近日，由國際直升機協(xié)會（HAI）主辦的2019年美國直升機展覽（Heli-Expo 2019）在美國亞特蘭大開幕。

近年的直升機展上，城市空中交通（UAM）領(lǐng)域的垂直起降飛行器（VTOL）得到越來越多的關(guān)注，而與前幾年該領(lǐng)域的參與者大部分是初創(chuàng)公司不同，現(xiàn)在越來越多的傳統(tǒng)航空制造商正進軍這個領(lǐng)域。除空客、貝爾等航空整機制造商推出整體解決方案以外，一些傳統(tǒng)的航空供應(yīng)商也推出相應(yīng)的配套產(chǎn)品，以支持此類飛行器的研發(fā)。

霍尼韋爾公司就在今年的美國直升機展上發(fā)布了一款基于渦軸發(fā)動機的混合動力裝置。該裝置由HTS900 發(fā)動機驅(qū)動兩臺高功率密度的發(fā)電機，每臺發(fā)電機功率達200kW。

霍尼韋爾基于HTS900發(fā)動機的混合動力系統(tǒng)。

霍尼韋爾表示，采用了電池的混合動力裝置將比傳統(tǒng)的HTS900發(fā)動機減少30％~50％的碳排放，十分有利于VTOL飛行器在城市上空的飛行。除HTS900以外，相同的發(fā)電機也可以用于霍尼韋爾其他渦軸發(fā)動機產(chǎn)品。

據(jù)介紹，XTI公司的TriFan 600是首款選用這型混合動力裝置并投入使用的飛行器。

XTI公司的TriFan 600飛行器。

行業(yè)有力競爭者

除霍尼韋爾公司以外，其他公司也在這個領(lǐng)域進行投入。

貝爾公司在今年發(fā)布了eVTOL飛行器Nexus，該機采用了賽峰開發(fā)的混合動力系統(tǒng)（HEPS），裝有6個傾轉(zhuǎn)式涵道風(fēng)扇，功率可達600kW，其渦輪發(fā)動機和電池系統(tǒng)安裝在后機身上部，為飛機提供混合動力。

貝爾公司Nexus飛行器及采用的賽峰的混合動力系統(tǒng)。

在2018年年中，賽峰開始測試100kW級的混合動力分布式推進系統(tǒng)，最近還公布了500kW級的電動機；并提供了一款基于改進型“阿蒂丹”3（Ardiden 3）渦軸發(fā)動機的混合動力系統(tǒng)，為Zunum公司的12座ZA10混合動力飛機提供動力。

賽峰的100kW級混合動力系統(tǒng)在進行地面測試。

在2018年英國范堡羅航展上，羅羅公司推出一種電動垂直起降（eVTOL）飛機，并為其配備基于M250發(fā)動機的混合動力系統(tǒng)。該飛行器將利用M250渦軸發(fā)動機帶動發(fā)電機，為6個電動機供動力，并為電池充電?；贛250的混合動力系統(tǒng)功率從500kW到1MW不等，具備有串聯(lián)混動、并聯(lián)混動和混聯(lián)混動三種形式。這三種形式的混合動力系統(tǒng)都已于今年3月份成功通過地面測試，將為2021年上天試飛奠定基礎(chǔ)。

羅羅開發(fā)的VTOL飛行器，采用基于M250發(fā)動機的混合動力系統(tǒng) 。

在當初還沒有被波音收購時，極光飛行科學(xué)公司應(yīng)DARPA的需求開發(fā)了一款名為XV-24A飛行器。XV-24A雖然也屬于VTOL飛行器，但比一般城市空中交通領(lǐng)域出現(xiàn)的型號要大許多，例如貝爾的Nexus最大起飛重量約2.7t，但XV-24A的最大起飛重量可達5.5t。XV-24也采用混合動力系統(tǒng)，用羅羅AE1107渦軸發(fā)機來驅(qū)動3臺霍尼韋爾的1MW級發(fā)電機，輸出總功率可達3MW，用來驅(qū)動24臺電動涵道風(fēng)扇。然而，在完成縮比模型飛行試驗后，XV-24A項目最終被DARPA取消。雖然極光公司打算將該機推向民用市場，但前景并不明朗。

采用分布式電動推進系統(tǒng)XV-24。

混合動力在尺寸更大的飛行器上的應(yīng)用也在推進。

空客、羅羅和西門子聯(lián)合開發(fā)了E-Fan X電動飛機，該機由一架Bae146支線客機改裝而來，項目目標是測試一種功率達2MW的串聯(lián)式混合動力推進系統(tǒng)。在這架BAe146的機身上，其中一臺發(fā)動機被換成了由2MW電動機驅(qū)動的風(fēng)扇。在飛機巡航飛行時，電動機的電力主要由安裝在機身內(nèi)的羅羅AE2100渦軸發(fā)動機驅(qū)動的一臺2.5MW的發(fā)電機提供；在起降等需要加大動力的場合，由電池提供額外2MW的電力。

空客E-Fan X驗證機方案。

鋰電池仍需進一步努力

相比于純電動飛行器，發(fā)展混合動力飛行器顯然更為現(xiàn)實一些，特別是在現(xiàn)在鋰電池技術(shù)還需要進一步提高的背景下。目前，鋰電池可以為eVTOL的原型機的試飛提供足夠的動力，但是要使其達到商業(yè)應(yīng)用還需要進一步發(fā)展。鋰電池能量密度仍在限制其在飛行器上的應(yīng)用。

鋰電池能量密度發(fā)展趨勢。

鋰電池技術(shù)的發(fā)展目標是能量密度達400Wh/kg，這就可以滿足很多飛機的需求，而目前很多應(yīng)用已經(jīng)接近這個數(shù)字。UBER投資的eVTOL飛行器計劃采用能量密度為350Wh/kg的鋰電池，空客的Vahana采用的鋰電池能量密度達到300Wh/kg以上。然而，要實現(xiàn)更高的能量密度，預(yù)計需要新的化學(xué)介質(zhì)，目前技術(shù)發(fā)展還在止步不前。此外，電池重量過大也阻礙了更大型純電動飛行器的實用化進程。

對此，一些航空發(fā)動機公司的態(tài)度不一。羅羅公司態(tài)度較為樂觀，認為如果從需求角度來看，全電驅(qū)動的小型eVTOL飛行器還是比較容易實現(xiàn)的。加普惠公司謹慎一些，認為電池技術(shù)發(fā)展不會有那么快，但也表示全電驅(qū)動的垂直起降飛行器必將成為城市生活的一部分。賽峰集團相對較為悲觀，認為未來20年內(nèi)，能支持電動垂直起降飛行超過30分鐘、載荷超過100 kg的全電動飛行器還無法出現(xiàn)，并認為，在未來相當長一段時間內(nèi)，這類飛行器可能還需要依賴于混合動力系統(tǒng)。

文章來源：國際航空