随着人们对环境保护、安全飞行、客户舒适和节能高效等要求提出以及蓄电池技术的快速发展。人们逐渐对飞机一次能源系统进行革命,一是:对现有发动机提高效率、降低燃油消耗。产生了电力混合动力技术,使燃油消耗大为降低,效率大为提升。二是:对现有发动机进行彻底革命,用电力来推动飞机,产生了飞机的电力推进技术,即电动飞机技术。它已经在国内外成为技术发展的热点,已经广泛应用于世界的民用航空和军用航空的飞机中。例如:波音787、空客A380、A350和F-35等飞机中。 多电、全电到电动飞机技术是一个逐步发展的过程,从多电到全电是飞机二次能源电能量逐渐增大的过程,到电力混合和电动飞机将是飞机的一次能源逐步用电能来实现的过程。而电动飞机技术发展的核心是电力推进技术。
电力推进技术飞机
相关研究的资料显示,是电力混合推进,一架单通道飞机所需的电池容量也相当可观。美国NASA燃气-电混合推进项目的技术负责人谢丽尔·褒曼表示:“驱动一架巡航状态的大型飞机需要至少1千瓦时/千克的能量密度。”美国NASA和麻省理工学院联合进行的电池研究结果显示,在未来10到15年内会有不同的化学电池的组成可以达到1~1.5千瓦时/千克的能量密度水平。
传统燃气涡轮航空发动机的总体效率为35%~50%,但混合动力电推进系统通过结合两个或更多功率转换器有可能会提高发动机的效率,电力推进系统可以降低发动机的噪声。混合动力技术通过将燃气涡轮与电力技术相结合,采用了能量密集的液态燃料的燃气涡轮,来实现新型飞机发动机的无噪音、高效电力推进。
根据航空工业未来发展的推测,在2030年之后可能会出现新型混合动力分布式推进的支线飞机。飞机的电力系统用电量需求将为10~20兆瓦,用电量比传统飞机电力系统高出了一个数量级。飞机的高性能高功重比的电机、长寿命高可靠高能量密度电池、新型超导材料、网络以及安静的螺旋桨设计都是这一技术下的核心关键技术。
随着电力电子技术和电池技术的进步,推动了电力推进技术的快速发展。特别是电动汽车技术的飞速发展,使得电动汽车的高功重比高性能电动机推进技术、电力电子集成系统技术、高能量密度长寿命电池技术和电动汽车整体系统设计技术已经成熟。这就为电动飞机技术的发展奠定了坚实的基础。
Zui近欧洲和美国在电动飞机技术上投入了大研发力量,争取在未来能够取得实质性的突破。我们国家在电动飞机技术的发展上也在快速前进,特别是一些机制灵活的创新型企业,它们都在加大力度开展研发的投入,准备占领这项新技术制高点。
相关的电动飞机研究表明:电力驱动飞机使得飞机的机动性和实用性更强、飞机电力系统的故障模式更为清晰,它降低了飞机系统的导线重量、提供了系统效率、减少了生命周期成本和飞机排放和噪音,使得飞机派遣率更为有效。