吳光輝

（中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200126）

引 言

習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上指出：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。當(dāng)前碳排放大量集中在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域，形勢嚴(yán)峻，這對于發(fā)展新能源和可再生能源/優(yōu)先發(fā)展數(shù)字產(chǎn)業(yè)、高新科技產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，以及工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級、節(jié)約能源等方面提出了巨大的挑戰(zhàn)。

1 航空業(yè)對碳排放的影響

近年，隨著居民收入水平提高，消費(fèi)升級，航空運(yùn)輸占比持續(xù)提升。中國民航業(yè)實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越發(fā)展，民航運(yùn)輸規(guī)模已連續(xù)15 年穩(wěn)居世界第二位，逐年縮小與第一位的差距。根據(jù)中國商飛公司預(yù)測，中國民航將于2040 年左右進(jìn)入高峰期，全球機(jī)隊(duì)規(guī)模將達(dá)45397 架，其中中國機(jī)隊(duì)規(guī)模預(yù)計(jì)為9084 架，屆時中國將成為全球最大的單一航空市場。我國作為航空運(yùn)輸大國，正在向航空運(yùn)輸強(qiáng)國踏步前行，航空運(yùn)輸對碳排放的影響也在逐步擴(kuò)大。

航空能源消耗以航空煤油為主。2019 年，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球商業(yè)航空運(yùn)輸二氧化碳排放量約為9.18 億噸，較2013 年增長了29%，占全球交通運(yùn)輸業(yè)碳排放的10%，占全球二氧化碳碳排放比重約2%。中國全民航碳排量約1.16 億噸，其中航空公司占全民航能耗的96%。

航空排放對環(huán)境污染不容忽視，因其高空排放的特殊性而受到關(guān)注。航空業(yè)對全球變暖的“全部”貢獻(xiàn)不僅僅在于二氧化碳排放量。飛機(jī)發(fā)動機(jī)每燃燒1 kg 燃油排放3.15 kg 的CO2，這種CO2在高層大氣中停留近百年。其次，航空器在飛行過程中會排放氮氧化物、水蒸氣和煙塵等，這也會對環(huán)境造成污染。

2 中國民機(jī)研制踐行綠色發(fā)展觀

“碳達(dá)峰碳中和”作為黨中央做出的重大戰(zhàn)略決策，對航空產(chǎn)業(yè)加快實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展提出了更高要求。中國民機(jī)研制應(yīng)聚焦碳達(dá)峰碳中和主賽道，覆蓋綠色全理念，力爭實(shí)現(xiàn)綠色商用飛機(jī)的建設(shè)目標(biāo)。

2.1 支線飛機(jī)綠色實(shí)踐

在支線飛機(jī)研制中，應(yīng)持續(xù)推進(jìn)減重優(yōu)化、減阻優(yōu)化和降噪優(yōu)化等專項(xiàng)研究。在減重優(yōu)化中，應(yīng)著重考慮EWIS 減重優(yōu)化，座椅、地板減重優(yōu)化及液壓管路減重優(yōu)化等，如圖1 所示。在減阻優(yōu)化中，可考慮在起落架艙門密封、襟翼展向間隙密封及垂尾VOR 天線安裝角調(diào)整等方面，開展專項(xiàng)研究。在降噪優(yōu)化中，如圖2 所示，利用在駕駛艙、貨艙后補(bǔ)區(qū)域及后盥洗室等加裝消聲器，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)液壓系統(tǒng)元件EDP（發(fā)動機(jī)驅(qū)動泵）管路降噪優(yōu)化。通過以上措施，可實(shí)現(xiàn)駕駛艙區(qū)域、客艙區(qū)域平均噪聲降低3 dB（A），噪聲最大位置降低9 dB（A）。

2.2 大飛機(jī)綠色實(shí)踐

在中國民機(jī)研制歷程中，大飛機(jī)首次提出了“三減（減重、減阻、減排）”理念，將環(huán)保理念貫穿了飛機(jī)研制全過程。相比同類先進(jìn)飛機(jī)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)減重2%，減阻5%，減排50%。在總體氣動設(shè)計(jì)方面，采取新一代超臨界機(jī)翼、新型鯊鰭小翼、雙曲面承載風(fēng)擋機(jī)頭和低阻后體為標(biāo)志的氣動布局設(shè)計(jì)。機(jī)翼是我國自主設(shè)計(jì)研制的首個機(jī)翼，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證綜合性能良好，利用加裝鯊鰭小翼，實(shí)現(xiàn)巡航馬赫數(shù)下機(jī)翼阻力系數(shù)降低2%。在機(jī)體結(jié)構(gòu)材料方面，先進(jìn)材料首次在國產(chǎn)民機(jī)大規(guī)模應(yīng)用，特別第三代鋁鋰合金材料、先進(jìn)復(fù)合材料用量分別達(dá)到8.8%和12%。選用先進(jìn)發(fā)動機(jī)LEAP?1C，如圖3 所示，該一體化推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)和短艙高度集成，有效減輕了結(jié)構(gòu)重量，改善了發(fā)動機(jī)外涵道特性，降低了氣動阻力，具有更好的經(jīng)濟(jì)性能。氮氧化物排放比ICAO CEAP6 標(biāo)準(zhǔn)低50%，二氧化碳CO2排放比現(xiàn)役飛機(jī)低12%。在噪聲方面，整機(jī)外場噪聲在滿足ICAO第四階段噪聲要求基礎(chǔ)上，累積裕度不低于10EPNdB。

將環(huán)保理念貫穿飛機(jī)研制全過程。如圖4 所示，在飛機(jī)內(nèi)飾和結(jié)構(gòu)選用環(huán)保水基涂料，大大降低有機(jī)揮發(fā)物含量（VOC），縮短周期，降低成本。機(jī)身蒙皮由傳統(tǒng)的化學(xué)銑改為先進(jìn)鏡像銑工藝，減少化學(xué)腐蝕劑污染，增強(qiáng)飛機(jī)蒙皮的疲勞性能。

2.3 遠(yuǎn)程寬體客機(jī)綠色實(shí)踐

遠(yuǎn)程寬體客機(jī)在設(shè)計(jì)之初就將“低油耗、低噪聲、低排放“作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，作為先進(jìn)飛機(jī)的重要指標(biāo)之一，復(fù)合材料使用率達(dá)到51%，如圖5 所示。

先進(jìn)氣動技術(shù)方面，采用新一代超臨界機(jī)翼和變彎度機(jī)翼設(shè)計(jì)，顯著提升氣動效率，降低氣動噪聲。選取具有高可靠性、低噪音、低排放的高涵道比低噪音渦扇發(fā)動機(jī)，有層流短艙，油耗更低特點(diǎn)，其基本型與同類機(jī)型相比，座公里COC 節(jié)省約10%，同時考慮使用生物燃料技術(shù)，保持綠色環(huán)保。

3 未來綠色民機(jī)技術(shù)展望

綠色可持續(xù)成為民機(jī)產(chǎn)品發(fā)展新驅(qū)動，國外企業(yè)已經(jīng)開展相應(yīng)綠色減排等技術(shù)研究，但我國尚處于探索階段，建議從民機(jī)產(chǎn)品全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的角度，全面構(gòu)建綠色飛機(jī)技術(shù)系列研究，識別、編制相關(guān)先進(jìn)技術(shù)圖譜，分階段開展探索研究、為后續(xù)產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)決策提供參考。

平臺端，加快先進(jìn)布局飛機(jī)（例如翼身融合布局、桁架支撐翼等新構(gòu)型）研究。加快層流減阻技術(shù)、新一代超臨界機(jī)翼等新技術(shù)研究。加快先進(jìn)的復(fù)合材料、金屬材料和綠色環(huán)保材料的研究。

機(jī)載系統(tǒng)端，加快先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。例如提前布局電推進(jìn)系統(tǒng)，降低碳排放，提高飛機(jī)可靠性安全性。提前布局多電、全電飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究，改善飛機(jī)發(fā)動機(jī)性能、簡化飛機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

能源端，推進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型，加快可持續(xù)航空燃料的研究和發(fā)展。飛機(jī)及發(fā)動機(jī)本身無需做任何改動的基礎(chǔ)上，采取可持續(xù)航空燃料SAF，能將全生命周期二氧化碳凈排放降低80%，是極為有效的減排手段。中國商飛與波音公司共同創(chuàng)建了航空節(jié)能減排技術(shù)中心，第一個研究項(xiàng)目就是識別溝油中的污染物，確定處理、清潔地溝油以使其轉(zhuǎn)化為航空燃油的相關(guān)流程。建議可考慮建立我國自己的航空生物燃料使用標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)政策引導(dǎo)，鼓勵飛機(jī)主制造商和各航空公司使用SAF，加快在航空業(yè)工業(yè)化的推廣。

4 相關(guān)建議

“雙碳”背景下的航空減碳民機(jī)發(fā)展，關(guān)鍵是以民機(jī)產(chǎn)品為核心的全生命周期考量，圍繞民機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)制造、運(yùn)營等，需要統(tǒng)籌考慮、系統(tǒng)規(guī)劃涵蓋高效運(yùn)營、先進(jìn)技術(shù)、綠色研制、綠色回收等環(huán)節(jié)。

一是在頂層規(guī)劃方面，應(yīng)緊扣國家頂層“雙碳”目標(biāo)，結(jié)合國際航空行業(yè)的航空減排約束，評估我國航空碳減排總體需求，提出國產(chǎn)民機(jī)綠色發(fā)展的頂層要求，通過自上而下和自下而上的迭代，形成具體的目標(biāo)和指標(biāo)作牽引。

二是在運(yùn)營領(lǐng)域方面，提升飛機(jī)運(yùn)營管理水平，比如雙發(fā)飛機(jī)采取單發(fā)滑行，可以減少地面油耗、碳排，減少有害氣體排放。又比如實(shí)施四維航跡控制，實(shí)現(xiàn)飛行全過程定時、定點(diǎn)控制，實(shí)現(xiàn)地面空管自動化系統(tǒng)與飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)的實(shí)時信息交互。還可以優(yōu)化空域及航線，采取新技術(shù)如高度分成、減少間隔時間、減少等待時間與飛行時間等措施，采取優(yōu)化跑道及滑行道、停機(jī)坪/登機(jī)口等配置，共同營造“民航+綠色低碳”生態(tài)圈。

三是在飛行技術(shù)方面，加快能源的多元化布局。推動鋰電池及其他先進(jìn)電池的替代應(yīng)用。提前布局氫能飛機(jī)基礎(chǔ)研發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，占領(lǐng)技術(shù)高地。據(jù)國際趨勢預(yù)判，氫能源飛機(jī)預(yù)計(jì)2050 年、電動飛機(jī)預(yù)計(jì)2035 年后可小規(guī)模在短途客運(yùn)和通用航空中實(shí)現(xiàn)商用。

四是做好老機(jī)型翻新及綠色回收。飛機(jī)壽命往往是20?30 年，一旦過了前10 年飛機(jī)使用黃金期，飛機(jī)維修成本和燃油消耗等會增加，部分飛機(jī)會被提前退役。而退役后的飛機(jī)放置在室外降解，往往會對土壤、地下水等自然資源造成不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境污染，影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。