在2020年美国航空航天学会科技大会（AIAASciTech Forum and Exposition）上，美空军研究实验室（AFRL）展示了一款分布式混合电推进飞机概念模型。目前，尚未查询到该概念的运行场景和参数等信息，但这标志着继NASA和美国能源部向电动飞机领域投资后，美空军也开始进一步布局电动飞机研发。
一、电推进技术成为AIAA科技大会焦点，AFRL发布混合电推进概念
本届AIAA科技大会于1月6日至1月10日在美国奥兰多举办，电动飞机技术是本届大会的重要议题之一，5天的主题论坛中有2天是围绕电动飞机技术展开的。在大会首日上午，来自波音、普惠、NASA兰利研究中心、FAA等机构的专家主持了名为“实现可持续航空”（Achieving Sustainable Aviation）的主题论坛；1月9日上午，来自波音极光、麻省理工学院、哈佛大学、NASA等机构的专家住持了“航空业下一挑战：全球环境变化”（The Next Challenge for Aerospace： Global Climate Change）的主题论坛；此外，还设置了以电动城市空运为主题的展览。
本届AIAA科技大会上，美国空军研究实验室在其展区展示了一款构型与传统飞机有显著区别的飞机概念模型，下图为本文作者在Twitter上（来自《航空周刊》高级编辑盖伊和ESAero公司）找到的现场图。这一概念采用分布式电推进布局，驾驶舱上方设置有鸭翼，同时采用无尾布局。机翼分段，内侧为平直盒状翼，分隔为7组涵道，采用分布式电推进系统提供动力；机翼外侧为常规后掠翼。
根据NASA此前公布的类似概念方案推测，内、外翼连接处结构可容纳内燃机驱动的发电机系统，为推进系统提供电力。考虑到混合电推进技术能够有效提高能量效率、降低噪声，因此可推测该飞机概念作为运输机可获得良好收益，一方面保证较大航程，另一方面降低在战场上的噪声特征。
AFRL混合电推进概念（图片来源：Twitter ESAero）
AFRL混合电推进概念细节（图片来源：Twitter盖伊）
二、民用电动飞机技术向军用领域的移植
本次AFRL发布的概念模型采用了独特的分布式推进分段机翼构型，这一设计体现了电推进系统的一大优势，由于电机具有功率密度－尺寸相对无关性，因而可采用多台分布式电机提供飞机所需推力，为飞机构型设计带来极大灵活性。
分布式推进分段机翼首次出现在NASA与ESAero公司合作推出的ECO－150分布式涡轮电推进客机概念中，如下图所示。AFRL此次概念模型的机翼与ECO－150极为类似，考虑到AFRL通过小型企业创新研究（SBIR）等渠道向ESAero公司提供了支持，可以推测两者在技术上存在关联性。
ECO－150概念（图片来源：NASA格伦研究中心）
NASA于2015年提出了电动飞机发展路线图，在大型亚声速飞机、小型垂直起降飞机（载客1人以上）、小型短距垂直起降飞机（载客4人以上）等三条技术路线同步推进电推进飞机研究。在大型亚声速飞机领域，NASA与工业界紧密合作、在混合电推进方向开展了大量概念方案研究工作，如SUGAR（亚音速超绿色飞机研究）Freeze桁架支撑翼概念、STARC－ABL边界层吸入涡轮电概念、N3－X超导分布式涡轮电推进概念以及ECO－150分段翼分布式电推进概念。
ECO－150分段翼分布式电推进概念由ESAero公司（Empirical Systems Aerospace）开发，获得了AFRL小型企业创新研究（SBIR）渠道2期项目的支持。SBIR计划基于空军未来需求牵引，秉承“面向任务”的导向，相关内容限定在基础研究和应用研究范畴。
ECO－150及其推进系统架构（图片来源：NASA格伦研究中心）
ECO－150及上文提到的其他多个概念方案研究原本是面向NASA提出的未来大型亚音速电动飞机开展的，旨在通过混合电推进和新型飞机构型技术的结合，发展新型高效、低排放民用客机。AFRL借鉴了相关研究成果，实现了电动飞机技术从民用向军用的移植。
三、美国对军用电动飞机技术的关注
AFRL此次推出的混合电推进概念并非美国军方首次关注电动飞机技术。早在2013年，美国国防高级研究计划局（DARPA）就启动了“垂直起降实验飞机”（VTOL X）计划，由极光飞行技术公司（Aurora Flight Sciences，现属波音）、罗罗公司和霍尼韦尔公司合作开发，名为XV－24；该项目的竞争方还包括波音公司、卡雷姆公司、西科斯基公司。
XV－24采用分布式电推进布局、倾转翼结构，具有24个电机驱动的变距涵道风扇，可实现垂直起降并转换为平飞巡航模态。罗罗公司提供AE1107涡轴发动机，装于机身中央，驱动3台1兆瓦发电机，为推进系统提供电能。2017年4月，完成了1／5缩比验证机试飞，验证了电推进系统、倾转翼等设计的可行性。但由于霍尼韦尔在1兆瓦发电机研发过程中遇到了热管理困难、同时DARPA没有找到合适的军方合作方，因而DARPA于2018年初取消了该项目。
与DARPA XV－24不同，本次AFRL展示的方案将电推进技术应用在固定翼飞机，是美国对军用电动飞机技术的新尝试。
XV－24概念图（图片来源：DARPA）
XV－24缩比验证机试飞（图片来源：DARPA）
四、小结
当前，以电动飞机技术为代表的新一轮航空科技革命正在重构航空产业竞争格局，电动飞机技术以其节能、减排、降噪的收益获得了世界主要航空强国的高度关注。电动飞机技术的应用目前主要集中在民用飞机领域，在全球巨额资金投入推动下，电动飞机技术正处于高速发展中。
由于发电、配电、能量控制等机载系统技术具有高度军民融合的特征，民用电动飞机相关技术可迅速应用于军用航空领域。
通过电动汽车等行业的大力投入，我国在动力电池、能量管理等领域已有丰富的技术储备。我国应高度关注电动飞机技术，大力民用和军用航空装备两条路线同步发展，在新一轮航空技术革命中占据先机。
（中国航空工业发展研究中心 穆作栋）
本篇供稿：系统工程研究所
运 营：李沅栩
