空客持续11年研究将落地:要让飞机更像鸟儿(组图)

最快明年，跨越大西洋的长途航线上，便将出现客机结伴飞行的场景。

为了完成节能减排目标，空中客车公司正在学习候鸟迁徙的经验，让现代客机像它们一样编队做长距离飞行。

未来，或许你会看到客机像大雁一样，在空中排成“人”字形飞行。





 编队飞行节油效果明显 

商业飞机编队飞行，主要是为了省油，这项研究源自2009年。

当时，空中客车举办了“Fly Your Ideas”竞赛，邀请全球专业人士出谋划策，为更环保的商业飞行支招，斯坦福大学航空航天专业五名博士生，便组团提出了通过编队飞行省油的概念。



斯坦福大学2009年关于团队参赛的报道

团队成员杰夫·鲍尔提到，灵感来自候鸟南飞，比如鹈鹕在编队飞行时，头鸟尾部会产生一股涡流，编队中其它鹈鹕如果处在上升气流中，就可以减少风阻，依靠更多滑翔节省体力。

而单独飞行的鹈鹕，因为频繁扇动翅膀，心率会比编队中的鹈鹕高14%，因此鹈鹕会轮流担任头鸟带飞，保证大部队长时间飞行。



编队飞行中的鹈鹕

类似的原理早就应用于体育赛事，比如自行车比赛中的“破风手”、马拉松比赛中的“兔子选手”等等。



自行车比赛中“破风手”很常见也很重要

杰夫·鲍尔等人认为，客机飞行中机翼后方也会产生一股涡流，如果利用好涡流中的上升气流，同样有助于节省燃料。



研究小组以维珍航空美国往返英国的航班建模，先调整片区内航班的起飞时间，然后在半空中集合，以2-3架飞机为一个编队，每架飞机相隔2-5英里（约3.2-8公里）距离。



维珍航空的空客A350客机

根据此模型计算，从旧金山、洛杉矶、拉斯维加斯起飞的航班，在犹他州附近完成编队后飞越大西洋抵达英国，最多可以节省12%的燃料，而以氮氧化物为主的温室气体排放量，则可以减少1/4以上。



越洋航线需要先到固定地点编队

斯坦福大学研究团队的这一概念，被美国军方转化为现实。

2013年7月，美国空军两架C-17运输机从爱德华兹空军基地起飞，采用一前一后编队飞行前往夏威夷，后方飞机始终保持在前方飞机左舷后2000-6000英尺（约0.6-1.8公里）的位置，这个位置正好处于涡流向上气流，美军称之为“搭便车”。



两架编队飞行的C-17运输机

最终，后方飞机去程节省了6%的燃料，回程节省了10%的燃料。

根据这项测试，美军还发现了C-17运输机编队飞行中最佳“搭便车”位置，第二架飞机最好在第一架飞机左舷后方3000英尺（约0.9公里），如果是三机编队，第三架飞机最好在第一架飞机右舷后方6000英尺（约1.8公里）。



C-17机队

 空客明年实现商业编队飞行 

商业飞机编队飞行的效果，也在前几年被空客验证成功。

2016年，空客开始以A380客机和A350客机两机编队的方式验证节油效率。



2016年，有飞行员拍到一架A350跟在一架A380后编队飞行

今年3月，空客又以A350客机两机编队，围绕图卢兹-冰岛-格陵兰-加拿大-图卢兹11小时的航线展开验证。

空客表示，测试中两架客机的距离只有1.5海里（约2.8公里），后方客机可以节省5%-10%的燃料，而机上乘客不会感到任何不适。



今年3月，网友拍到测试编队飞行的A350-1000客机正在起飞

接下来，空客还将继续测试编队飞行，以验证节省燃料的最佳方式，并将此计划命名为“Fello'fly”。



空客计划与法国蜜蜂航空、北欧航空以及另外三家航空服务商合作，最快在2021年初实现跨大西洋的商业客运飞行。

从美国东海岸到西欧之间的跨大西洋航线，是全球最繁忙的空中交通线路之一，从伦敦往返纽约、巴黎往返华盛顿的航线很密集，比较适合展开编队飞行。



跨大西洋航线非常繁忙

具体来说，就是两个航班在进入跨大西洋航线之前，要先到指定集合点汇合，然后由空管指挥编队越洋。

根据空客的设想，五年之内会鼓励更多航空公司使用编队飞行，以节省燃料、降低成本、降低碳排放。



客机先以“人”字形编队再进入前方飞机产生的涡流中能节省燃油

空客还认为，只要经过精确协调和管控，编队中飞机数量理论上没有上限。



 航空业急需节能减排 

空客不遗余力推行编队飞行，最重要的原因是燃油成本。

中短程窄体机的运营成本，超过1/3来自燃油，长程宽体机的燃油成本更是超过一半，航空公司的盈利能力，受燃油成本影响极大。



特别是眼下经济疲软，航空公司愿意尝试任何节省燃油成本的方式；而对于飞机制造商来说，也可以借此击败竞争对手。

在航空业，哪怕节省0.1%的燃油成本，都能产生可观的规模效益，更何况空客一直声称可以节省10%。



再者，全球航空业也面临着极大的减排压力。

目前，航空业约占全球碳排放量2%以上，按照目前增长速度，到2050年，将占到全球碳排放量四分之一。



去年，德国非营利性组织Atmosfair统计显示，伦敦往返纽约的航班，平均每名乘客产生约986公斤二氧化碳；伦敦往返罗马的航班，平均每名乘客也能产生237公斤二氧化碳。

而一辆小排量汽车，一年行驶16000公里，以消耗1000升汽油计，一年二氧化碳排放也只有2700公斤。



为此，国际民航组织出台了国际航空碳抵消与减排计划（CORSIA），要求航空公司以2019年和2020年国际航空活动平均排放量为基准，如果航空公司年度排放超过基准，就必须通过提高效率、寻找替代燃料、投资可再生能源或植树等项目减碳，来抵消增长的排放额。



近年来，民航飞机的排放量越来越高

除了碳中和措施，航空业实际减排的效果并不理想，生物燃料等新燃料的成本过于昂贵，新能源飞机短期内也不可能大规模商用。



 编队飞行安全是个挑战 

不过，编队飞行仍需解决一个关键问题——安全。

为了避免相撞，两架客机之间横向距离通常在10公里以上，纵向距离在300米以上，目前客机的空中防撞系统，也是按照这个标准设置，一旦两机距离太近，系统就会发出警告。



两架飞机之间保证一定距离是出于防撞的要求

一旦采用编队飞行，两架客机处在同一纵向高度，横向距离也被缩短至大约2.8公里，同时，编队飞行又处在极度繁忙的空域，空管、航空公司和飞行员的压力都会非常大。

而且，飞机产生的涡流并不只有上升气流，高速旋转的涡流非常复杂，还有大量向下、向后气流，一旦后机位置不当，增加油耗事小，甚至可能会引发飞机抖动、下降甚至反转失事。



此前，民航飞行员都会专门学习躲避涡流的教程，第一反应都是避开涡流，而现在要求他们呆在涡流里，显然是反直觉的，而且距离如此之近，一旦发生错误，飞行员几乎没有修正余地，非常容易引发连锁反应。

此外，编队飞行也会带来巨大的后勤压力，将两架以上飞机的乘客协调到同一时间，意味着机场候机楼的压力将大大增加。 阅读原文