全球最大电动飞机首飞,航空电气化时代来了?还早(图)

2020年5月28日，美国MagniX公司和AeroTEC公司联合发布公告表示，其研制的全电动赛斯纳Grand Caravan 208B飞机（又称“eCaravan”）已在美国华盛顿州的飞行测试中心成功完成首飞，飞行时间为半小时。

这架机龄18年的赛斯纳208B由AeroTEC公司改装了Magni500电力推进系统，并且做了相应的其他改装工作。

这架eCaravan最多可搭载10~14人，AeroTEC公司宣称，这是目前全球最大的全电动驱动飞机。



同时，MagniX首席执行官在首飞新闻发布会上表示：“ 

全电动飞机未来续航时间可以超过3个小时，且运行成本也可能比传统燃料飞机低50%。

”

这是否意味着，人们期盼的“电动飞机穿梭在摩登都市”的场景会更快来临？

一直是热点，却依然少突破


飞机的电气化是航空业界一直在探索解决的问题，但目前还没有令人满意的结果。例如，空客和罗罗公司（Rolls-Royce）的E-Fan X混合动力飞机项目已经在今年4月永久停飞，该项目曾探索用电动机取代飞机上的四个喷气燃料发动机其中一个，从而使起飞和降落更加快捷有效。



E-Fan X混合动力飞机项目已经终止，验证飞行被取消。这是在空客在重新考虑项目优先级之后做出的决定。

据国际管理咨询公司罗兰贝格（Roland Berger）最新预计，目前全球约有170余种不同的电动飞机开发项目，且自2018年4月以来增长了50%——

2019年2月，英国航空发动机制造商罗罗公司宣布打造全球最快的全电动飞机，该项目被命名为ACCEL（加速飞行电气化）； 

2019年2月，空中客车宣布与Air Race E合作，于2020年启动世界首个电动飞机竞赛；

2019年11月，NASA展示了其首款全电动试验飞机——X-57“马克斯韦尔”的早期版本； 

2019年，巴黎航展上，全电动飞机“爱丽丝”(Alice)亮相并备受关注。

 ……

虽然对未来的创想令人激动不已，但是，回到现实，电动飞机从概念走向现实依然阻力重重，其中最主要的问题还是在能源——电池。飞行需要耗费巨大的能量，而电力飞行则意味着现有的电池技术必须取得重大的突破性进展，或者说，要有“奇迹”发生。

 在可见的短期内，现有的电池技术依然无法提供使电力飞行具有可行性的功率重量比，而且成本要比传统燃料高很多。即使技术的进步使得特斯拉Model S的续航里程达到了335英里（约540公里），但这样的距离对飞行来说显然是微不足道的。所以，虽然电动汽车市场发展得如火如荼，但电动飞机的发展则依然停留于探索性的试验阶段。



特斯拉Model S的电池组与底盘浑然一体 

现阶段来看，已经飞行成功的电动飞机都是小型飞机，航程较短。虽然电动飞机中电力推进系统的效率要比燃油发动机的效率高2~3倍，电力推进系统功重比（kw/kg）要比燃油发动机的高出许多。但电池的能量密度却远低于传统燃料。目前最好的电池能量密度在250~300kw/kg之间，而航空燃料的密度在12000kw/kg左右，也就是说，目前燃油所提供能量是同等重量的电池的40余 倍，这意味着电池要占用飞机更多的空间，如果波音 737 这种大型飞机要全电动驱动，所需的电池重量甚至要比机身还重，这显然无法商业化。



全电动赛斯纳Grand Caravan 208B飞机为9座飞机。



尚未首飞的全电动飞机Alice也为9座，定位是成为“空中的士”。 

目前，主流动力电池分为铅酸电池、镍氢电池和锂电池等，其中锂电池的能量密度和性能更有优势。根据材料体系的不同，锂电池又分为不同的类型，主要包括磷酸铁锂电池、三元锂电池、锰酸锂电池等，不同类型的锂电池各方面性能和价格又各不相同，有着各自的优缺点。

但最重要的问题是，一般来说，单体电池是无法达到汽车或者飞机所需的能量密度的，因此需要动力电池组。这种往往是单体电池经过串、并联而组成的集合体虽然能量储备更多，但因为单体电池之间存在可用容量、使用寿命等方面的不一致，因此动力电池组的一致性和稳定性并不尽如人意，这也是长期以来困扰电动飞行发展的一大问题。 最可行的方案就是用新的电池技术来代替现在通用的锂电池（组），譬如镁电池。但虽然镁电池的能量密度比锂电池大，但是技术还不成熟，还远未达到商用的程度；固态锂电池也是新出现的电池技术，虽然固态锂电池不易燃，但循环寿命短是它的致命弱点；还有钠离子电池，虽然有很高的循环寿命，但能量密度又不行……

从设计到安全的全面挑战

同时，电力推进系统将推动飞机的设计结构随之变化，未来的电动飞机会和现在的飞机可能完全不一样。飞机设计师将围绕着电动机重新设计飞机……这意味着，一旦能量问题得到解决，飞机设计可能是电动飞机需要克服的新困难。



目前各个公司所发布的全电动飞机概念机，与传统意义上的飞机都很不同。 

在能量和设计之外，安全问题也可能成为限制电动飞机商用的问题。如果电动力系统发生不稳定问题，起火的概率非常大，如果汽车在地面起火，人们还可以跳车离开。但在空中，一旦一个电池单元发生火灾，就会迅速蔓延，最终，熊熊大火会将整架飞机变成一个直坠地面的火球，而乘客完全没有机会逃脱。



根据特斯拉官网，从2012年到2019年，特斯拉每行驶1.75亿英里就有大约一辆汽车起火。虽然这个数据小于美国交通部公布的“每1900万英里的行驶中就有一辆汽车起火”，但对于航空业来说，这样小的概率也是无法容忍的。

 航空公司之所以要研发电动飞机，无非是希望摆脱对燃油的依赖，降低运营和维护成本，同时还能减少碳排放，更能减少飞机MRO方面的成本，因为全电动飞机所需维修项目相比于涡轮或活塞发动机会大幅度减少——电推进系统维护不需要大的维修机库、没有昂贵的航材，也不要持证的机务，只需更换电池或系统软件升级。传统航空发动机结构复杂、造价高，航材维保价格不菲，一旦成为现实，电推进系统将对发动机维修市场产生巨大的颠覆性影响。

也许是因为前路依然艰难，问题依然多多，助力eCaravan首飞成功的AeroTEC公司CEO也表示：“ 

目前还没有测试和认证电动飞机的路线图，这是一个新的前沿领域。

”

然而，即便现阶段看来，全电动飞机的运营成本可能比传统飞机更高。但如果有一天，电动力飞机成为现实，开始服务于人们的日常生活，因其安静、洁净的特性而得到改变的或许不仅仅是航空业，而整个社会的生活方式。  阅读原文