铝掀起全球飞机电动化浪潮

美国NASA  X-57全电动飞机

德国宇航中心的平流层太阳能无人机

eFlyer 800全电动双涡桨飞机

法国奥拉航空公司研发的19座电动飞机

电动飞机技术是一项跨时代的高精尖新技术，与新能源电动汽车技术是一对孪生“兄弟”，有着相同的发展轨迹，已成为世界航空工业发展的核心技术之一。它改变了传统飞机设计理念，从飞机绿色环保、高效节能、智能互联的理念出发，来优化整个飞机的设计，在很大程度上提高了飞机的可靠性、实用性、环保性、舒适性和可维护性，是未来飞机的发展方向。

所谓全电动飞机，是指飞机上的全部元器件都是以电能驱动的。电动飞机技术发展的核心是电力推进技术。当今电力推进技术的进步非常快，飞机燃油的能量密度约为12.7kWh/kg，而目前电池能量密度最大也只能达到0.5kWh/kg，相差甚远，但可以分步走，先从小飞机开始。据媒体报道，美国全电动飞机赛斯纳208B于2020年6月28日在摩西湖完成首飞。与汽油发动机相比，电推进系统具有极大的经济优势，30min仅消耗6美元的电力。

2020年6月上旬，欧洲航空监管部向一架名为Velis Electro的全电动全铝双座教练机颁发了全球首份认证，为电动飞机投入商业飞行扫清了障碍。

为了降低飞机的净质量，电动飞机用了尽量多的铝材，除了飞机结构是用铝合金制造的外，电池系统也几乎全是铝材打造的。

现在中国、美国以及欧洲国家的大型飞机制造公司都在追求用新能源飞机替代造成碳排放的大型飞机。这是未来航空铝材应用的市场“蓝海”。铝加工厂宜与飞机公司一同开发铝材在未来电动飞机上的应用。

混合动力飞机时代开始啦

双座的韦利斯全电动轻型飞机从2022年开始已悄然在欧洲各地上空盘旋。加拿大不列颠哥伦比亚省于2022年8月开始测试电动水上飞机，而且更大型的电动飞机即将面世。加拿大航空公司2022年9月15日宣布，将从瑞典哈特飞机公司购买30架混合动力支线飞机。哈特公司计划在2028年前推出30座的混合动力飞机。美国国家可再生能源实验所有关人士指出，首款50～70座的混合动力通勤飞机可能会于今年起飞。据推测，在本世纪30年代，电动航空时代可能会真正到来，这对全球减排降碳非常重要。当前，全球约有3%的碳排放来自航空业，随着人口的增长，航班将越来越多，到2050年，航空业的CO2排放量可能会是2020年的3～5倍。飞机是最复杂的交通工具之一，要使其实现电动化，存在一定难度，比如要让现有飞机电动化，最大的问题是电池质量。如果用现有的电池驱动一架B737客机，就必须撤下所有的乘客和货物，然后用电池把腾出的空间塞得满满的，这样仅能飞行不到1h。为了缩小这之间的差距，我们要么使锂电池变得更轻，要么开发储更多电能的新型电池。

由于电池重量的问题不能解决，使得电动大飞机目前无法完全实现，但可以先用混合动力飞机，通过使用混合动力推进系统，在大客机上用电池替代一部分燃油。美国和澳大利亚一些公司正在试图在短期内实现这一点，目标是在2030—2035年在小型飞机上试用。因为飞行中燃烧的油越少，温室气体排放就越少。

飞机对零件的质量要求是非常严格的，因此，必须非常明智地确定混合动力系统的混合方式和混合程度。在飞机起飞和爬升阶段可以用电池作为动力辅助，也有人建议，飞机在跑道上滑行时仅使用电力，也能节省不少燃油并减少在飞机场的碳排放。混合动力技术是大型喷气式飞机的中期选择，但对支线飞机来说是近期解决方案。

2025年召开的日本大阪世博会

将有空中出租车服务

据日本共同社2023年3月17日报道，日本计划在2025年大阪世博会期间将空中飞行汽车列为主要亮点之一，这些“飞车”将成为进入大阪湾一个人工岛上的活动场馆的交通工具。日本丸红公司于2023年3月14日用美国制造的单座机在大阪城公园进行了测试。测试时，空中飞行汽车在螺旋桨转动约10s后垂直升空，在约高8m的上空重复了前后左右移动和转向动作，随后平平稳稳着陆。试飞员说，试飞感觉良好，就像玩游戏机。据称，日本大阪世博会所使用的飞行汽车每辆可搭载2～5人，将把世博会举办地大阪人工岛——梦洲岛上的3个场馆区域连接起来。另外，提供空中飞行汽车服务的还有全日空控股公司与美国初创企业乔比航空公司合作运营5座垂直起降机、日本航空公司计划部署德国沃洛科普特公司开发的双座机和位于日本中部地区的天空驾驶公司也打算利用自己开发的产品提供双座机服务。

据日本经济新闻网站2020年9月22日报道，日本石川岛播磨重工集团（IHI）航空航天公司开发出可以让飞机设备的电动化比例进一步提升至最大超过90%的系统，力争2030年中期投入使用。IHI开发的是在使用普通飞机引擎的情况下，实现空调等其他设备电动化的系统。该公司开发了用于燃料泵的高输出功率马达和空冷式散热技术等，并将其结合起来，设想以此取代以往使用燃料的设备，如果用于B787飞机上，可使燃料效率提高4%以上。虽然只有4%，但对航空公司来说，却是一笔不可勿视的成本削减。燃料费占航空公司成本的20%，飞机飞行时，引擎消耗燃料较多，而在地面上和降落时，其他设备的燃料消耗约占95%。

IHI力争最早于2030年中期实现该系统的实用化，并向波音公司等企业提供。2020年，波音B787的空调等诸多设备已实现电动化，飞机系统的电动化水平已达77%，在行业处于领先水平。通过引进IHI此次开发的技术，B787飞机电动化比例可以提高到94%。IHI的竞争对手法国赛峰集团和美国柯材斯航空航天公司也在开发电动空调和电力推进系统，但IHI研究进度更快一些。

电动飞机距离我们并没有那么遥远，尤其适用于短途运输。双座的韦利斯电动轻型飞机已经悄然在欧洲各地上空掠过，加拿大不列颠哥伦比亚省正在测试水上飞机，而且更大型的飞机即将问世。加拿大航空公司于2022年9月15日宣布，将从瑞典哈特公司购买30架混合动力支线飞机。哈特公司预计将在2028年前推出30座的混合动力飞机。美国国家可再生能源实验所的分析人士指出，首款50～70座的混合动力通勤飞机可能很快就会问世，或将在本世纪30年代，电动航空可能会真正起飞。

美国NASA的X-57

全电动飞机通过种种测试

美国国家航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）的X-57麦克斯韦全电动飞机达到了其首次飞行的另一个里程碑，其巡航电机控制器的热测试确认已成功。热测试是关键的一步，很重要，因为它验证了控制器的设计、可操作性和工艺质量，是为X-57的实验性电机提供动力的关键部件。这些复杂系统有对温度敏感的部件，必须能够承受飞行中的极端条件。

巡航电机控制器将储存在飞机锂离子电池中的能量转换为飞机电机的动力，从而驱动螺旋浆。控制器使用碳化硅晶体管，在高功率起飞和巡航期间提供98%效率，这意味着它们不会产生过多的热量，可以通过流经电机的空气冷却消纳。

X-57是在意大利泰克兰飞机制造公司的P2006T双引擎螺旋桨飞机基础上改造的，自2015年以来一直处于研发阶段。这款飞机的最终机型也就是4阶段机型，具有更窄、更轻的机翼，总共有14台电动发动机，两个机翼前缘各分布6台较小的升力发动机，两个翼尖上各有1台比较大的巡航发动机。

为了取得适航认证，该公司从2021年起就正式开展试验。新兴企业可能跻身此前大企业占主导的飞机市场。航空公司本来就对可降低燃油费的高燃效机型存在需求。近年来，环保限制越来越严格，各家航空公司都在引进电动化技术。

有人认为，从中长期看，电动化将提前实现。航空公司一方面推迟采购大飞机；另一方面继续引进支线飞机等小型飞机，而小飞机的电动化技术有可能提高。另一个推动电动化的因素是欧盟的政策。欧盟将“绿色复苏”（考虑到减少碳排放的经济复苏）作为新冠疫情后经济重建的核心。法国政府在针对航空公司的救济条件中要求减少CO2排放。作为融资条件，要求法国航空—荷兰皇家航空集团在2024年前将CO2排放量削减50%。此类动向在欧盟范围内将越来越普遍。

2020年5月，航空技术有限公司和马尼克斯公司在美国华盛顿州完成了塞斯纳公司大蓬车飞机电动改装机eCaravan的首次飞行，证明可以解决较大飞机的电池重量问题。

由于功率和能量需求大、平台复杂，干线电动飞机尚处于概念研究阶段。NASA与通用电气公司、波音公司等联合提出了N3-X、STARC-ABL等多项概念方案。美国空军研究实验室也提出了电推进运输机概念方案，通过超导电机、边界层吸入、分布式推进等技术大幅提升效率。

电动超声速民机企业艾里翁公司（Aerion）在2050年愿景中提出了发展全电及混合电推进超声速/高超声速民用飞机计划。该公司认为，到2040年，航空运输业的飞行速度可能高达3.8～4.5Mach，甚至大于5Mach，洛杉矶到东京的飞行时间可在2h内完成；到2050年，则可能实现全电推进的超声速飞行，目前还有多项技术困难亟待解决。热管理是一个关键问题，需要开发主动冷却、非烧蚀高温蒙皮等新技术予以解决；需要新型高能量密度电池及相应的能量管理技术。此外，全电推进飞机重心无法像传统飞机一样通过燃油进行调整，也需要相应的解决方法。

艾里翁公司（Aerion）已提出AS2超速公务机方案。该机由3台GE（通用电气公司）发动机提供动力，设计max航程在1.4Mach速度下为7780km，在0.95Mach时为1万km。该公务机计划2024年首飞，并在2026年投入服务。目前已有多家公司提出超声速飞机方案，但还面临一些障碍。首先，美国联邦航空管理局（FAA）为代表的监管机构禁止开展陆地上空超声飞行，因为会带来噪声；其次，在起飞和降落阶段，超声速飞机的噪声必须满足相关限制。

AS2将使用“马赫截止”（Mach Cutoff）技术，将引爆引导向上方投射，从而降低其对下方陆地的影响。该机的发动机采用新型“空气直接捕获”合成燃料技术，可从空气中捕获CO2并通过新技术将其与H2合成清洁燃料，供发动机使用。

由于功率和能量需求大，平台复杂，干线电动飞机尚处于概念研发阶段。NASA与通用电气公司和波音公司等联合提出了N3-X、STARC-ABL等多种概念方案，美国空军研究实验室也提出了电推进运输机概念方案，通过超导电机、边界层吸入、分布式推进等技术大幅提高效率。

近年来，电动飞机成为航空业发展的焦点，能够有效应对航空业面临的环境挑战，降低碳排放与噪声，一方面提高了航空运输业的效率，另一方面催生了城市空运等新型航空运输业的发展。

德国宇航中心平流层

太阳能无人机

2021年5月，德国宇航中心推出了由其17个研究所共同研发的名为“HAP─阿尔法”的平流层太阳能无人机。该机重36kg，有效载荷5kg，翼展27m，飞行高度可上升到20km，可根据不同的设备执行各种任务。此外，该机升至平流层后，便不受气象和续航时间限制。该机已于2022年底首飞，最初的试飞为几百米的低空飞行。

Bye航宇公司的全电动双涡桨飞机eFlyer 800

由Bye航宇公司研发的全电动双涡桨飞机eFlyer 800于2021年5月面世。该机设有8座，可有效地满足支线客运、货运日益增长的需求，且具有性能好、实用性强、运营成本低等突出优势。得益于先进的电动机和高能量密度电池技术，eFlyer 800可实现双发涡桨高动性能、高安全性能、零碳排放、低噪声和极低运营成本等目标。飞机max巡航速度583km/h，max飞行高度10.67km，如果以常规巡航速度519 km/h飞行，单次充电飞行时间约45 min，航程约926km。

eFlyer 800飞机安全性强，配备的典型安全保障装备有机翼上的ENGINeUS电动机，由4组冗余锂电池组提供动力；完整降落伞系统；紧急自动着陆系统；基于智能算法的飞机包线防护；内置地形规避的紧急自动着陆引导系统；可选维持电池组电量的太阳能电池和用于滑行的车轮上电动马达等。

Bye航宇公司目前正在进行专业飞行训练用eFlyer 2平台，空中出租/货运/训练用eFlyer平台的美国联邦航空管理局（FAA）第23部标准的认证。据该公司粗略估计，随着eFlyer系列平台的逐步如期交付/替换应用，全球总碳排放量有望降低数百万吨，这对环保事业的贡献十分突出。

电动飞机技术是当前英国制造业发展的重点方向，英国首相鲍里斯表示将发展电动飞机作为英国经济复苏和维持航空业全球领先地位的重要举措，提出将在全球范围内率先完成零排放远程客机研制。FlyZero电动飞机计划是重点研究领域，对电动飞机研发提供了广泛的资助，涉及电推系统、平台集成、基础设施等多个领域。

欧盟主要国家（德国、法国、荷兰等）航空研究机构积极开展合作，在氢动力系统、分布式电推进技术等领域开展了大量的工作。欧洲航空安全局建立健全适航法规，针对电推进系统、电动重直起降飞行器等技术发布认证框架、符合性方法征求意见稿。

法国奥拉航空公司19座电动支线飞机。早在2021年3月，法国奥拉航空公司（Aura Aero）就宣布研发一型19座电动支线飞机，争取2024年实现首飞，2026年投入使用。该机配有电动发电机和专门开发的电池，并计划推出货运机。该项目得到了当地政府300万～500万欧元支持。

赛斯纳全电动208B飞机。该机于2020年5月28日从摩西湖的跑道上起飞，完成首飞，搭载5名乘客，航行160km，由马尼克斯公司（Magni X）的Magni 500提供动力。这是到2020年为止最大的全电动运输飞机。长期以来，受电池能量密度相对较低的困扰，飞机航程与有效载荷受到限制，但这次首飞证明全电动飞机可以在经济可行的前提下运行短途航线。项目在2021年实现了搭载9名乘客、航程160km的目标。与汽油发动机相比，电推进系统具有显著的成本优势，30min仅消耗6美元的电力。马克尼克斯公司是全电推进系统领域的明星初创公司，其推出了Mgni250与Mgni 500两型电机，前者功率280kW，已应用于以色列爱丽丝分布式电推进飞机；后者功率560kW。

蝙蝠飞机制造公司2020年推出欧洲首架电动飞机，用于培训飞行员的双座飞机，欧洲监管部门为其颁发了世界上电动飞机首份安全认证证书，是欧洲航空安全局认证的第一架电动飞机。它名为Velis Electro，与传统轻型教练机相似，其螺旋桨由电机驱动，巡航速度161km/h，不排放任何尾气，几乎没有噪声，但它的电池只能让它在空中飞行1h，它的冷却系统可预防电机和电池过热。此机一面世，就受到用户的欢迎，仅2020年收到的订单就超过130架，客户主要为飞行学校，2020年计划生产31架。

英国罗罗公司于2020年开始研发电力驱动的飞机样机，巡航速度480km/h，是全球最快的电动飞机之一。如乘坐1人，充1次电可飞行约320km，可从伦敦飞到巴黎。

挪威的威德罗航空公司提出的目标是：2030年前将实现短程飞机的电动化。瑞典的机场企业计划在2030年把国内航班限定为不含化石燃料的机型。