全球航空業(yè)如今面臨著嚴重的氣候問題,航空燃料排放的二氧化碳占到了全球總排放量的 3%。在這樣的大環(huán)境下,空客公司積極行動起來,它提出的零排放客機計劃,讓其成為了航空行業(yè)變革的先鋒。空客打算通過氫燃料電池驅(qū)動和開放式風扇發(fā)動機等技術(shù),為未來航空的可持續(xù)發(fā)展指明方向。
2025 年空客峰會上,管理層描繪了航空工業(yè)的未來模樣:打造用超導燃料電池驅(qū)動的商用客機,實現(xiàn)至少 100 座級的零排放飛行。這個計劃會分階段進行,預計在 2030 年代后半期推出新一代單通道客機,慢慢替代現(xiàn)在賣得最好的 A320 系列。
為了實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型,空客同時開展了兩條技術(shù)研發(fā)路線。一條是 ZEROe 氫燃料飛機,它采用全電推進技術(shù),能完全消除碳排放;另一條是高效燃燒推進飛機,能在傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的基礎上節(jié)約 20 - 30% 的燃料。空客未來項目負責人 Bruno Fichefeux 打了個比方,說這就像計算機芯片發(fā)展時不斷提升晶體管密度一樣,要持續(xù)優(yōu)化每個系統(tǒng)組件。
燃料電池飛機利用液氫( - 253°C)的低溫來冷卻超導電力系統(tǒng)。四條螺旋槳分別由獨立的 2 兆瓦燃料電池帶動,整個系統(tǒng)已經(jīng)完成了地面集成驗證。氫氣氧化發(fā)電只會產(chǎn)生水,兩臺液氫罐能持續(xù)為四組燃料電池供能。2023 年完成了 1.2 兆瓦推進系統(tǒng)演示,2024 年實現(xiàn)了端到端集成測試。
高效燃燒推進飛機是 A320 的繼承者,它的設計能大大提升傳統(tǒng)航程。新型發(fā)動機采用開放風扇結(jié)構(gòu),去掉了傳統(tǒng)整流罩;超高效機翼用仿生結(jié)構(gòu)設計,能減少 20% 的飛行阻力;碳纖維機身用新型復合材料,整體能減重 15%;全系統(tǒng)還能使用 100% 可持續(xù)航空燃料(SAF)作為過渡方案。
在和 CFM International(GE 航空與賽峰合資公司)合作研發(fā)開放風扇發(fā)動機時,有了開創(chuàng)性的成果。取消傳統(tǒng)整流罩后,風扇葉片直徑擴大了 42%,旁通比從 11:1 提升到了 60:1。歐洲兩次風洞測試顯示,推重比提高了 30%。GE 航空首席技術(shù)官 Mohamed Ali 說,計算流體力學模擬和實測數(shù)據(jù)誤差在 0.8% 以內(nèi),這說明數(shù)字孿生技術(shù)成熟度有了重要突破。
位于慕尼黑的技術(shù)驗證中心建好了全球最大的超導系統(tǒng)低溫測試臺。2027 年計劃開展綜合地面試驗,重點驗證液氫供應鏈在極端溫度下的安全性、超導線圈在高振動環(huán)境下的磁特性穩(wěn)定性,還有多模塊燃料電池堆的協(xié)同控制算法。
空客的雙軌戰(zhàn)略,體現(xiàn)了它作為傳統(tǒng)航空巨頭的技術(shù)實力,也意味著航空業(yè)動力系統(tǒng)要發(fā)生重大改變。到 2035 年前后,液氫推進系統(tǒng)和革命性結(jié)構(gòu)設計投入商業(yè)運營,航空業(yè)說不定真能實現(xiàn)零排放的目標,為航空的可持續(xù)發(fā)展開啟新的篇章。
照片由Pexels提供
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