贝尔“空中出租车”Nexus

空客H130

罗罗公司eVTOL

　　提到“电动”或“混合动力”发动机， 大多数人想到的应该是时下热门的城市空中交通和空中出租车的发展。如今，全球有160家公司在无人驾驶和人工智能等方面进行投资，希望在这一新兴市场引领飞行汽车的发展。然而，抛开这一备受关注的领域，还有很多家公司致力于将电动和混合动力发动机应用到传统型直升机上，以此来降低传统直升机的噪声水平，提高运载能力、安全性和燃油效率。

　　空客直升机公司

　　研制RACER高速旋翼机

　　今年6月，空客直升机公司与法国交通部在巴黎航展上宣布启动一项研究计划，旨在单发直升机测试平台上使用混合动力推进系统。空客将泰雷兹研发的100千瓦电机、空客防务与航天开发的电池组以及由ADENEO提供的电能转换器安装在一架H130直升机上，并计划于2020年进行验证飞行。目前，验证机正在通过关键设计评审。有了这套全新的推进系统，H130载客量比之前增加1人，自转变得更为简单，安全性也由此得到提高。空客直升机CEO艾文表示：“直升机产业正在快速转型。这项技术可以提供安全性的新标准，为单发直升机飞行员提供更多的灵活性，可在发动机停车时提供自转驱动力。这一技术的进步也为显著提高燃油效率、降低噪音水平奠定了基础，进而提升直升机在城市环境中运营的接受度。”

　　除了进行混合动力H130直升机的研发外，空客还为其推出的RACER高速旋翼机配备了新型高压“启停”供电系统，也计划在2020年开展验证试飞。有了高压“启停”供电系统，RACER高速旋翼机在单发工作时能够以180节/时（333千米/时）的速度飞行，另一台发动机在有需要的情况下才会启用。新系统能使直升机在前飞时燃油效率提高20%，使8吨重的直升机执行400海里（740千米）飞行任务的燃油消耗减少136千克。简而言之，混合动力为客户提高了生产效率。

　　RACER高速旋翼机是空客在2013年推出的X3原型机的基础上进行研发的。空客对RACER采用前飞时减少传统主旋翼负荷的气动机翼以及双螺旋桨提供推力的复合结构，使机体流线型更佳。据悉，RACER有望在明年首飞，飞行速度将比传统直升机高出50%，耗油量比传统直升机少25%。研发团队要实现的目标是RACER巡航速度达220节（407千米/时），最快速度超过255节（472千米/时）。

　　罗罗公司

　　M250燃气轮机进展顺利

　　与全球诸多航空发动机制造商一样，罗尔斯·罗伊斯公司正处于军、民用航空领域的新兴电力革命浪潮之中。罗罗公司内部新近成立了电气部门，专门负责监管电气化相关的新工业战略，以应对航空领域电气化这一“不可避免的趋势”。

　　今年3月，集成M250燃气轮机的混合动力系统成功通过地面测试，使罗罗公司为实现向下一代航空提供混合动力系统的愿景迈出了重要的一步。M250燃气轮机是一款非常成功的发动机，自开发应用以来，已用于170多种固定翼的军、民用飞机和直升机上。罗罗已经将该发动机开发成混合动力推进系统。成功通过地面测试的混合动力M250燃气轮机三种系统配置分别是串联混动、并联混动和混联混动。除了完整的发动机测试外，罗罗也对混合动力发动机的每个部件和子系统都进行了单独的电气性能测试。经过模拟一系列包括起飞、巡航、着陆和滑行的测试，最终确认了该系统可用于多种运输平台。

　　电气部门主管迈克·梅赫奇表示， 公司目前正在开发的纯电动和混合动力方案可用于一系列新兴和现有的飞行平台。这些平台包括专注于市内及城市间个人出行的eVTOL（电动垂直起降飞行器）和HeVTOL（混合动力垂直起降飞行器）、通用航空和商用飞行器。“航程、载荷能力和任务剖面都促使推进系统满足预期的性能需求，进而提升推进系统的模块化、拓展性和灵活性。”他表示，目前在混合动力方面开发的一些部件和子系统可以提高旋翼机性能。比如，电机、贮能电池和相关电力管理和控制电子设备的组合可以提供涡轮推进和紧急着陆系统， 为飞行员实现可控着陆提供更加灵活有效的方式。

　　柯林斯宇航公司

　　启动“电网”实验室

　　联合技术公司（UTC）旗下的柯林斯宇航表示，计划在未来3年投入1.5亿美元，用于开发航空领域的电动系统。今年4月初，柯林斯宣布投资5000万美元，在美国伊利诺伊州北部的罗克福德市建立一个大型实验室，起名“电网”。柯林斯将利用这个高功率、高电压的实验室，设计和试验兆瓦级电机、电力电子技术和发电机等系统， 用于商用、军用、公务航空、无人机和城市空中交通平台等电气化水平更高的下一代航空器。实验室预计在2021年全面投入运行。

　　在“电网”实验室支持的首批平台项目中，就包括了UTC最近公布的混合动力验证机——804项目。804项目由UTC领先项目部门开发，集合了来自柯林斯和普惠的专业工程知识与经验，目标是在较短时间内重新设计涡轮螺旋桨固定翼飞机的发动机系统， 改由2兆瓦级混合动力推进系统提供动力。虽然804项目主要支撑的是固定翼飞机，但它很可能会影响旋翼机电动和混合动力发动机的发展。为了实现这一目标，柯林斯将利用“电网”实验室，设计并测试1兆瓦的电机、电机控制器和电池系统。该1兆瓦电机将成为迄今为止航空领域最大且效率最高的电机。新的电机和电机控制器将作为验证机混合动力推进系统的一部分，辅助燃油发动机提供动力。“电网”实验室将成为世界上为数不多几个能够测试完整电动推进系统的设施之一。

　　柯林斯宇航电动系统主管内特·伯尔金表示，混合动力和纯电动推进系统将为旋翼机和城市空中交通（UAM） 的发展带来巨大优势，能有效降低噪声水平，减少碳排放，助力全球环保， 并将通过降低运营成本和燃料消耗来助力航空公司客户的发展。同时，他也对短时间内实现传统直升机的电气化表示担忧：“UAM航程短尺寸小，不久后就能实现电力驱动。而传统直升机体积虽然比固定翼机小，但使用的仍然是很强劲的发动机，因此传统直升机遇到的电气能量密度问题也会更加严峻。因此，要对传统直升机实现电力驱动可能还需要很长一段时间。”

　　赛峰集团

　　推进混合动力推进系统

　　赛峰目前正在开发贝尔“空中出租车”Nexus的混合动力推进系统。同时， 赛峰也计划将其应用在电动垂直起降飞行器（eVTOL） 上的ENGINeUS 45电机推进系统配备在传统直升机上。ENGINeUS 45电机的连续功率为45千瓦，内置有专用电子控制设备，能效超过94%。它在转速为2500rpm时具有2.5千瓦/千克的功重比。同时， 该电机通过整合多个关键转换、控制和电池接口功能来优化电气架构，其机械和结构特性也非常适合航空器结构。该系列的最终产品为功率输出高达500千瓦的电机。从电磁、热能和机械的角度来说，ENGINeUS能为航空器带来顶级性能。 （付红叶）