統,并且做了相應的其他改裝工作。

  這架eCaravan最多可搭載10~14人,AeroTEC公司宣稱,這是目前全球最大的全電動驅動飛機。

  同時,MagniX首席執行官在首飛新聞發布會上表示:“ 全電動飛機未來續航時間可以超過3個小時,且運行成本也可能比傳統燃料飛機低50%。”

  這是否意味著,人們期盼的“電動飛機穿梭在摩登都市”的場景會更快來臨?

  一直是熱點,卻依然少突破

  飛機的電氣化是航空業界一直在探索解決的問題,但目前還沒有令人滿意的結果。例如,空客和羅羅公司(Rolls-Royce)的E-Fan X混合動力飛機項目已經在今年4月永久停飛,該項目曾探索用電動機取代飛機上的四個噴氣燃料發動機其中一個,從而使起飛和降落更加快捷有效。

  E-Fan X混合動力飛機項目已經終止,驗證飛行被取消。這是在空客在重新考慮項目優先級之后做出的決定。

  據國際管理咨詢公司羅蘭貝格(Roland Berger)最新預計,目前全球約有170余種不同的電動飛機開發項目,且自2018年4月以來增長了50%——

  2019年2月,英國航空發動機制造商羅羅公司宣布打造全球最快的全電動飛機,該項目被命名為ACCEL(加速飛行電氣化);

  2019年2月,空中客車宣布與Air Race E合作,于2020年啟動世界首個電動飛機競賽;

  2019年11月,NASA展示了其首款全電動試驗飛機——X-57“馬克斯韋爾”的早期版本;

  2019年,巴黎航展上,全電動飛機“愛麗絲”(Alice)亮相并備受關注。

  ……

  雖然對未來的創想令人激動不已,但是,回到現實,電動飛機從概念走向現實依然阻力重重,其中最主要的問題還是在能源——電池。飛行需要耗費巨大的能量,而電力飛行則意味著現有的電池技術必須取得重大的突破性進展,或者說,要有“奇跡”發生。

  在可見的短期內,現有的電池技術依然無法提供使電力飛行具有可行性的功率重量比,而且成本要比傳統燃料高很多。即使技術的進步使得特斯拉Model S的續航里程達到了335英里(約540公里),但這樣的距離對飛行來說顯然是微不足道的。所以,雖然電動汽車市場發展得如火如荼,但電動飛機的發展則依然停留于探索性的試驗階段。

  特斯拉Model S的電池組與底盤渾然一體

  現階段來看,已經飛行成功的電動飛機都是小型飛機,航程較短。雖然電動飛機中電力推進系統的效率要比燃油發動機的效率高2~3倍,電力推進系統功重比(kw/kg)要比燃油發動機的高出許多。但電池的能量密度卻遠低于傳統燃料。目前最好的電池能量密度在250~300kw/kg之間,而航空燃料的密度在12000kw/kg左右,也就是說,目前燃油所提供能量是同等重量的電池的40余 倍,這意味著電池要占用飛機更多的空間,如果波音 737 這種大型飛機要全電動驅動,所需的電池重量甚至要比機身還重,這顯然無法商業化。

  全電動賽斯納Grand Caravan 208B飛機為9座飛機。

  尚未首飛的全電動飛機Alice也為9座,定位是成為“空中的士”。

  目前,主流動力電池分為鉛酸電池、鎳氫電池和鋰電池等,其中鋰電池的能量密度和性能更有優勢。根據材料體系的不同,鋰電池又分為不同的類型,主要包括磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、錳酸鋰電池等,不同類型的鋰電池各方面性能和價格又各不相同,有著各自的優缺點。

  但最重要的問題是,一般來說,單體電池是無法達到汽車或者飛機所需的能量密度的,因此需要動力電池組。這種往往是單體電池經過串、并聯而組成的集合體雖然能量儲備更多,但因為單體電池之間存在可用容量、使用壽命等方面的不一致,因此動力電池組的一致性和穩定性并不盡如人意,這也是長期以來困擾電動飛行發展的一大問題。 最可行的方案就是用新的電池技術來代替現在通用的鋰電池(組),譬如鎂電池。但雖然鎂電池的能量密度比鋰電池大,但是技術還不成熟,還遠未達到商用的程度;固態鋰電池也是新出現的電池技術,雖然固態鋰電池不易燃,但循環壽命短是它的致命弱點;還有鈉離子電池,雖然有很高的循環壽命,但能量密度又不行……

  從設計到安全的全面挑戰

  同時,電力推進系統將推動飛機的設計結構隨之變化,未來的電動飛機會和現在的飛機可能完全不一樣。飛機設計師將圍繞著電動機重新設計飛機……這意味著,一旦能量問題得到解決,飛機設計可能是電動飛機需要克服的新困難。

  目前各個公司所發布的全電動飛機概念機,與傳統意義上的飛機都很不同。

  在能量和設計之外,安全問題也可能成為限制電動飛機商用的問題。如果電動力系統發生不穩定問題,起火的概率非常大,如果汽車在地面起火,人們還可以跳車離開。但在空中,一旦一個電池單元發生火災,就會迅速蔓延,最終,熊熊大火會將整架飛機變成一個直墜地面的火球,而乘客完全沒有機會逃脫。

  根據特斯拉官網,從2012年到2019年,特斯拉每行駛1.75億英里就有大約一輛汽車起火。雖然這個數據小于美國交通部公布的“每1900萬英里的行駛中就有一輛汽車起火”,但對于航空業來說,這樣小的概率也是無法容忍的。

  航空公司之所以要研發電動飛機,無非是希望擺脫對燃油的依賴,降低運營和維護成本,同時還能減少碳排放,更能減少飛機MRO方面的成本,因為全電動飛機所需維修項目相比于渦輪或活塞發動機會大幅度減少——電推進系統維護不需要大的維修機庫、沒有昂貴的航材,也不要持證的機務,只需更換電池或系統軟件升級。傳統航空發動機結構復雜、造價高,航材維保價格不菲,一旦成為現實,電推進系統將對發動機維修市場產生巨大的顛覆性影響。

  也許是因為前路依然艱難,問題依然多多,助力eCaravan首飛成功的AeroTEC公司CEO也表示:“ 目前還沒有測試和認證電動飛機的路線圖,這是一個新的前沿領域。”

  然而,即便現階段看來,全電動飛機的運營成本可能比傳統飛機更高。但如果有一天,電動力飛機成為現實,開始服務于人們的日常生活,因其安靜、潔凈的特性而得到改變的或許不僅僅是航空業,而整個社會的生活方式。

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