DIMENSIONS： 您能否談?wù)勏冗M(jìn)航空技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者航空航天技術(shù)研究所？為什么諾丁漢大學(xué)會(huì)大力投資這個(gè)核心領(lǐng)域？

HERVéMORVAN： 航空航天技術(shù)研究所（IAT）成立于2009年，因?yàn)閷W(xué)校當(dāng)時(shí)在進(jìn)行航空航天研究過程中研發(fā)出了一種臨界物質(zhì)。研究所成立的目的是整合各方資源，以便學(xué)校能夠加快研究進(jìn)度。目前我們擁有400多名研究人員，正在開展70多個(gè)項(xiàng)目的研究，研究投資超過8000萬美元。

此外，目前英國對航空航天的廣泛關(guān)注和大力扶持也使我們能夠從中受益。英國已經(jīng)擁有世界第二大航空航天產(chǎn)業(yè)，而全球航空旅行需求正在不斷增長。據(jù)估計(jì)，到2030年大約會(huì)有27000架新的大型商用客機(jī)投入使用。到2050年，航空旅行乘客數(shù)量預(yù)計(jì)會(huì)從2015年的34億人次增長到超過160億人次。

歐盟委員會(huì)、航空業(yè)以及英國政府為我們的項(xiàng)目和其它計(jì)劃提供資金，旨在幫助英國抓住發(fā)展機(jī)遇，滿足航空領(lǐng)域更加嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，而這些法規(guī)是實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展和服務(wù)效率的關(guān)鍵所在。例如，我們有14個(gè)總投入資金高達(dá)3800萬英鎊（約4350萬美元）的項(xiàng)目直接關(guān)系到歐洲清潔天空二階段計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，該項(xiàng)目涵蓋24個(gè)國家，目標(biāo)是減少二氧化碳和其它氣體的排放以及降低飛機(jī)相關(guān)的噪音等級。此外，我們還負(fù)責(zé)為一家英國航空航天研究機(jī)構(gòu)——Aerospace Technology Institute（ATI）提供國家級設(shè)施。

DIMENSIONS：除了政府支持之外，貴機(jī)構(gòu)是否還開展行業(yè)合作？

HM： 我們一直在進(jìn)行行業(yè)合作；這是我們工作的核心。如果我們不通過行業(yè)合作來了解業(yè)務(wù)需求并把創(chuàng)新技術(shù)與知識傳遞給飛機(jī)制造商，那么嚴(yán)格來說我們就不能被稱為全球研究中心。

我們致力于實(shí)現(xiàn)中等級別的技術(shù)成熟度（TRL），即：4~6級。這意味著，我們不僅可以在內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證創(chuàng)意理念，同時(shí)還能夠在實(shí)際的行業(yè)相關(guān)環(huán)境中支持關(guān)鍵系統(tǒng)的功能測試與驗(yàn)證工作。我們可以幫助合作伙伴進(jìn)行所有研究活動(dòng)，甚至是測試前的飛行演示。這意味著我們能夠?yàn)槟切┡cIAT合作的企業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。

我們很榮幸能夠攜手包括Rolls-Royce、GE航空、空客、波音、BAE系統(tǒng)、龐巴迪和GKN在內(nèi)的眾多國際航空巨頭，以及Romax這樣的為航空航天產(chǎn)業(yè)提供支持的中小型企業(yè)。這些合作方不僅讓我們的工作能夠促進(jìn)實(shí)際問題的創(chuàng)新，還能確保我們的解決方案具有重要的實(shí)際意義。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們必須深耕在基礎(chǔ)工程科學(xué)與學(xué)術(shù)界，同時(shí)具備相應(yīng)能力并致力于實(shí)現(xiàn)4~6級TRL，甚至有些情況下能夠達(dá)到7級TRL。例如，我們可幫助建立創(chuàng)新模型，同時(shí)探索光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH）等新方法。此外，我們還支持Rolls-Royce的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，同時(shí)我們擁有的國家級測試設(shè)施有助于實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)模塊的驗(yàn)證與演示。

最近，我們借助ANSYS軟件開展仿真，將團(tuán)隊(duì)在過去10年中針對工業(yè)應(yīng)用研發(fā)的眾多模型和數(shù)值方法進(jìn)行整合，從而獲得了與Rolls-Royce合作開展清潔天空二階段計(jì)劃的機(jī)會(huì)。此次成為核心合作伙伴的原因在于，我們不僅具有良好的現(xiàn)場成績記錄，而且能夠在企業(yè)內(nèi)部開展適當(dāng)規(guī)模的研究工作，比如將Rolls-Royce發(fā)動(dòng)機(jī)模塊安裝到ATI資助的測試臺(tái)上，方便我們收集相關(guān)數(shù)據(jù)以進(jìn)行展示。

”研發(fā)多電飛機(jī)意味著需要用更加智能、更加互聯(lián)、數(shù)字化程度更高、當(dāng)然也包括更多電氣化的技術(shù)來替代飛機(jī)中的許多傳統(tǒng)系統(tǒng)。”

DIMENSIONS：”當(dāng)今，“多電飛機(jī)”的發(fā)展無疑是最振奮人心的航空航天工程領(lǐng)域之一。它的準(zhǔn)確含義是什么？IAT如何幫助它成為現(xiàn)實(shí)？

HM：研發(fā)多電飛機(jī)意味著需要用更加智能、更加互聯(lián)、數(shù)字化程度更高、當(dāng)然也包括更多電氣化的技術(shù)來替代飛機(jī)中的許多傳統(tǒng)系統(tǒng)。主要挑戰(zhàn)之一是消除或減輕對某些最老式、最為廣泛認(rèn)可的部件的依賴，如：作為直接驅(qū)動(dòng)或推進(jìn)裝置的燃?xì)廨啓C(jī)。它們由更清潔、更高性能的替代品取代或者與其結(jié)合使用。另一大挑戰(zhàn)是研發(fā)更大型的發(fā)電機(jī)并對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成。

當(dāng)然，問題在于沒有人完全清楚這種架構(gòu)的最終模樣。我們必須拋棄許多既定的認(rèn)識，設(shè)想出涵蓋更廣泛物理現(xiàn)象的全新工程解決方案。這正是IAT等研究機(jī)構(gòu)的用武之地。許多行業(yè)都面臨資源緊缺的問題。他們有10年的客戶訂單需要完成，而且需要大量投資來支持當(dāng)前的研發(fā)工作。此外，他們還需要維護(hù)產(chǎn)品，并支持和運(yùn)行這個(gè)蓬勃發(fā)展的行業(yè)。這意味著他們需要合作伙伴的幫助，通過協(xié)作來投資新創(chuàng)意并對其進(jìn)行研究。通過將不同技術(shù)領(lǐng)域的400名專家聚集在一起，IAT不僅能夠起到智囊團(tuán)的作用，而且也可充當(dāng)交付工具，重點(diǎn)研究那些可能在數(shù)年內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、但對航空航天行業(yè)的未來發(fā)展有重要作用的創(chuàng)新工作。如果有下一次訪談，我可以介紹一下這些新解決方案的認(rèn)證挑戰(zhàn)。

“多電飛機(jī)是航空航天與國防行業(yè)的關(guān)鍵項(xiàng)目。其目的是通過將液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)與機(jī)電系統(tǒng)，創(chuàng)造更高效、更安全的飛機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)更簡單、更輕便及更可靠的機(jī)載技術(shù)。”

DIMENSIONS：為了實(shí)現(xiàn)多電飛機(jī)的愿景，必須解決的最大工程挑戰(zhàn)有哪些？

HM：唯一的最大工程難題就是如何生產(chǎn)和儲(chǔ)存長途飛行所需的充足能源。不僅是起飛等超高功耗事件需要大量能量，而且推進(jìn)飛機(jī)飛行數(shù)百或數(shù)千公里也是如此。

眾所周知，傳統(tǒng)噴氣燃料存在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境缺陷，但是與其重量相比它具有高能量產(chǎn)量，比如每千克Jet A燃料能夠產(chǎn)生的能量高達(dá)12千瓦。相比之下，當(dāng)前電池技術(shù)每千克重量產(chǎn)生的能量不足1千瓦。這并非可行的解決方案，因?yàn)殡姵赜肋h(yuǎn)無法滿足由于其自身巨大重量所產(chǎn)生的新能量需求。此外，目前用于制造電氣系統(tǒng)的材料可能無法承受所要求的惡劣工作條件。與此同時(shí)，有待解決的問題還包括集成問題、關(guān)于飛機(jī)上允許和禁止事項(xiàng)的嚴(yán)格認(rèn)證準(zhǔn)則以及可靠性與冗余問題。此外，設(shè)計(jì)框架也必須不斷演變發(fā)展。

作為短期解決方案，我們在努力研發(fā)一種結(jié)合了燃?xì)廨啓C(jī)的新混合系統(tǒng)，其可利用機(jī)載存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電并將能量分配用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)風(fēng)機(jī)。這只是其中一個(gè)例子。此外，我們也在試圖實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)與更多電子組件的機(jī)電耦合。這種耦合需要采用多物理場仿真方法，以研究熱管理和其它問題。這些系統(tǒng)至少可以允許偶爾關(guān)閉渦輪機(jī)，以減輕它們對環(huán)境的影響。不過，從長遠(yuǎn)來看，我們需要設(shè)計(jì)出充分集成的推進(jìn)系統(tǒng)、輕量化電池技術(shù)和更高效的儲(chǔ)能機(jī)制，也許有一天它們可以逐步替代燃?xì)廨啓C(jī)。我們已經(jīng)看到支持短途飛行的新型電池的問世，這一成果令人備受鼓舞，雖然它們?nèi)匀徊蛔阋詽M足商業(yè)飛行的需求。

IAT目前正在解決的另外一些工程難題包括：減少許多飛機(jī)組件（例如：超級重的起落架）的重量以及探索新的機(jī)身材料和飛機(jī)制造方法。當(dāng)今的飛機(jī)是極其復(fù)雜的系統(tǒng)，我們需要了解各個(gè)方面，以便終有一天實(shí)現(xiàn)多電飛機(jī)的愿景。這個(gè)問題并不是簡單地替換技術(shù)，而是重新考慮整個(gè)系統(tǒng)的外觀，包括采用全新技術(shù)的飛機(jī)。例如，未來的飛機(jī)不可能是由管道、機(jī)翼和吊艙組成。此外，它還會(huì)實(shí)現(xiàn)更多電氣功能并更加依賴數(shù)字化的支持與操作。

DIMENSIONS： 眾所周知，航空航天行業(yè)具有較長的研發(fā)和交付周期，即使是傳統(tǒng)飛機(jī)也不例外。IAT如何加快未來飛機(jī)的研發(fā)周期？

HM： 雖然航空航天技術(shù)研究所擁有全尺寸物理測試設(shè)施，但是越來越多的研發(fā)工作需要借助工程仿真完成。顯然，與建造并測試多個(gè)飛機(jī)物理模型相比，這樣的確可以為我們節(jié)省大量的時(shí)間與資金。行業(yè)自然也在關(guān)注這個(gè)問題，而且“高價(jià)值設(shè)計(jì)”、“整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“快速失敗”等仿真概念正日益突出。數(shù)字設(shè)計(jì)和簡化測試極具吸引力，同時(shí)也是行業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。為此，我們可以和英國的Digital Catapult等行業(yè)初創(chuàng)公司和機(jī)構(gòu)合作并向其學(xué)習(xí)。

仿真使IAT研究人員能夠承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，限制權(quán)衡因素與冗余的影響并提出假設(shè)問題。在用全新的技術(shù)替代燃?xì)廨啓C(jī)或傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)等基礎(chǔ)技術(shù)時(shí)，我們需要詢問，“工作原理是什么？”我們需要無拘束地提出大膽的問題，才能獲得大膽的答案。從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，這些解決方案中的大多數(shù)可能無法成功，但是仿真讓IAT的研究人員有機(jī)會(huì)快速研究和拋棄許多推薦的創(chuàng)新方案、在多個(gè)物理場中全面限制昂貴的測試以及集中精力研究更有前景的新創(chuàng)意。仿真可為我們的團(tuán)隊(duì)提供高度的創(chuàng)造自由，這一點(diǎn)對于我們從本質(zhì)上革新整個(gè)行業(yè)必不可少。

DIMENSIONS： 展望未來，您認(rèn)為我們何時(shí)將看到第一架全電飛機(jī)？實(shí)現(xiàn)這一愿景的關(guān)鍵是什么？

HM：我們采用當(dāng)今的技術(shù)將永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)全電飛機(jī)；目前它不具有實(shí)際可行性。設(shè)計(jì)需要行駛數(shù)百英里的小型電動(dòng)汽車是一回事，而利用電氣推進(jìn)讓數(shù)噸重的飛機(jī)飛行數(shù)千英里則是另一回事，因?yàn)檫@不但要實(shí)現(xiàn)所需的能量和功率水平，而且要達(dá)到所需的可靠性。在夢想成真之前，我們首先必須實(shí)現(xiàn)新的革命性發(fā)電與儲(chǔ)存技術(shù)。然后，我們還要重新設(shè)想支持多電或全電飛機(jī)所需的基礎(chǔ)設(shè)施。我們已經(jīng)能夠預(yù)見未來，空客、Rolls-Royce和西門子合作開展的E-FanX等項(xiàng)目初見端倪的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展以及顛覆性電動(dòng)飛行出租車四處行駛的生動(dòng)景象。尤其是美國的9~10座交通工具和培訓(xùn)市場欣欣向榮。這將是激動(dòng)人心的時(shí)刻！

與此同時(shí)，我們可以繼續(xù)增加飛機(jī)中的電氣組件數(shù)量，逐漸消除具有最大不良環(huán)境影響以及最高成本的組件。混合推進(jìn)系統(tǒng)是一種解決方案。此外，我們還需要了解如何完成這些新系統(tǒng)的認(rèn)證。

一直保持進(jìn)步的關(guān)鍵是打造持續(xù)創(chuàng)新的環(huán)境，將航空航天制造商與其供應(yīng)商、政府機(jī)構(gòu)、IAT等研究中心以及ANSYS等技術(shù)供應(yīng)商全部囊括在內(nèi)。此外，我們還需要向革新者和初創(chuàng)公司學(xué)習(xí)。通過并肩合作，共享我們的需求和技術(shù)發(fā)展，我們能夠不斷進(jìn)步并且創(chuàng)造意義重大的影響。雖然可能還需要數(shù)十載才能實(shí)現(xiàn)全電飛機(jī)，但目前我們正在將多電飛機(jī)變成現(xiàn)實(shí)，這得益于技術(shù)的不斷發(fā)展和全球航空業(yè)的緊密合作氛圍。

“我們需要設(shè)計(jì)出充分集成的推進(jìn)系統(tǒng)、輕量化電池技術(shù)和更高效的儲(chǔ)能機(jī)制，也許有一天它們可以逐步替代燃?xì)廨啓C(jī)。”

諾丁漢大學(xué)一瞥

創(chuàng)立于1881年 
英國第六大高校 
學(xué)生人數(shù)： 33000多人 
校址： 英國諾丁漢；中國寧波；馬來西亞Semenyih

Hervé Morvan個(gè)人簡介

Hervé Morvan在2003年入職諾丁漢大學(xué)，擔(dān)任應(yīng)用流體力學(xué)教授。此后，他在該校曾擔(dān)任燃?xì)廨啓C(jī)與變速箱研究中心（G2TRC）創(chuàng)始人兼主任，該中心擁有50名員工，資產(chǎn)價(jià)值高達(dá)2000萬美元，他還負(fù)責(zé)航空航天與交通運(yùn)輸技術(shù)研究重點(diǎn)領(lǐng)域的工作。除了管理航空航天研究所之外，Morvan還曾擔(dān)任創(chuàng)新、業(yè)務(wù)專注與影響力名譽(yù)副校長。在過去10年中，他曾經(jīng)擔(dān)任Rolls-Royce顧問并在2008與2012年奧運(yùn)會(huì)期間擔(dān)任Speedo的顧問。Morvan擁有格拉斯哥大學(xué)的碩士和博士學(xué)位。