張彤彤 劉忠

目前全球民機產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)主要集中在新能源、超音速、非常規(guī)氣動布局等方面，民機制造商和相關(guān)科研機構(gòu)也制定了相關(guān)戰(zhàn)略，開始新產(chǎn)品的研制。但同時業(yè)界也有一些新的思考，那就是在眾多的技術(shù)創(chuàng)新中，到底哪一個研發(fā)方向才最貼合市場需求？對于中國民機產(chǎn)業(yè)而言，應(yīng)該將關(guān)注的重點放在何處才更有助于形成未來國產(chǎn)民機的競爭優(yōu)勢？

新能源飛機研發(fā)正當時

隨著全球氣候變暖負面效應(yīng)的日益顯現(xiàn)，減少碳排放成為各行各業(yè)亟待解決的難題。民航業(yè)碳排放量占全球總排放量的2.5%左右，尋求新的替代能源、改變傳統(tǒng)燃油發(fā)動機的推進方式已成為主制造商布局未來航空市場的突破口。其中，電動飛機和氫能源飛機是歐美國家的主攻方向。

按照供能系統(tǒng)劃分，電動飛機可分為全電和混電飛機兩類。受電池能量密度的限制，全電飛機僅面向短距小型飛機的UAM（城市空中出行）市場。多家咨詢公司和金融服務(wù)公司預(yù)測，全球UAM市場潛力巨大，到2040年全球城市空中出租車規(guī)模將超過43萬架，整個UAM市場將達到1.5萬億美元。目前熱度較高的電動垂直起降、短距起降等飛行器均屬于UAM范疇。

據(jù)德國咨詢公司羅蘭貝格統(tǒng)計，截至2020年1月，全球在研電動飛機項目有216項，主要集中在北美和歐洲，且多為2017年后啟動的新項目。

在我國，電動飛機市場也已經(jīng)起步。遼寧通用航空研究院獨立開發(fā)的全電動飛機“銳翔”已取得型號合格證和生產(chǎn)許可證，銳翔四座全電飛機RX4E已于去年成功首飛。廣州億航智能生產(chǎn)的全電動雙座飛機Ehang 216也已獲得美國聯(lián)邦航空管理局的飛行許可。

除了全電飛機之外，混合電推進飛機也是行業(yè)研發(fā)的熱點。這類飛機通過將燃氣輪機和電力技術(shù)相結(jié)合，達到無噪聲、高效率、低污染的推進效果。不過，雖然當前混合動力技術(shù)已應(yīng)用于787、A380和A350、F35戰(zhàn)斗機等，但電池僅作為輔助動力裝置存在。

另外一種清潔能源的思路聚焦在氫能源飛機上。液氫的熱值是傳統(tǒng)航空燃油的2.78倍，燃燒過程不產(chǎn)生碳氧化合物和煙塵，氮氧化合物減少2/3，是真正意義上的環(huán)保燃料。如今，全球排名前十的機場都在嘗試或已經(jīng)部署了氫能基礎(chǔ)設(shè)施，用于輔助交通和物流。

目前，歐美國家已涌現(xiàn)出一批中短程小型氫動力飛機項目。據(jù)波音公司最近的一項研究顯示，最早到2025年氫動力將可用于商用航空領(lǐng)域。空客在今年4月取消E-Fan X混合動力驗證項目后，制定了氫動力客機發(fā)展路線圖，計劃在2030～2035年間實現(xiàn)百座級以上氫動力客機的商業(yè)化。美國氫能源航空初創(chuàng)公司ZeroAvia在今年6月成功完成首次氫動力商用飛機試飛，并計劃在2023年前完成10～20座級500英里航程的氫能源飛機認證并投入使用。

由此可見，目前全球氫能源飛機的發(fā)展處于成長期，我國開始從事氫能源飛機的研究正當其時。從目前來看，我國制氫、儲氫、運氫尚未形成完整高效的產(chǎn)業(yè)鏈，基礎(chǔ)設(shè)施缺口較大，未來需要燃料公司、機場、飛機制造商和航空公司多方的共同努力。

超聲速客機研發(fā)需降溫

如今，盡管航線上已無超聲速客機的身影，但航空業(yè)從未放棄過對超聲速客機的研發(fā)。

其中，NASA正與洛克希德·馬丁公司聯(lián)合研制安靜超聲速技術(shù)驗證機Quesst X-59。該機能夠以1.42馬赫的速度在16.8千米的高度飛行，機上噪聲可控制在60～65分貝范圍內(nèi)，預(yù)計2022年實現(xiàn)城市上空的飛行測試。成立于2014年的美國Boom技術(shù)公司正在從事XB-1的研究工作。該機型可容納55～75名乘客，并在18.3千米的高度以2.2馬赫的速度飛行，目前已完成大部分的設(shè)計制造并進入裝配階段，預(yù)計2021年開始試飛。成立于2002年的美國Aerion公司早在2004年就開始研制超聲速公務(wù)機AS2，AS2最高巡航速度為1.4馬赫，最大載客量為12人，公司希望能夠在2025年完成取證并開始量產(chǎn)。

需要注意的是，今年6月美國國防部調(diào)整了11項關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)優(yōu)先順序，其中微電子、5G技術(shù)、生物技術(shù)的研發(fā)分別升至第1、第2和第4位，而超聲速技術(shù)的研發(fā)則跌落至第3位。可見，在后疫情時代，速度或許不再是行業(yè)首先考慮的因素了。

就超聲速飛行器本身來講，其經(jīng)濟性和舒適性方面的表現(xiàn)不佳?，F(xiàn)有民用機場的跑道多按照亞聲速大涵道比發(fā)動機設(shè)計，無法承受高溫加力噴流的灼燒，如將超聲速飛機投入商用，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的重建將會是一筆高昂的投入。與此同時，高速飛行與高油耗相伴而生，在強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的今天，超聲速飛機或許并不適合時代的需要。

非常規(guī)氣動布局受關(guān)注

目前，航空業(yè)已達成一致，下一代飛機性能若想獲得質(zhì)的飛躍，就要打破常規(guī)，因此非常規(guī)氣動布局的研究備受關(guān)注，較為熱門的非常規(guī)氣動布局包括翼身融合、斜拉翼、變體飛機、雙氣泡布局飛機等。

其中，翼身融合飛機被業(yè)界認為是最具發(fā)展前景的非常規(guī)氣動布局飛機。翼身融合飛機是單一機翼布局，將機身和機翼融為一體，使飛機整體結(jié)構(gòu)更為平滑，從而大大減少空氣阻力，提高氣動效率。

早在上世紀20年代初，尼古拉斯·沃耶夫斯基就提出了翼身融合的理論。隨后英國制造出了第一架翼身融合試驗機——“韋斯特蘭無畏號”。該機在1924年的首飛中出現(xiàn)嚴重事故墜毀，后續(xù)項目被叫停。20世紀40年代初期，美國開始設(shè)計麥道XP-67戰(zhàn)斗機的原型機，該機同樣采用了翼身融合的外形，但第一架原型機在試飛過程中發(fā)動機著火，飛機被大火燒毀，項目被迫中止。20世紀60年代初期，美國又相繼推出A-12和SR-71偵察機，二者均采用翼身融合外形，分別服役6年和25年，這也是第一批成功服役的采用翼身融合外形的飛機。

在有了一定的技術(shù)積累后，21世紀初，NASA和波音聯(lián)合啟動X-48項目，進一步探索翼身融合的相關(guān)技術(shù)。在長達15年的研制中，先后推出X-48B和X-48C兩款無人駕駛驗證機，重點研究翼身融合飛機的低噪聲設(shè)計及穩(wěn)定性控制。2017年，空客首次啟動翼身融合飛機項目——Maveric，并于2019年首次試飛了Maveric概念機。

從非常規(guī)氣動布局飛機的發(fā)展歷史中不難發(fā)現(xiàn)，此類飛機安全性較低，短時間內(nèi)不會成為航空市場的主流機型。當前該技術(shù)均運用于軍機，民航領(lǐng)域進展緩慢。造成這一現(xiàn)象的主要原因是翼身融合飛機相較于傳統(tǒng)氣動布局飛機，縱向靜穩(wěn)定不足。無尾布局不易布置操縱面，操縱力臂較短，操縱效率低，三軸耦合嚴重，對民航駕駛員的水平和經(jīng)驗要求極高。

此外，目前民航客艙均為增壓機艙，翼身融合飛機剖面形狀不具備傳統(tǒng)筒式機身分散壓力的能力，設(shè)計過程中更要注重結(jié)構(gòu)強度和機身解體問題。同時，由于翼身融合結(jié)構(gòu)飛機的客艙內(nèi)部空間與傳統(tǒng)飛機也有很大差別，因此如何對其進行內(nèi)部布局，既保證乘客的乘坐舒適性又能滿足適航的要求，至今還沒有有效的解決方法。此外，翼身融合飛機與現(xiàn)有機場設(shè)施的兼容性低，此類飛機相對于目前的航站樓登機口而言體積過大，若應(yīng)用于民航，對現(xiàn)有機場設(shè)施的改造又將是一大筆投入。

對我國民機技術(shù)研發(fā)的啟示

全球航空業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的時代，新冠肺炎疫情的沖擊影響了旅客結(jié)構(gòu)、消費習(xí)慣、航司營運模式和行業(yè)競爭格局。隨著“綠色航空”理念的發(fā)展與推進，環(huán)保性在未來民機研制中的權(quán)重將更加突出。

目前，歐洲已經(jīng)推出了一系列政策，將大量資源投入新能源飛機的設(shè)計和研發(fā)。他們這樣做不僅僅是為了滿足未來民航運輸業(yè)的環(huán)保需求，更是為了推動歐洲新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，搶占民機新技術(shù)發(fā)展制高點。中國國產(chǎn)飛機未來要走出國門，一定要滿足日漸嚴苛的環(huán)保標準，因此新能源飛機產(chǎn)品是未來布局海外市場的自然選擇。

同時，新能源飛機的研制將帶動國內(nèi)氣動布局設(shè)計、高能量密度電池、高效率電推進系統(tǒng)等多個學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展。以電動飛機的研制為契機，開展多行業(yè)共通核心技術(shù)攻關(guān)、開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動飛機產(chǎn)品，對于推動我國綠色航空、綠色交通發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

相比之下，超聲速飛機和非常規(guī)氣動布局飛機則更適合用作軍機和特種飛機，二者作為民機使用的經(jīng)濟性、安全性、舒適性和旅客接受度都低于新能源飛機。當前，國內(nèi)市場已經(jīng)涌現(xiàn)出多家有特色有實力的電動飛機企業(yè)，形成了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，而我國在超聲速和非常規(guī)氣動布局領(lǐng)域的技術(shù)儲備尚淺，距離規(guī)?；瘧?yīng)用還有很長一段路要走。

無論如何，全球新一輪技術(shù)浪潮正席卷而來，我國民用航空主制造商要把握機會，變中尋機，加快布局前沿技術(shù)，培育優(yōu)勢技術(shù)領(lǐng)域，提升產(chǎn)業(yè)話語權(quán)，掌握民機發(fā)展主動權(quán)。