在2020年美國航空航天學會科技大會（AIAASciTech Forum and Exposition）上，美空軍研究實驗室（AFRL）展示了一款分布式混合電推進飛機概念模型。目前，尚未查詢到該概念的運行場景和參數(shù)等信息，但這標志著繼NASA和美國能源部向電動飛機領域投資后，美空軍也開始進一步布局電動飛機研發(fā)。

一、電推進技術成為AIAA科技大會焦點，AFRL發(fā)布混合電推進概念

本屆AIAA科技大會于1月6日至1月10日在美國奧蘭多舉辦，電動飛機技術是本屆大會的重要議題之一，5天的主題論壇中有2天是圍繞電動飛機技術展開的。在大會首日上午，來自波音、普惠、NASA蘭利研究中心、FAA等機構的專家主持了名為“實現(xiàn)可持續(xù)航空”（Achieving Sustainable Aviation）的主題論壇；1月9日上午，來自波音極光、麻省理工學院、哈佛大學、NASA等機構的專家住持了“航空業(yè)下一挑戰(zhàn)：全球環(huán)境變化”（The Next Challenge for Aerospace： Global Climate Change）的主題論壇；此外，還設置了以電動城市空運為主題的展覽。

本屆AIAA科技大會上，美國空軍研究實驗室在其展區(qū)展示了一款構型與傳統(tǒng)飛機有顯著區(qū)別的飛機概念模型，下圖為本文作者在Twitter上（來自《航空周刊》高級編輯蓋伊和ESAero公司）找到的現(xiàn)場圖。這一概念采用分布式電推進布局，駕駛艙上方設置有鴨翼，同時采用無尾布局。機翼分段，內側為平直盒狀翼，分隔為7組涵道，采用分布式電推進系統(tǒng)提供動力；機翼外側為常規(guī)后掠翼。

根據(jù)NASA此前公布的類似概念方案推測，內、外翼連接處結構可容納內燃機驅動的發(fā)電機系統(tǒng)，為推進系統(tǒng)提供電力�？紤]到混合電推進技術能夠有效提高能量效率、降低噪聲，因此可推測該飛機概念作為運輸機可獲得良好收益，一方面保證較大航程，另一方面降低在戰(zhàn)場上的噪聲特征。

AFRL混合電推進概念（圖片來源：Twitter ESAero）

AFRL混合電推進概念細節(jié)（圖片來源：Twitter蓋伊）

二、民用電動飛機技術向軍用領域的移植

本次AFRL發(fā)布的概念模型采用了獨特的分布式推進分段機翼構型，這一設計體現(xiàn)了電推進系統(tǒng)的一大優(yōu)勢，由于電機具有功率密度－尺寸相對無關性，因而可采用多臺分布式電機提供飛機所需推力，為飛機構型設計帶來極大靈活性。

分布式推進分段機翼首次出現(xiàn)在NASA與ESAero公司合作推出的ECO－150分布式渦輪電推進客機概念中，如下圖所示。AFRL此次概念模型的機翼與ECO－150極為類似，考慮到AFRL通過小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）等渠道向ESAero公司提供了支持，可以推測兩者在技術上存在關聯(lián)性。

ECO－150概念（圖片來源：NASA格倫研究中心）

NASA于2015年提出了電動飛機發(fā)展路線圖，在大型亞聲速飛機、小型垂直起降飛機（載客1人以上）、小型短距垂直起降飛機（載客4人以上）等三條技術路線同步推進電推進飛機研究。在大型亞聲速飛機領域，NASA與工業(yè)界緊密合作、在混合電推進方向開展了大量概念方案研究工作，如SUGAR（亞音速超綠色飛機研究）Freeze桁架支撐翼概念、STARC－ABL邊界層吸入渦輪電概念、N3－X超導分布式渦輪電推進概念以及ECO－150分段翼分布式電推進概念。

ECO－150分段翼分布式電推進概念由ESAero公司（Empirical Systems Aerospace）開發(fā)，獲得了AFRL小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）渠道2期項目的支持。SBIR計劃基于空軍未來需求牽引，秉承“面向任務”的導向，相關內容限定在基礎研究和應用研究范疇。

ECO－150及其推進系統(tǒng)架構（圖片來源：NASA格倫研究中心）

ECO－150及上文提到的其他多個概念方案研究原本是面向NASA提出的未來大型亞音速電動飛機開展的，旨在通過混合電推進和新型飛機構型技術的結合，發(fā)展新型高效、低排放民用客機。AFRL借鑒了相關研究成果，實現(xiàn)了電動飛機技術從民用向軍用的移植。

三、美國對軍用電動飛機技術的關注

AFRL此次推出的混合電推進概念并非美國軍方首次關注電動飛機技術。早在2013年，美國國防高級研究計劃局（DARPA）就啟動了“垂直起降實驗飛機”（VTOL X）計劃，由極光飛行技術公司（Aurora Flight Sciences，現(xiàn)屬波音）、羅羅公司和霍尼韋爾公司合作開發(fā)，名為XV－24；該項目的競爭方還包括波音公司、卡雷姆公司、西科斯基公司。

XV－24采用分布式電推進布局、傾轉翼結構，具有24個電機驅動的變距涵道風扇，可實現(xiàn)垂直起降并轉換為平飛巡航模態(tài)。羅羅公司提供AE1107渦軸發(fā)動機，裝于機身中央，驅動3臺1兆瓦發(fā)電機，為推進系統(tǒng)提供電能。2017年4月，完成了1／5縮比驗證機試飛，驗證了電推進系統(tǒng)、傾轉翼等設計的可行性。但由于霍尼韋爾在1兆瓦發(fā)電機研發(fā)過程中遇到了熱管理困難、同時DARPA沒有找到合適的軍方合作方，因而DARPA于2018年初取消了該項目。

與DARPA XV－24不同，本次AFRL展示的方案將電推進技術應用在固定翼飛機，是美國對軍用電動飛機技術的新嘗試。

XV－24概念圖（圖片來源：DARPA）

XV－24縮比驗證機試飛（圖片來源：DARPA）

四、小結

當前，以電動飛機技術為代表的新一輪航空科技革命正在重構航空產業(yè)競爭格局，電動飛機技術以其節(jié)能、減排、降噪的收益獲得了世界主要航空強國的高度關注。電動飛機技術的應用目前主要集中在民用飛機領域，在全球巨額資金投入推動下，電動飛機技術正處于高速發(fā)展中。

由于發(fā)電、配電、能量控制等機載系統(tǒng)技術具有高度軍民融合的特征，民用電動飛機相關技術可迅速應用于軍用航空領域。

通過電動汽車等行業(yè)的大力投入，我國在動力電池、能量管理等領域已有豐富的技術儲備。我國應高度關注電動飛機技術，大力民用和軍用航空裝備兩條路線同步發(fā)展，在新一輪航空技術革命中占據(jù)先機。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  穆作棟）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所

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