德國宇航中心開展基于編隊飛行的航空環保項目

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2021年6月29日 10:17

德國宇航中心開展基于編隊飛行的航空環保項目的圖1

德國宇航中心開展基于編隊飛行的航空環保項目的圖2

據德國宇航中心網站2021年6月23日刊文，德國宇航中心（DLR）研究團隊與漢堡工業大學、亞琛工業大學合作，共同開展編隊飛行對氣候影響（FORMIC）項目研究工作。

FORMIC項目原理源自候鳥遷徙案例。在候鳥遷徙過程中，候鳥善于在飛行中保存體力（能量）。它們會排成V字形，編隊飛行中后排的候鳥基本是在前排候鳥產生的尾流中滑翔，這種編隊設計/應用可使候鳥在長途旅行中節省能量。DLR研究團隊擬將候鳥遷徙中的上述原理應用到商用航空領域中。通過實施FORMIC項目，研究人員使用軟件工具來計算哪些長途飛行適合由兩架飛機組成的編隊實現。DLR研究表明，編隊飛行可減少多達5%的燃料消耗，以及約25%的升溫氣候影響。

在實際航空運營過程中，一架飛行中的飛機后部總會產生兩個反向旋轉的空氣漩渦，稱為尾部氣流漩渦。在起飛和降落時，這種氣流會使其他飛機遭遇風險。所以飛機在同一條跑道上起飛和降落過程時，必須間隔一定時間。然而，在巡航飛行中，飛機尾部氣流漩渦通常是非常穩定的。在編隊飛行中，通過一種特殊的機動，可使后方的飛機進入由前方飛機造成的上升氣流（尾部氣流漩渦）中，自動駕駛儀可將兩架飛機保持在相對安全的位置，并處于安全控制之中。后方飛機利用尾部氣流漩渦產生的升力的原理又稱為高效空氣尾流滑翔（AWSE），即后方飛機在前方飛機的尾部氣流漩渦中上滑翔。由于尾部氣流漩渦提供了能量，后方飛機可以減少推力消耗。通過這種方式節省的燃料反過來又減少了溫室氣體的排放，達到優化影響氣候的目的。

DLR研究團隊研究證實，兩架飛機編隊飛行作為一種可行手段，確實較兩架獨立飛行的飛機產生的溫室氣體排放量更少。飛機燃料燃燒過程中產生的煙塵大量排放之后，在大氣中遇到潮濕空氣，就會凝結成凝結尾跡（又稱飛機云）。從物理角度來說，飛機云會對氣候產生影響。因為云層阻塞了大氣中的熱量，這是導致全球變暖的因素之一。兩架飛機編隊飛行形成的綜合尾跡較兩架單獨飛行飛機產生的尾跡更小，與大氣中的水分融合后，飛機云對氣候的影響也較小。DLR研究團隊使用AirClim工具實現了尾跡影響準確計算，由此可推斷由于排放和凝結尾跡造成的全球平均地面溫度的變化趨勢。

在實際應用中，尤其是新冠疫情之前，全球每天都有數千架次航班，多種類型的飛機在全球范圍內運行。如何實現編隊飛行對于全球空中交通管理是一項重大挑戰。DLR研究團隊開發了MultiFly軟件工具，可識別合適的編隊飛行飛機。為了便于實施，DLR研究團隊最初只研究了構建同一型號飛機的長途編隊飛行任務。編隊飛行在飛機長途飛行中燃料節約的潛力最大。MultiFly工具可計算兩架飛機在哪里相遇/組成編隊，其編隊飛行的路線，以及它們在哪里分開，前往各自的目的地機場。該編隊飛行操作成功的決定性因素是找到飛機間的最佳配對，即使是從不同的地點出發，也能盡可能長時間地實現編隊飛行。MultiFly軟件還能計算預期燃油消耗量和減排量。MultiFly軟件作為FORMIC項目的落地產品，對于航空環保項目實施具有突出重要的現實意義。

本期責編：王妍

中國航空工業發展研究中心

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