飞机也电动

　　西门子、EADS和钻石飞机制造公司联合开发出全球第一架装配串联混合动力装置的飞机，结果降低了飞机的噪音、油耗和二氧化碳排量。

　　乍一看，这架独特的新机型没什么令人“惊艳”的地方。DA36 E-Star动力滑翔机的外形与名为“HK36超级迪莫纳”的姊妹机型没什么区别。但于2011年6月8日在奥地利东部Wiener Neustadt机场举办的首航仪式上，细心的人会留意到这架两座动力滑翔机与HK36之间的区别：DA36 E-Star操作时没有噪音，而且也没有难闻的航油味。

　　这是因为DA36是全球第一架装配串联混合动力装置的飞机，在起飞和降落时完全不用内燃机。西门子研制的一种输出功率为70千瓦的电机负责驱动螺旋桨，其能量来自机翼上装配的电池。在达到巡航高度后，驾驶员可打开功率为30千瓦的内燃机。装配这台内燃机的唯一目的是，通过发电机为电机提供能量，同时为电池充电。

　　这听上去像是一套复杂的系统，但其优势却十分明显。西门子中央研究院电动飞机开发项目的发起者Frank Anton博士指出：“与当今已投入使用的最高效的技术相比，电动飞机的油耗和二氧化碳排量要低25%。此外，在飞机起飞和降落时没有噪音和排放。”

　　电力驱动装置如何节省能源？Anton表示：“在常规飞机中，引擎和轮机设计用于提供最大输出功率，但这种功率仅在飞机起飞和升高时需要。一旦达到巡航高度，大约相当于最大输出功率60%的功率就足以满足需求。”因此，常规引擎不仅没有必要地过大过重，而且常常以部分负荷工作，这是非常低效的——引擎在以部分负荷工作时，消耗了航空燃油中所含能量的很大一部分。

　　电动起飞。西门子携手EADS以及奥地利飞机制造商钻石飞机研制的混合动力滑翔机，就不存在这样的问题。DA36 E-Star的电机在各种负荷条件下的效率都接近100%。在利用电池能量完成起飞和升高后，飞机上的内燃机将接手提供动力，而且它始终能以最高效的方式运转，如果某些时候它所产生的功率过高，剩余能量将被临时存储在电池中，这样，航油能量就能以最理想的方式被利用。

　　Anton说：“依托串联混合动力概念，我们将能量生成和驱动区分开来，这样我们就能独立优化二者。”以往，电动飞机的组件重量太大，以至于混合动力技术难以得到认可。但是，随着汽车日益走向电气化，电机、电池和电力电子器件制造商取得了巨大的进步，目前同样惠及航空业。Anton表示：“2011年是电动飞机元年。”

　　除钻石动力滑翔机外，e-Genius的首航仪式最近也于2011年5月举行。它是斯图加特大学携手EADS和空客开发的一款两座纯电动飞机，配备一台60千瓦的电机和容量为56度的电池。今年6月，e-Genius充足电力后一次飞行了341公里的距离，耗能量仅相当于4升汽油。除DA36 E-Star动力滑翔机外，近期布尔热机场还迎来了“Cri Cri”，它是由EADS、Aero Composites Saintonage以及Green Cri-Cri协会共同开发的一种四电机微型飞机，纯粹依靠电力可以每小时110公里的速度航行30分钟时间。

　　对于飞机制造商而言，电动飞机是一个颇具吸引力的替代产品，因为它们可降低航空对于气候的不利影响——目前，喷气式飞机发动机和飞机引擎占人类活动所产生的二氧化碳总量的2.2%。EADS电动飞机开发团队负责人Peter Jänker表示：“通过开发出自己的电动飞机原型，我们为跨进电动航空时代提供了一张入场券，但其组件重量必须降低。”

　　一个很好的例子就是电池。目前，顶级锂离子电池每千克最多可储蓄大约200瓦时（Wh）的电力，而航空燃油可以达到13,000Wh，但由于轮机效率较低，其中只有一半左右得以利用。在不久的将来，新型锂硫电池的蓄电量可以达到2,600Wh；目前其蓄电能力为每千克350Wh。

　　轻质化设计。引擎的重量也必须降低，因为当今的电气驱动装置的输出功率最高可达到每千克1.5千瓦（kW）。拥有一张飞机驾驶员执照并不时参加特技飞行的Anton表示：“我们的目标是将输出功率提高到每千克10千瓦。由于西门子驱动技术集团的专家已经开发出一种单位输出功率达到每千克6.4千瓦——相当于现有电机的四倍——的电机，我们已经朝着这一目标跨进了一大步。”

　　人们可采用一系列措施实现轻质化设计。机械部件不能采用金属制成，而应采用更轻的碳纤维。此外，由于电机的极数较多，磁场必须仅仅覆盖较短的距离。这意味着设计人员需要减少磁性材料的使用量。这种材料相对较重，对于驱动力没有任何作用。西门子驱动技术集团的Swen Gediga指出：“采用这种专利设计，西门子掀开了电机发展的新篇章。” .

　　从长期来看，这些发展有望掀开航空业的崭新篇章，因为飞行电气化为区分能量生成和驱动创造了可能性。例如，内燃机、发电机和电池占电动飞机驱动系统总重的80%左右，而且它们可以装在飞机机身中。占驱动系统总量20%的电机可以装在机翼上。Anton说：“这样机翼上就无需悬挂沉重的引擎，相反，我们可以在机翼上安装一定数量的螺旋桨电机，其中部分仅用于起飞。这可显著降低飞行过程中的耗能量。”