李會(huì)超

周六的上午陽(yáng)光明媚，又是一個(gè)適合飛行的好天氣。今天我?guī)i鵬來(lái)到了一座通用航空機(jī)場(chǎng)，和那些繁忙的商業(yè)客運(yùn)機(jī)場(chǎng)不同的是，這種機(jī)場(chǎng)起降的一般都是以螺旋槳為動(dòng)力的小型飛機(jī)，主要是為了滿(mǎn)足飛行愛(ài)好者學(xué)習(xí)駕駛飛機(jī)或體驗(yàn)飛行的需要。有時(shí)，這里也可以執(zhí)行噴灑農(nóng)藥和航拍測(cè)繪等任務(wù)。言歸正傳，今天我們來(lái)這里主要是為了體驗(yàn)一種新型飛機(jī)。

到底是什么新型飛機(jī)呢？我已經(jīng)等不及了！

別急，聽(tīng)說(shuō)你家最近買(mǎi)了一輛電動(dòng)汽車(chē)？你覺(jué)得電動(dòng)汽車(chē)怎么樣？

很好呀，與以前需要燒汽油的汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)行駛起來(lái)更安靜，而且車(chē)行駛起來(lái)的時(shí)候排氣管也不會(huì)再向空氣中排放尾氣了，環(huán)保了很多。

從電動(dòng)自行車(chē)到電動(dòng)汽車(chē)，電能交通工具的普及對(duì)我們空氣環(huán)境的改善有很大的幫助！今天，我要帶你體驗(yàn)的就是電動(dòng)飛機(jī)！我們看看電動(dòng)飛機(jī)乘坐起來(lái)是不是也和電動(dòng)汽車(chē)一樣舒適安靜吧。

這架飛機(jī)是由空中客車(chē)公司研制開(kāi)發(fā)的E-Fan型電動(dòng)飛機(jī)。這種純電動(dòng)飛機(jī)在2014年3月11日才剛剛首飛成功。2015年7月10日，法國(guó)飛行員迪迪?！ぐＫ沟偌{駕駛這種飛機(jī)從英國(guó)起飛，花了36分鐘橫跨英吉利海峽，成功在法國(guó)安全著陸。1909年，法國(guó)飛行員路易·布雷里奧駕駛“布雷里奧Ⅺ”輕型飛機(jī)橫越英吉利海峽，被大家視為航空發(fā)展史上的一座里程碑。而E-Fan作為第一款靠自身動(dòng)力起飛的電動(dòng)飛機(jī)能夠成功橫越英吉利海峽，也標(biāo)志著電動(dòng)飛機(jī)的技術(shù)已經(jīng)取得突破。

我感覺(jué)這架電動(dòng)飛機(jī)從外表看，與其他飛機(jī)并沒(méi)什么兩樣啊。

電動(dòng)飛機(jī)并沒(méi)有改變飛行的基本原理，它能夠起飛同樣是依靠高速運(yùn)動(dòng)時(shí)氣流在機(jī)翼上產(chǎn)生的升力。所以，電動(dòng)飛機(jī)的外觀并沒(méi)有什么本質(zhì)上的改變。它最大的改變是發(fā)動(dòng)機(jī)！一般的飛機(jī)使用的是靠航空燃油驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)換成了電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，靠電能就可以驅(qū)動(dòng)。

E-Fan這種電動(dòng)飛機(jī)只依靠飛機(jī)上的電池提供的電能就可以飛行，完全不需要消耗燃油。但是目前也有一些以其他方式使用電能的飛機(jī)。例如，有些飛機(jī)同時(shí)安裝了傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和新型電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在飛機(jī)起飛和爬升等需要很大推力的階段，飛行員會(huì)打開(kāi)使用電池供電的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓它們和普通發(fā)動(dòng)機(jī)一起工作。而當(dāng)對(duì)推力的需求較小時(shí)，就可以關(guān)閉電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)了。這樣，就在一定程度上既減少了燃油的消耗又解決了目前電動(dòng)飛機(jī)續(xù)航能力不足的問(wèn)題?？罩锌蛙?chē)正在研發(fā)的另一種E-Airhus電動(dòng)飛機(jī)就采用了這樣的技術(shù)方案。

還有一些飛機(jī)會(huì)先靠燃油發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后再將電能輸送到布置在機(jī)身不同位置的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)上。由于電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量輕、體積小，使用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，飛機(jī)設(shè)計(jì)師可以隨心所欲地在飛機(jī)機(jī)身的不同位置布置電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，以達(dá)到最佳的推進(jìn)效果。同時(shí)，由于仍然要使用燃油，這種飛機(jī)不存在續(xù)航上的問(wèn)題。目前，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）就正在進(jìn)行這類(lèi)飛機(jī)的研發(fā)。他們的目標(biāo)是通過(guò)燃油發(fā)電機(jī)和電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的混合使用，使巡航狀態(tài)下的飛機(jī)消耗的能量降低5倍，使飛行的總成本降低30%，飛行噪聲降低15分貝。

原來(lái)電動(dòng)飛機(jī)有這么多種動(dòng)力設(shè)計(jì)方案呀！

是的，但是目前人們還是最希望能夠研發(fā)出來(lái)像E-Fan這樣純粹使用電能的飛機(jī)。畢竟地球上各類(lèi)燃料有限，而電能卻可以通過(guò)核能、水力、風(fēng)能、太陽(yáng)能等多種方式獲取。走，咱們坐上這架飛機(jī)，一起到天上飛一圖吧。

咦，為什么一點(diǎn)兒聲音也沒(méi)有，發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片好像也沒(méi)有旋轉(zhuǎn)？

因?yàn)檫@種飛機(jī)的輪子能自己產(chǎn)生滑行的動(dòng)力呀。一般的飛機(jī)，在地面上滑行的推力也是由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的，因此從停機(jī)位滑出時(shí)就必須啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣一來(lái)光是在跑道上滑行就需要消耗不少燃油。而我們剛剛說(shuō)了，電動(dòng)飛機(jī)的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)很容易布置，而且電動(dòng)飛機(jī)不需要變速箱，只要在機(jī)身后部的主起落架上安裝小型電機(jī)，就能夠使飛機(jī)在地面上以最高60千米/時(shí)的速度滑行，不再需要打開(kāi)電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。其實(shí)，這就跟電動(dòng)汽車(chē)一樣，人們喜歡電動(dòng)飛機(jī)除了節(jié)能環(huán)保以外，最重要的就是乘坐起來(lái)安靜無(wú)噪聲。

由于采用了先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料，E-Fan的總重量?jī)H有500千克。通常，飛機(jī)在飛行過(guò)程中不可避免地要受到迎面而來(lái)的空氣阻力。飛機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)就是升阻比。升阻比就是飛機(jī)在飛行過(guò)程中受到的托舉它上升的升力和阻礙它飛行的阻力之間的比例，這個(gè)比例越大，說(shuō)明飛機(jī)的氣動(dòng)性能越好。要提高這個(gè)指標(biāo)，就要在飛機(jī)外形的設(shè)計(jì)上下足功夫。由于采用了出色的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，E-Fan的升阻比高達(dá)16（即升力與阻力的比值為16：1）。在正常飛行時(shí)，E-Fan的速度為160千米/時(shí)，而它的最大飛行速度可以達(dá)到220千米/時(shí)。

電量不足了，我們要返航了。電動(dòng)飛機(jī)只能在空中飛行這么短的時(shí)間呀？

目前，電池技術(shù)還不是很成熟，所以它能提供的電量有限。一架飛機(jī)的起飛重量有限，因此只能安裝一定重量的電池。在重量一定的情況下，電池儲(chǔ)存的電能越多，飛機(jī)就能夠飛得越遠(yuǎn)。目前，電動(dòng)飛機(jī)使用的高性能鋰電池，儲(chǔ)能密度僅為150～250瓦時(shí)/千克，而航空界一般認(rèn)為實(shí)用性的電動(dòng)飛機(jī)的電池儲(chǔ)能密度至少要達(dá)到500瓦時(shí)/千克。而即便達(dá)到了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，電池的儲(chǔ)能密度也僅是航空燃油的二十五分之一。因此，電池的發(fā)展還有很長(zhǎng)的一段路要走。不僅如此，電池的安全性也是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。我們平時(shí)乘坐民航客機(jī)時(shí)，鋰電池必須隨身攜帶，一般不允許直接放到行李箱中托運(yùn)，這是因?yàn)殇囯姵鼐哂幸兹嫉奶匦?，不能處于無(wú)人看管的狀態(tài)。而電動(dòng)飛機(jī)使用了大量鋰電池，所以提升鋰電池的可靠性和失效時(shí)的安全性就尤為重要了。

除了鋰電池外，飛機(jī)的設(shè)計(jì)師們也在嘗試使用其他的電能來(lái)源。例如，瑞士設(shè)計(jì)的“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”和“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”飛機(jī)就是太陽(yáng)能動(dòng)力飛機(jī)。陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)還在2015年3月到2016年7月，完成了一次環(huán)球飛行，其間它還造訪了我國(guó)的重慶市和南京市。不過(guò)，太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能也很有限，為了布置足夠多的太陽(yáng)能電池板，陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)使用高達(dá)72米的翼展，飛機(jī)機(jī)翼向兩側(cè)延伸的長(zhǎng)度已經(jīng)和世界上最大的民航客機(jī)——A380基本一致，但它的起飛重量?jī)H僅約是A380的二百分之一。還有一種能夠提供能源的方式叫作“燃料電池”。目前，常用的燃料電池為氫氧燃料電池，氫氣和氧氣在燃料電池中混合后，并不像在內(nèi)燃機(jī)里那樣發(fā)生燃燒現(xiàn)象，而是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水，同時(shí)將自身攜帶的能量轉(zhuǎn)化成電能。這種燃料電池不會(huì)產(chǎn)生污染，具有清潔環(huán)保的特點(diǎn)，波音公司已經(jīng)進(jìn)行了燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)飛機(jī)試驗(yàn)。但目前，燃料電池的技術(shù)成熟度還比不上鋰電池。

聽(tīng)起來(lái)，電池可是個(gè)大問(wèn)題，電動(dòng)飛機(jī)的成敗全靠它了！我一定要好好學(xué)習(xí)，長(zhǎng)大以后發(fā)明出性能最佳的電池，幫助電動(dòng)飛機(jī)超越燃油飛機(jī)！

那當(dāng)然是好呀，如果電池的問(wèn)題解決了，電動(dòng)飛機(jī)還能有很多用途呢?，F(xiàn)在，除了電動(dòng)通用飛機(jī)外，各家電動(dòng)飛機(jī)廠商還在研發(fā)電動(dòng)支線客機(jī)和大型電動(dòng)干線客機(jī)。你看這架E-Fan飛機(jī)，它實(shí)際上就是空中客車(chē)公司的電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，在這種飛機(jī)上獲得初步試驗(yàn)成功的各種技術(shù)將投入未來(lái)的研發(fā)中，最終研制出功率高達(dá)40兆瓦（1兆瓦=1000000瓦）的大型電動(dòng)客機(jī)。在NASA的資助下，美國(guó)的萊特電動(dòng)公司就正在研發(fā)與空客A320、波音737等主流客機(jī)載客量相仿的電動(dòng)客機(jī)。如果電池技術(shù)的發(fā)展較為迅速，這種大型客機(jī)將完全使用電力。如果電池技術(shù)發(fā)展緩慢，這種飛機(jī)將采用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)加上電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力方案。

其實(shí)電動(dòng)飛機(jī)還可能有一種更生活化的應(yīng)用，那就是城市“飛的”。就像出租車(chē)一樣，城市“飛的”可以載著我們從城市的一邊快速到達(dá)另一邊，這樣我們就不用擔(dān)心堵車(chē)了。目前，volocopter公司開(kāi)發(fā)的volocopter 2x型電動(dòng)飛機(jī)已經(jīng)完成了飛行試驗(yàn)，正在和阿聯(lián)酋迪拜的交通部門(mén)洽談，將這種電動(dòng)飛機(jī)引入城市交通網(wǎng)絡(luò)。這種飛機(jī)的外觀和傳統(tǒng)的直升機(jī)有一些類(lèi)似，但產(chǎn)生飛行動(dòng)力的裝置由傳統(tǒng)直升機(jī)的主槳與尾槳的組合變成了18個(gè)呈環(huán)形排列的小型螺旋槳。由于采用了電能方案，這種飛機(jī)不會(huì)像傳統(tǒng)直升機(jī)一樣產(chǎn)生巨大的噪聲，適合在繁忙又需要安靜的城市中運(yùn)輸乘客。

好啦，今天我們就體驗(yàn)到這里吧，鵬鵬現(xiàn)在斗志昂揚(yáng)，已經(jīng)跑回家去寫(xiě)寒假作業(yè)啦！哈哈，你們呢？