电气化,环保型飞机的选择

  9月21日,在由省科技工作者活动中心、省高校科协主办,南京航空航天大学承办的江苏省青年科学家沙龙上,南京航空航天大学自动化学院张卓然教授为来自江苏各高校院所的学者,作了一场题为《多电/全电飞机与现代航空电机系统》的报告,通过飞机电气化发展深入剖析先进航空电机系统。

  眼下,航空运输业的快速发展对环境造成了巨大压力,其高空排放物如氮氧化物等对高空环境特别是臭氧层的破坏非常严重。根据国际气候变化组织的统计数据,截止到2011年,航空运输业的碳排放达到了全球碳排放量的2%,按照目前的增长速度,到2050年时要增长到3%。为了应对这一问题,国际民用航空协会ICAO提出到2050年时,要实现单机碳排放量相比于2005年降低50%。为了实现这一目标,需要对民用飞机从发动机到机载系统进行重大技术革新。其中一项重大技术革新就是多电/全电飞机。

  张卓然解释,多电/全电飞机是以电力作为飞机的主要二次能源,能取代传统飞机系统中的液压能和气能,提高能量的综合利用效率,有效减少飞机的排放量,降低其对环境的影响。

  “可以说多电/全电飞机是对飞机的全局性优化。多电技术是当前飞机发展的主要方向之一,是实现飞机更高安全性、经济性、环保性的重要手段。在传统飞机的二级能源系统中,有超过70%的能量通过气能和液压能的形式进行传递,能量在传递过程中损耗很大,利用效率低,且输气管路和液压管路在机内的布置也极大增加了机体结构设计的难度和复杂度。针对这些问题而提出的功率线传,即把所需能量通过电缆进行传输,这是多电飞机的核心思想之一。”张卓然说。

  多电发动机是多电飞机的核心,当多电发动机为飞机提供二次能源(电能)和飞行推力时,可以称其为电推进飞机。“电力推进的发展使得航空航天电机系统的作用更加重要,条件也更加苛刻。高可靠、高功率密度、高校航空电机与功率变换技术是支撑飞机电气化发展的重要基础和核心技术;需要先进电工材料、高温功率器件和新型传感器等基础材料和元器件、多物理场分析和高效冷却技术的支撑与突破。”张卓然表示,航空电气自身性能还需不断提升,多学科交叉融合,才能为飞机电气化带来真正“效益”。