【簡介：】本篇文章給大家談談《空客320～200》對應的知識點，希望對各位有所幫助。本文目錄一覽：
1、全球首架電動飛機起飛，電動航空時代要開始了嗎？
2、要制造電動飛機需要攻克哪些技術難
本篇文章給大家談談《空客320～200》對應的知識點，希望對各位有所幫助。
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全球首架電動飛機起飛，電動航空時代要開始了嗎？
這些年很多人都在關注新能源電動汽車的一個發(fā)展項目，不過在大家停留在新能源電動汽車項目的同時，全球首架電動飛機已經(jīng)在不知不覺中完成了試飛，準確的來說是首架商用電動飛機完成了試飛，因為以前在實驗室里同樣有電動飛機嘗試過升空，只是由于效果并不怎么好，同時無法保證安全性，于是這些項目都被擱置了。
而現(xiàn)在加拿大的電動飛機已經(jīng)成功完成了載人任務，并且預計在兩年之后將全面提供商用載人航天，這架電動飛機從加拿大的溫哥華開始試飛，盡管這是一件非常鼓舞人心的壯舉，但是當時的記者報道飛機的飛行時間只有短短的15分鐘，盡管飛行過程當中未出現(xiàn)差錯，但如此短的一個試飛時間或許也說明了在持續(xù)飛行的過程當中仍然存在一些難題需要攻克。
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事實上電動飛機的動力與續(xù)航是一個很大的問題，這也不僅僅是電動飛機，就算是電動的汽車也一樣，所有依靠電力來驅(qū)動的大型項目都面臨著這個問題，電動汽車現(xiàn)在特斯拉是比較出名的，但就算是特斯拉續(xù)航里程也不過短短的幾百公里，而國內(nèi)的很多劣質(zhì)的電動汽車，甚至只有能續(xù)航五六十公里或者100公里，這根本就是讓人難以接受的，不少人沒有辦法把這種車輛當成車，只把它們稱之為玩具車, 除了給老奶奶騎去買菜之外，這種續(xù)航不過100公里的電動車真的不知道還能干嘛。
這是由于雖然電力技術在如今這個時代已經(jīng)發(fā)展了很多年，但有一個很大的問題就是依靠電力來運行的這些技術全部都是不依賴移動電源的，電池技術其實已經(jīng)有很多的年沒有發(fā)展過了，早在2002年甚至是更早的時候，人們就提出了石墨烯等更優(yōu)質(zhì)的儲電材料，但直到今天新興的電池材料一直沒出現(xiàn)，足夠多的一個電池儲備，就必須要有更大的一個重量以及更大的電池體積。
無論是飛機還是電動汽車，都需要電池體積盡可能的小并且輕便，這樣才能夠讓飛機或者汽車輕裝起航，然而電池小那么就沒有辦法可以有足夠長的續(xù)航，電池體積太大又會導致攜帶不便，同時過重的體積也會延緩速度并且降低續(xù)航，所以在電池技術沒有更新之前，這已經(jīng)成為了一個死循環(huán)。
盡管如此，電力技術依舊是現(xiàn)在這個社會比較關鍵的核心技術，并且也是很多人所迫切需要出現(xiàn)的，其實飛機行業(yè)的很多專業(yè)人士就表示，現(xiàn)在所有的飛機使用的都是燃油，而燃油發(fā)動機的確表現(xiàn)出了它非常強大的動力以及優(yōu)良的性能，但是隨著這些年坐飛機的人越來越多，民航燃油排放的污染已經(jīng)成為了全世界都迫切需要注意的問題。
簡單來說還是那個問題，就是現(xiàn)在世界上對大氣層的污染已經(jīng)非常嚴重了，人們更加迫切需要獲得一種更清潔的能源來使用，很顯然電力就是那種人員，并且在目前看來，在所有的新能源當中，電力能源是最合適的，可惜在便攜性的問題，電力由于電池的限制，始終都沒有辦法有一定的突破。
除了電力之外，目前民航這邊還想要使用生物燃料或者是其他的燃料，總之就是燃油這種東西確實不太好繼續(xù)使用了，地球始終是只有一個的，不論人們的科學技術怎么發(fā)展，想要在短時間內(nèi)突破地球所存在的限制還是非常艱難，人們想要移民到外太空是一個比較美好的夢想，不過這只存在于科幻小說中，至少要在100年之后，可能人們才能夠擁有這個技術。
當然對一些比較樂觀的樂天派科學家來說，或許這一時間可以縮短到50年，其中馬斯克的航天公司已經(jīng)開始準備載人去火星，并且準備好了相對應的一些計劃以及人類移民的準備，而具體執(zhí)行這一計劃的時間將會在未來的20年里，大家應該都有看過火星救援這一個科幻電影，這上面就描述了關于人類在火星生存的一些情況以及需要面對的危險。
在一個陌生的星球想要生存下來非常的危險，因為上面的環(huán)境原本就不適合任何生物生存，除非人們直接把整個火星進行大氣層以及地質(zhì)進行一個改善，然后人類才可以在火星上居住下來并且完成移民，但想要做到這一點太難了，于是目前人們的可持續(xù)計劃依舊核心是減少污染排放，推進新能源的實用。
要制造電動飛機需要攻克哪些技術難點？
在去年，《赫芬頓郵報》報道了特斯拉CEO馬斯克要制造電動超音速飛機的消息，雖然至今還沒有超音速電動飛機的進一步消息，但這并不妨礙我們探討要制造電動飛機所需要攻克的技術瓶頸。
瓶頸一:能源和動力
毫無疑問，目前來說，最適合電動飛機的儲能載體就是鋰電池了。然而，鋰電池卻存在存儲能量相對有限的問題，而這也是目前智能手機續(xù)航時間相對偏短的根源。如果將鋰電池和汽油相比較，差距就一目了然了，鋰電池和汽油的比能量數(shù)值分別為：0.15—0.25kWh/kg和12—12.5kWh/kg，碳氫燃料是除液氫外比能量數(shù)值最高的燃料，即使只有30%的能量被利用上，比能量仍高達3.6—3.7kWh/kg，相當于鋰電池的20倍。
此外，電動飛機還存在電動力系統(tǒng)存在偏重的問題。傳統(tǒng)使用燃油的渦扇發(fā)動機、渦噴發(fā)動機、渦槳發(fā)動機等都是經(jīng)過千錘百煉的發(fā)動機，相比之下，電動力系統(tǒng)就存在很大差距——電動機和機體結構的重量系數(shù)達到0.70—0.85，約為常規(guī)飛機的2倍。另外，電動飛機還存在性能差，環(huán)境適應性差，安全性、可靠性有待驗證等問題。目前的電動飛機僅能滿足最基本的飛行。
誠然，電力具有通用性、靈活性、可再生（相對于煤炭、石油、天然氣）、輸送的便捷性等特點使其在能源上具備先天優(yōu)勢，電力取代化石燃料是時間問題，但現(xiàn)在的技術水平還無法達到這一要求。哪怕是軍艦所謂全電推進也是用大功率燃機發(fā)電，而非使用鋰電池存儲電能。
瓶頸二：氣動布局
氣動布局簡單的說就是飛機的外形，因空氣阻力和氣流升力的影響，不同的外形會對飛機的性能造成很大的影響。比如成飛的J10就采用了中距耦合鴨式布局；達索的幻影2000采用了無尾三角翼布局；洛馬的F22因為其發(fā)動機F119獨步天下，選擇了常規(guī)布局。氣動設計是無數(shù)次成功或失敗的經(jīng)驗積累，飛機模型要在風洞中反復測試，在試飛和交付用戶后不斷改進，這些都要花費巨大的時間成本和資金成本。
雖然民用電動飛機的氣動布局未必會有軍機這樣復雜，但由于電動飛機在巡航時速度較低，飛行雷諾數(shù)低，而在高空長航時飛機飛行環(huán)境復雜（密度、溫度、高空風等），大翼展機翼的氣動彈性問題難解決，因此，電動飛機的氣動設計要求比同類常規(guī)動力飛機苛刻，要達到極低能耗和極高效率。
瓶頸三：材料和結構
因電動飛機的動力系統(tǒng)存在重量偏大，功率偏低的問題，電動飛機機體結構就必須要比常規(guī)動力飛機更強，重量更輕?，F(xiàn)有的電動飛機基本都采用復合材料制造，機身空重普遍在200千克到300千克。
而電動飛機，特別是高空長航時的電動飛機本身的一些特性非常不利于結構設計，如超大尺寸/大撓度機體、大展弦比/大面積機翼、電動力系統(tǒng)部件集成安裝等。這些特點使在設計上很難有效滿足強度、剛度和氣動彈性等基本要求。
因此，結構和材料技術也是制約電動飛機發(fā)展的關鍵技術。新型高強度輕質(zhì)材料，如各種先進復合材料、高強度柔性薄膜；實現(xiàn)更高效率的全新的結構形式，如薄壁盒形梁/管形梁、桁架結構、蜂窩/泡沫夾芯結構；突破結構設計極限，包括尺度（如超長、超薄等）、形狀和承載能力等。如果無法突破上述關鍵技術，那么電動飛機將因為超重無法起飛，或因為結構強度不足而在空中解體。
電動飛機是否僅僅是幻想
雖然超音速電動飛機目前還遙不可及，但電動飛機并非做不到，實際上，國內(nèi)外一些廠商依舊有一些探索性的產(chǎn)品。
（E-Spyder）
E-Spyder由中國某公司設計，于2009年在美國EAA展示。E-Spyder是一款超輕型單座鋰電池電動飛機，動力裝置為一臺20千瓦的電機，續(xù)航時間40分鐘。
（E-430）
E-430由中國某公司設計，采用近似動力滑翔機的外形設計，高度流線形低阻機身使飛行能耗降到最低。機頭安裝的動力系統(tǒng)主要包括電動機和三葉復合材料螺旋槳。整機采用全復合材料，具有結構簡單、重量輕等優(yōu)點。E-430空重255千克（包括蓄電池），最大起飛重量430千克；最大平飛速度150千米/小時，巡航速度95千米/小時。標準續(xù)航時間2小時，最大續(xù)航時間3小時。因電費比航空燃油便宜，飛機最大優(yōu)點是經(jīng)濟性好。目前，飛機已通過了德國適航認證。
（RX1E）
RX1E由沈陽航空航天大學設計，于2012年11月面世。該機以稀土永磁同步電動機為動力，高能鋰電池為能源，整機使用復合材料，一次充電飛行45-60分鐘，最大時速160千米/小時，最大起飛重量480千克。RX1E于2013-2015年獲得適航證和生產(chǎn)許可證，并已量產(chǎn)，售價為98萬人民幣。試生產(chǎn)的首批18架已與客戶簽約，并已部分交付客戶，被用于飛行訓練，將來可能還會用于旅游觀光。
（E-Fan）
E-Fan由空客設計，續(xù)航時間為45分鐘至1小時，最大時速218千米/小時，雙電機總功率為60千瓦，最大起飛重量580千克。2015年，E-Fan成功飛越英吉利海峽。
總而言之，電動飛機雖然聽起來科幻感十足，但實際上離我們并不遙遠，雖然目前依舊存在一些技術瓶頸，但在將來的某一天，我們也許就能見到電動飛機在空中飛翔的身影。
出品：科普中國
制作：鐵流
監(jiān)制：中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心“科普中國”是中國科協(xié)攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。
本文由科普中國融合創(chuàng)作出品，轉載請注明出處。
電動飛機的分類
電動飛機與普通飛機的主要區(qū)別是依靠電動機而不是內(nèi)燃機驅(qū)動。根據(jù)電動力推進系統(tǒng)的不同，電動飛機可分為太陽能電動飛機（一般稱為太陽能飛機）、蓄電池電動飛機（目前主要是鋰電池電動飛機）和燃料電池電動飛機。除了純電動飛機以外，還有混合動力飛機。每種類型飛機又分成有人駕駛和無人駕駛兩類。 “太陽挑戰(zhàn)者”號
1980年，保羅·麥卡克萊迪（Paul MacCready）設計的蜘蛛絲-企鵝號（Gossamer Penguin）太陽能飛機在美國加利福尼亞州第一次實現(xiàn)載人飛行，當時是由他十三歲的兒子進行控制。1981年，改進型的“太陽挑戰(zhàn)者”號成功穿越了英吉利海峽，當時平均時速為54公里。它是一架單座太陽能飛機，翼展14．3米，飛機空重90公斤，機翼和水平尾翼上表面共有16000多片硅太陽電池，在理想陽光的照射下能輸出3000瓦以上的功率。
右圖為蜘蛛絲-企鵝號電動飛機圖冊，源自美國國家航空航天局官網(wǎng)。
“太陽神”號
在“太陽挑戰(zhàn)者”號的基礎上，美國航空環(huán)境公司（AeroVironment）在美國宇航局環(huán)境研究飛機和傳感技術項目資助下設計制造出“太陽神”號太陽能無人機。“太陽神”號耗資約1500萬美元，用碳纖維合成物制造，整架飛機僅重590公斤，比小型汽車還要輕?！疤柹瘛碧杻蓚€寬大的機翼全面伸展時卻達75米，波音747飛機和“陽光動力”號飛機都望塵莫及。 1999年，“太陽神”號在加州試飛，當時完全靠電池驅(qū)動。2001年，研究人員將“太陽神”號運往更加適宜飛行的夏威夷，裝上65000片太陽能板，由地面兩名機師透過遙控設備“駕駛”；飛行了10小時17分后，“太陽神”號達到22800米的目標高度。2003年6月26日，“太陽神”號因在試飛時突然遭遇強湍流導致空中解體，墜入夏威夷考艾島附近海域。
右上圖為“太陽神”號太陽能無人機的圖冊，源自美國國家航空航天局官網(wǎng)。
“陽光動力”號
2010年7月8日，瑞士“陽光動力”號太陽能飛機在試飛成功。這架飛機耗資一億美元、歷時七年打造，是世界上第一架晝夜連飛的太陽能飛機。機身由超輕碳纖維復合材料制成，翼展長達63.4米，相當于波音747的長度，重量相當于一輛普通轎車，其機翼上裝有1.2萬塊太陽能電池板，高性能聚合鋰電池以及4臺發(fā)動機。飛機每臺發(fā)動機的最大功率為10馬力即總功率為40馬力，飛行時速為70公里。更重要的是，它是一架完全由太陽能驅(qū)動的飛機。
截至2012年5月底，這架采用太陽能動力的載人飛機，仍保持著26小時10分鐘19秒的飛行時間紀錄，同時也創(chuàng)下了海拔9235米的飛行高度紀錄。
2012年5月24日，“陽光動力”號首次嘗試從瑞士到摩洛哥的洲際飛行，全程使用太陽能動力。此次飛行是為2014年的環(huán)球飛行作準備。
2012年5月24日，從瑞士帕耶訥出發(fā)，由該項目的兩位發(fā)起人博爾施貝格和皮卡爾輪流駕駛。在歷時17個小時后，抵達西班牙首都馬德里。此后，受直布羅陀海峽多風天氣影響，“太陽驅(qū)動”號在馬德里逗留了約10天。
2012年6月5日，“陽光動力”號從馬德里的巴拉哈斯機場起飛，飛向西班牙西南部，6月5日深夜徐徐降落在北非國家摩洛哥的拉巴特－薩累機場。皮卡爾在走下飛機后對媒體說，“陽光動力”號的最終目的地是摩洛哥中部城市瓦爾扎扎特，總共飛行里程將達2500公里。他說，此次飛行不僅是為了增強人們對太陽能的信心，同時也是為了支持摩洛哥在瓦爾扎扎特建設大型太陽能發(fā)電站的計劃，以推動減少對化石燃料的依賴。
此次飛行標志著人類歷史上第一架太陽能飛機完成跨越歐非大陸之旅。據(jù)報道，有專家預計，40多年后，太陽能飛機在解決太陽能吸收、大幅提高電池功效之后，能夠承載300名乘客的大型太陽能飛機有望投入運營。 Cri-Cri電動飛機
2010年9月2日，歐洲航宇集團公司（EADS公司）全電飛機Cri-Cri在巴黎Le Bourget機場正式進行首飛。這架四引擎的特技飛行飛機由EADS創(chuàng)新工廠、Aero Composites Saintonge公司和綠色Cri-Cri協(xié)會聯(lián)合開發(fā)。飛機在首飛中進行了7分鐘的不間斷飛行。
Cri-Cri是單座型飛機，基于Cri-Cri自制飛機研制，采用了復合材料，以降低自身重量，并彌補因安裝鋰電池而增加的重量。
Cri-Cri動力來自于由4臺無刷電機驅(qū)動的反向旋轉螺旋槳，無二氧化碳排放，能夠以110千米/小時的速度巡航30分鐘，以248千米/小時的速度進行15分鐘的特技飛行，爬升速度5.3米/秒。
E430電動飛機
2010年7月28日，中國制造的世界首架商用純電動E430電動飛機在美國威斯康辛州奧什科什市機場“飛來者大會”試飛成功，起飛平穩(wěn)，飛行高度達到3000米左右。試飛現(xiàn)場共有80萬名飛行迷和近萬架飛機，其中包括中國E430電動飛機主創(chuàng)設計團隊。
2009年1月，E430成功下線，其外形圓潤，帶有V形尾翼，翼展13.8米，機身長約7米，可乘坐兩人，配有40千瓦（54馬力）的電動機，動力采用30AH的鋰聚合物電池，產(chǎn)品性能大大優(yōu)于世界同類產(chǎn)品。2009年1月24日，E430在位于上海郊區(qū)的機場首次起飛，獲得了一系列堪稱世界第一的技術參數(shù)：最大起飛重量430公斤，最高時速150公里，經(jīng)濟時速95公里；可續(xù)航2-3個小時，充電時間3-4個小時，每次充電約需5美元。
中國E430以良好的性能在奧什科什完美亮相，標志著世界第一架商用純電動飛機正式誕生，一舉打破了歐美國家長期主宰低空飛行的格局。首屆林白電動飛機大獎評審會決定將最佳電動飛機大獎頒發(fā)給中國Yuneec公司，美國Sonex飛機公司獲得最佳電動系統(tǒng)設計獎，德國的Lange飛機公司獲得最佳電動滑翔機獎。去年，E430又榮獲英國倫敦設計博物館主辦的英國生命保險設計大獎，被授予交通類設計大獎。
2011年，中國Yuneec公司曾計劃實現(xiàn)E430批量生產(chǎn)，并通過英國公司全部包銷，每架飛機定價為8.9萬美元。 “安塔里斯”號
2009年7月7日，世界首架利用燃料電池驅(qū)動的有人駕駛飛機在德國漢堡升空。這架飛機名為“安塔里斯”號DLR-H2型機動滑翔機。它由德國航空航天中心和一些私人企業(yè)共同研制。德國航空航天中心專家約翰·迪特里?！の旨{說：“我們在電池效率和表現(xiàn)上實現(xiàn)了許多改進，飛機可以只靠燃料電池實現(xiàn)起飛。”“安塔里斯”利用氫作為燃料，通過和空氣中的氧發(fā)生電化反應產(chǎn)生能量。在最佳情況下，這種飛機可連續(xù)飛行5小時，飛行半徑達到750公里。
制造大型電動飛機的技術難點有哪些？
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電動飛行
外形獨特、采用電動或混合推進系統(tǒng)的飛機遲早將飛上藍天。
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七月，空客公司試飛員迪迪邇·埃森登（Didier Esteyne）駕駛一架兩座小型電動飛機E-Fan飛越英吉利海峽。作為歐洲大型航空集團，空客發(fā)布特別聲明指出E-Fan飛越英吉利海峽飛并非作秀。實際上，空客公司為了將E-Fan作為教練機進行量產(chǎn)，對電動飛機采取了十分嚴謹?shù)膽B(tài)度。E-Fan電動飛機將在2017年開始銷售，四座型E-Fan電動飛機也將隨后上市。
除了空客公司之外，還有其他飛機制造廠商考慮制造比E-Fan大得多的電動或混合動力載人飛機。與飛機活塞發(fā)動機和噴氣發(fā)動機相比，飛機電動推進裝置有著多種優(yōu)勢，這與汽車行業(yè)的情況一樣?，F(xiàn)代化的數(shù)控電動機輸出大扭矩，扭矩是指螺旋槳或電扇葉片轉動時的旋轉力量。飛機電動推進裝置不僅運行安靜、清潔、可靠性高，而且可磨損或損壞的機械部件較少。
說實在的，電動飛機電池提供的飛行里程讓很多人不感興趣：E-Fan電動飛機的鋰電池在保證30分鐘飛行電量冗余的前提下，只能讓其飛行一個小時。一小時飛行時間，滿足一節(jié)飛行訓練課倒是沒問題，卻可能無法滿足客機使用要求。不過，電池性能有了穩(wěn)步改善，以及飛機具有較長的使用壽命（波音747于1969首飛）的原因，航空工程師開展了各種項目，以研制未來飛機。
讓航空工程師們感到興奮的是電動推進裝置讓他們能制造出與完全不同與常規(guī)飛機的電動飛機，如同空客公司上述展示的電動推進概念。電動推進概念是指飛機不再依靠機翼下沉重的大型噴氣發(fā)動機飛行，而是依靠數(shù)量眾多的小型而輕巧的電動螺旋槳飛行，這些小型電動螺旋槳可以安裝在飛機各個部位。如果使用小型常規(guī)噴氣發(fā)動機，飛機結構將變得復雜，而且重量也將大幅增加。
電動機讓所謂的分布式電動推進概念變得可行。分布式電動推進的好處就是能提高經(jīng)過機翼的氣流，讓飛機的飛行效率變得更高。馬克·摩爾是美國國家航空航天局維吉尼亞藍勒研發(fā)中心的主研究員，他表示“‘分布式電動推進’將從根本上改變我們設計飛機的方式。”
蓄勢待發(fā)
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在加州愛德華空軍基地，美國國家航空航天局正測試分布式電動推進機翼：分布式電動推進機翼被安裝到一輛卡車上，在電動推進機翼的推動下，卡車高速行駛在一個干涸的湖床上。18臺小型電動螺旋槳被并排安裝在機翼前緣。美國國家航空航天局的下一步是進行“權杖（Sceptor）項目”。按照權杖項目的計劃，美國國家航空航天局將用一對分布式電動推進機翼來替換意大利Tecnam公司制造的P2006T四座雙引擎輕型飛機的機翼，這對分布式電動推進機翼上裝有十二臺左右電動螺旋槳（見圖片）。按計劃，權杖項目將于2017年開始執(zhí)行。
權杖項目使用的并排小型電動螺旋槳能提高飛機低速飛行時的升力，讓飛機能在較短的跑道上起飛，機翼也能做得更加纖細，分布式電動推進機翼的寬度有可能僅是常規(guī)飛機機翼的三分之一，降低了飛機的重量和燃油成本。輕型飛機的機翼通常相對較大，以防止飛機失速（在低速飛行時，機翼不能提供足夠的升力）。當飛機進行巡航飛行時，大機翼會產(chǎn)生更多阻力，效率不高。權杖項目使用的分布式電動推進機翼經(jīng)過優(yōu)化，有利于巡航飛行，還有助于防止飛機在起飛或降落時發(fā)生失速。
分布式電動推進機翼還有其他功能。分布式電動推進機翼上的每個電動螺旋槳都被獨立控制，此功能可改變氣流通過機翼的方式，以應對快速變化的飛行條件，例如陣風。當飛機進行巡航飛行時，靠近機身的電動螺旋槳能向后折疊，只讓翼尖部分的電動螺旋槳工作。如果權杖項目取得成功，分布式電動推進技術在十年內(nèi)被用于小型支線飛機，甚至現(xiàn)在正在研制電池技術也將與分布式電動推進技術同時被運用到小飛機上。馬克·摩爾先生表示：此類小型飛機飛行時不會排放廢氣，非常安靜，飛行成本將下降約30%。
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空客公司的電動推進概念不局限于飛機跑道?？湛凸九c英國知名噴氣發(fā)動機制造廠商勞斯萊斯公司以及其他研究團隊開展了合作項目，開發(fā)飛機或其他飛行器，此類飛行器計劃2050年投入使用。到那時，歐盟期望航空業(yè)客機的燃油消耗、廢氣排放和噪音水平將比現(xiàn)有最高設計水平還低至少20-30%。
電動推進技術的目的就是實現(xiàn)上述各項目標，并能讓電動飛機在載員約90人的條件下，飛行兩小時甚至更久，機載電池仍然有較多的安全可用余量。要是實現(xiàn)此目的，前提是儲電技術取得突破，這可能不需要耗費幾十年時間。電動推進技術概念也能使用分布式電動推進裝置，但有可能是其改進型號，因為電動推進技術屬于混合合動力技術。
電動推進飛機在尾部安裝了一臺常規(guī)噴氣發(fā)動機，在每個機翼上安裝了三臺電動螺旋槳。當飛機起飛時，噴氣發(fā)動機和六臺電動螺旋槳都會啟動，以提供最大升力；一旦飛機飛到巡航高度，噴氣發(fā)動機的油門將被關小，但其輸出功率仍然足夠為電動螺旋槳和機載電池供電。在飛機降低飛行高度時，噴氣發(fā)動機和電動螺旋槳都將關閉；當飛機處于滑翔狀態(tài)時，迎面而來的氣流將驅(qū)動電動螺旋槳轉動，讓電動螺旋槳以風輪發(fā)電機工作方式運行，為機載電池充電。當飛機著陸時，電動螺旋槳將被啟動，噴氣發(fā)動機處于空轉狀態(tài)，一旦有需要將飛機拉起復飛，噴氣發(fā)動機就能隨時提供額外動力。
混合動力系統(tǒng)能大幅提高噴氣飛機的涵道比，這是它的一個優(yōu)點。涵道比是指穿過噴氣發(fā)動機高溫區(qū)的空氣數(shù)量與在高溫區(qū)燃燒室提供氧氣的空氣數(shù)量的比值。早期客機采用的是低涵道比的噴氣發(fā)動機，通過將高速空氣氣流從尾部中心噴出來產(chǎn)生大量推力；這讓早期噴氣發(fā)動機噪音大，油耗高。隨著燃油不再在噴氣發(fā)動機中心燃燒，噴氣發(fā)動機就成為了一臺渦輪機，可以帶動發(fā)電機前部的風扇轉動，從讓噴氣發(fā)動機吸入更多空氣。只要采用更大的風扇，噴氣發(fā)動機就能將空氣以較慢速度吸入軸心外圍。采用大風扇的噴氣發(fā)動機工作效率更高，而噪音卻降低了。這就是噴氣發(fā)動機這幾年變得越來越肥大的原因。
上世紀70年代的噴氣發(fā)動機的涵道比為5:1，與之相比，現(xiàn)在的噴氣發(fā)動機的涵道比最高能達到12:1。制造更大的渦輪風扇噴氣發(fā)動機變得越來越難了，因為大風扇占用機翼下部的空間變得越來越大；大噴氣發(fā)動機需要強度更高的機翼來掛載，而這又會飛增加機重量。電動推進飛機采用的混合動力裝置能很好地避免這些問題的產(chǎn)生，因為只有飛機尾部的噴氣發(fā)動機有一個燃油燃燒中心。這意味著驅(qū)動全部六臺電動螺旋槳的空氣氣流讓噴氣發(fā)動機的有效涵道比達到20:1，甚至更高，讓飛機具有很高的燃油效率，飛行也變得更加安靜。
平穩(wěn)執(zhí)行機構
分布式引擎另一個好處就是能抵消機翼氣流邊界層的影響。氣流邊界層是指靠近機翼表面十分稀薄的一層空氣，這些空氣分子與機翼表面摩擦而導致氣流速度變慢。氣流邊界層經(jīng)過凸起剖面形狀的機翼時（這是機翼能產(chǎn)生升力的原因），會導致紊流，而紊流又會讓噴氣飛機后面形成尾流。通過調(diào)整電力推進飛機機翼上的電動螺旋槳，可以對氣流邊界層進行攔截，電動螺旋槳可以加速空氣通過機翼的速度，降低尾流帶來的阻力。
讓電動推進飛機飛上藍天，還得在兩個技術領域取得進展。除了要有更好的電池，還得有超導技術。超導是指特定材料被冷凍至臨界溫度時，電阻消失的特性。降低材料電阻能讓電氣結構和電動機系統(tǒng)變得更輕，輸出功率卻足夠讓飛機飛上天。超導技術已經(jīng)在小型設備上得到實現(xiàn)，如醫(yī)院的掃描機。要滿足飛機的使用要求，必須對材料進行激冷處理，其激冷級別超出了市場設備能達到的水平。劍橋大學的研究團隊正與空客公司共同解決這個難題。
只要解決了這些難題，電動飛機就具備了飛上藍天的能力。最初的電動飛機將是小飛機，隨著技術的改進，電動飛機將變得越來越大，運載的乘客也越來越多。空客公司預計一些電動飛機的技術還有助于常規(guī)飛機提供效率及降低噪音。
未來的飛機長啥樣?
由于機械故障，航班又一次延誤了，你早早來到候機樓，心里卻無法踏實；一眼望去，狹窄的機艙中人頭攢動，來回走動似乎很困難，你最好的選擇只能是乖乖地坐在原位；空中的飛行漫長而無聊，你無所事事、昏然睡去，但飛機突然出現(xiàn)劇烈顛簸，“機震”中你感到心臟受損，不得不掏出口袋中早已備好的藥片……這些都是在當代航空旅行中難以避免的事情，你對此早已感到厭倦了。令人欣慰的是，所有這些都將在未來得到改善——已經(jīng)有6種顛覆傳統(tǒng)的“新概念”飛機正在設計和研發(fā)，它們將帶你飛向未來。
飛天神鯨
談到設計一種帶有“新概念”性質(zhì)的飛機，航空公司的專業(yè)設計師們往往會受到許多束縛，他們需要把安全和成本放在第一位，因而不能充分發(fā)揮創(chuàng)造力。相比之下，業(yè)余的航空愛好者則不受一些條條框框的局限，比如西班牙人奧斯卡·維納爾斯，他發(fā)揮了天馬行空的想象力，用圖紙設計出一款鯨魚外形的新式飛機，并將其命名為“AWWA Sky Whale”（?。⊥?！天鯨）。
這是一條名副其實的“鯨魚”，它比現(xiàn)今世界上最大的空中客車A380還要大許多，機艙內(nèi)采用上、中、下三層設計，可以容納755名乘客?！蚌L魚”的最頂層是頭等艙，這里的乘客能夠通過屋頂?shù)摹疤齑啊毙蕾p到天空的景色，當然這些天窗并不是真正的窗戶，而是一些連接著攝像頭的電子顯示屏，它們由內(nèi)置的太陽能電池板供能，隨時將外邊的景色顯示到艙內(nèi)。除了容量巨大之外，“鯨魚”還使用了許多令人驚喜的高科技?！蚌L魚”使用的全都是鋁合金、碳纖維、陶瓷和石墨烯等材料，盡可能使機身重量最小化；飛機的引擎使用最先進的油電混合動力；機翼則是主動式的活動機翼（機翼主動流過的氣流，降低阻力），而且使用了能夠自我修復的材料（比如一些形狀記憶的合金）?？偠灾?，“鯨魚”使用的所有高科技元素都是為了減少阻力、降低燃料消耗量及氮氧化物的排放量，使飛鯨成為所能想像的最平穩(wěn)、最環(huán)保的飛機。
當然，維爾納斯的“鯨魚”目前還處于“紙上談兵”的階段，也許這條驚艷的“鯨魚”今后也未必造得出來，但不管怎樣，它也會啟發(fā)許多專業(yè)的設計師，使他們的想法不再那么的保守。
無聲的超音速
飛機在發(fā)展的早期階段，曾帶給人們很多驚喜，而如今隨著科技的進步，飛行不再有新鮮感，人們已經(jīng)失去了在飛機上花費時間的耐心和興趣，只是希望飛機可以更快，從而縮短旅途。如果要做到這一點，人們首先想到的自然是超音速客機，比如經(jīng)典的協(xié)和式飛機。
超音速飛機雖然很快，但是噪音很大。當飛機接近音速時，會有一股強大的阻力，使飛機產(chǎn)生劇烈的振蕩，速度衰減，這種現(xiàn)象就是音障。突破音障后，由于飛機本身對空氣的壓縮無法迅速傳播，空氣的波動便逐漸在飛機的“鼻子”、“翅膀”邊緣和“尾巴”處堆積起來，形成能量很高的沖擊波，也就是音爆。音爆有許多壞處，可能會驚嚇到野生動物、擾民甚至是破壞建筑。在2000年7月的法航空難之后，協(xié)和式飛機巨大的聲響使人們無法再次信任它，導致載客量一直很少，3年之后，協(xié)和式飛機就退出了航空業(yè)。
在將來，協(xié)和式飛機的繼任者也許會出現(xiàn)，它就是“洛克希德·馬丁N+2”商用超音速飛機?！癗+2”由美國洛克希德·馬丁航空航天公司和NASA聯(lián)合設計，它可以搭載80名乘客，從紐約飛到洛杉磯僅用2.5小時。“N+2”的設計師們將研發(fā)的重點集中在噪聲控制上，他們?yōu)椤癗+2”設計了復雜的機身曲線和鋒利的翅膀，改進了飛機排氣裝置，并使用集成的風扇來抑制噪聲。設計師們預計，“N+2”飛起來只會發(fā)出難以覺察的嘶嘶聲，它將會在2025年進入航空業(yè)。
“敞篷”飛機
萬米高空的美景，誰不愛看呢？只是飛機的窗戶就那么小，想欣賞天際景觀，乘客們只能去爭搶靠窗的位置了。為了解決這個問題，法國的設計師們決定把墻壁去掉，讓外邊的景色一覽無余。
這種“敞篷”飛機名叫“IXION”，是法國飛機制造商Technicon Design想出來的點子?！癐XION”其實并沒有真的去掉墻壁，相反它去掉的是窗戶，取而代之的是覆蓋了機艙內(nèi)壁的大面積顯示屏幕，這塊高分辨率、低電壓的屏幕則由位于飛機頂部的太陽能電池板供電。
“IXION”的原理也不難理解，它使用外置攝像頭360度拍攝飛機外的風景，然后在機艙內(nèi)部顯示，從而實現(xiàn)了機身透明的視覺效果。由于機身內(nèi)壁是顯示屏，所以它還可以設定為其它場景，比如公園或者野外，讓乘客忘卻正在搭乘飛機，乘客也可以將屏幕調(diào)為互動模式，作為視像會議或電腦工作之用。
毫無疑問，“IXION”將會給乘客們帶來超乎想象的飛行體驗，給人一種俯視天下的感覺。在2014年的美國國家公務航空協(xié)會展覽中，“IXION”的創(chuàng)意也備受好評，贏得了外觀設計類別大獎。
水上客機
全球的航空業(yè)正在經(jīng)歷爆發(fā)式增長，為了滿足不斷增加的市場需求，航空業(yè)不斷擴建機場，以供更大的飛機起降。但是，擴建機場會對環(huán)境帶來不利影響，飛機起降的噪音也會讓城市居民不堪其擾，所以，機場的缺乏可能是航空業(yè)發(fā)展面臨的最巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，倫敦帝國理工學院的研究人員將目光投向了早期的長途航空旅行方式——水上飛機。水上飛機在水面上起飛、降落和停泊，因此“下半身”則有些古怪，大都設計成船（便于水上滑行）或者浮筒（便于水面?？浚┑哪?。水上飛機雖然如今很少見到，但在第二次世界大戰(zhàn)之前，它是可以在全球范圍進行航空旅行的唯一方式。
現(xiàn)在，倫敦帝國理工學院提出的水上客機仍然以上世紀40年代的水上飛機為藍本，新式的水上客機具有一個V型船體，能在著“陸”和起飛時為飛機提供浮力和適航性能。為了減少空氣阻力，水上客機還有一個“翼身融合體”的結構，船體向上傾斜無縫融入飛機寬體機翼的下側，使整體外觀更具流線型。此外，這種水上客機還采用環(huán)保的氫燃料，飛行中不會排放有害氣體。
如果研制成功，倫敦帝國理工學院的水上客機將會是一個空運巨無霸，它一次可搭乘2000名乘客，是A380可承載量的兩倍還多。水上客機如果想要成為航空主流，也許尚需時日，因為人們還需轉變傳統(tǒng)的航空觀念，有趣的是，對水上客機來說，人類面臨的一大災難——溫室效應（引起的海平面上升）卻成了它的一大利好。
混合飛行器
人們都知道NASA喜歡探索太空，但人家的全稱是美國國家航空航天局，憑借其遙遙領先的技術和理念，NASA設計了許多炫酷的“新概念”飛機，除了前面提到的“洛克希德·馬丁N+2”，NASA的另一個代表作就是“N3-X”。
“N3-x”被稱為混合飛行器，因為它混合了目前能夠想到的一切可以利用的新科技成果，可以稱得上是未來“新概念”飛機最終極的版本?！癗3-x”外形很像美國B-2隱型轟炸機，它的機翼和機身融合在一起，配以流線型設計，可以大幅度減少飛行阻力。在動力方面，“N3-X”也要強過著名的波音777（全球最大的雙引擎寬體客機），波音777通過機翼下的兩個渦輪風扇發(fā)動機來提供推力，用燃油供能；而“N3-x”則采用生物燃料提供電能，使用超導電機來提供動力。超導電機由超導體材料制作，電阻為零，不會發(fā)熱升溫，所以體積很小、功率密度很高。這些超導電機被安置在“N3-X”的尾部和機翼的翼端，與波音777相比，這種設計不僅環(huán)保，而且在空氣動力學上的效率也更高。
NASA的科學家們表示，“N3-X”最快可能在20年之后研制出來。
電動飛機
許多“新概念”飛機雖然炫酷高大上，但距離現(xiàn)實還有一段距離，而歐洲空中客車公司設計的“E-Fan”（伊凡）卻已經(jīng)可以升空了。
在2014年的英國范堡羅航空展，空中客車公司參展的是一架小型飛機“E-Fan”，其翼展為9.5米，總重量僅有550千克左右。在一眾大型飛機中間，“E-Fan”顯得不那么起眼，但依舊贏得了各方的關注，其原因就在于它符合未來私人飛機的發(fā)展潮流——綠色環(huán)保、安靜、輕便快捷。
“E-Fan”是目前世界上唯一百分百依靠電池提供動力的飛機，而且電池是可以充電續(xù)航的。由于不使用燃油，在飛行過程中，“E-Fan”不會排放廢氣，人們也幾乎聽不到任何刺耳的噪音。毫無疑問，“E-Fan”有著極大的市場潛力，對于大多數(shù)只在近距離區(qū)域活動的上班族來說，“E-fan”要比汽車、電動車要快捷，吸引力自然也大得多。
然而，“E-Fan”也有類似電動汽車的缺點，那就是續(xù)航時間短，一次只能飛1個小時、搭乘兩人?？罩锌蛙嚬救匀缓芸春盟O計人員計劃在2017年推出能夠搭乘4人的“E-Fan”，而在更遠的將來，空中客車公司甚至有著更大的“野心”，他們希望能將“E-fan”發(fā)展成能夠承載90人的客機。如果這一目標能夠?qū)崿F(xiàn)，屆時天空將變得熙熙攘攘，點綴著各式各樣、五顏六色的私人飛機，讓我們拭目以待吧！
（本文源自大科技*科學之謎2015年第12期文章）
關于《空客320～200》的介紹到此就結束了。
