日前，俄羅斯巴拉諾夫中央航空發動機研究所總裁戈爾金表示，俄羅斯將在2020年開展混合動力飛機飛行測試，并首先完成混合動力引擎的研制，而最終目標是研制出功率為500千瓦的混合動力飛機。
無獨有偶，在相近的時間點上，中國商飛于鄭州成功試飛了一款燃料電池混合動力飛機“靈雀-H2”，旨在驗證以氫燃料電池為主、鋰電池為輔的混合動力技術應用在飛機上的可行性。
眾所周知，化石燃料燃燒是大氣污染的主要來源。功率強勁的飛機更是“油老虎”，最近頻發安全事故的波音737，一次起飛就能耗油5噸。
歐盟委員會規定，航空業到2050年應實現二氧化碳減排60%、氮氧化物減排90%、噪音減少75%，僅靠現有技術無法達標，而電動化則是一種選擇。
電動化已經給汽車帶來了環保希望，那么它能否將航空運輸也帶入“環保時代”？由于現有電池的重量太大，純電動飛機對現有技術的挑戰太大了，因此需要逐步推進，而另一種電動化技術——燃料電池技術是否能夠完成這一艱巨的任務？沈陽航空航天大學遼寧通用航空研究院副教授康桂文對此發表了自己的看法：電電混動可能在目前階段更適合航天應用。
這正好與我國燃料電池汽車的技術方向一致。
技術方案，花開兩朵，油-電混合和電-電混合有所不同
“現在國際上關于混合動力飛機的技術方案是比較類似的，主要有油-電混合和電-電混合兩種?！笨倒鹞慕榻B，在具體的工作方式上，則需結合不同動力裝置的特性和飛機的飛行特點加以設計。
所謂油-電混合是指由傳統的航空燃油發動機和鋰電池組成混合推進系統。在2017年，空客、勞斯萊斯和西門子宣布共同開發一款50-100人座的單通道混合動力式客機，這款飛機名為“E-Fan X”，以英航BAE 146型四引擎支線飛機為原型，計劃將四臺燃油發動機的其中一臺，換成2兆瓦功率的電動渦扇發動機。計劃在2020年完成地面測試后首飛，到2030年量產上市。這款飛機正是油電混合動力。
康桂文說道，油-電混合動力飛機起飛階段中鋰電池和燃油發動機一起工作，通過鋰電池分擔部分功率，減少燃油消耗。而在起飛結束后的巡航階段，此時可以只開啟燃油發動機，既提供飛行的動力，又能同時為鋰電池充電。最后降落階段的功率需求更小，理論上只使用鋰電池就能滿足需求。
而電-電混合則是由氫燃料電池和鋰電池提供混合動力。也就是俄羅斯和中國商飛提到的產品。
“電-電混合動力飛機則有所不同?！笨倒鹞谋硎?，氫燃料電池放電速率較慢，難以快速達到起飛功率，起飛階段需要鋰電池加以輔助。因此，電-電混合動力飛機的工作模式是在起飛階段同時使用氫燃料電池和鋰電池提供動力，巡航階段只開啟氫燃料電池，降落階段既可以單獨使用氫燃料電池也可只啟動鋰電池。
相比傳統的燃油動力飛機，混合動力飛機除了具備環保優勢，還能夠大幅度降低運營成本并提高乘坐舒適性。美國混合動力飛機初創公司Zunum Aero評估認為，由于電動系統運行振動更小，飛行過程中的噪音也可減少75%。
“此外，混合動力飛機相當于有兩個動力系統，可以互為備份，一旦飛行過程中有一個出現問題，另一個能夠保證安全滑翔降落?！笨倒鹞恼f。
目前主要集中在搭載數人的小型飛機上
“當前國內外對混合動力飛機的研發還處在開發階段，沒有達到實際應用的程度?！笨倒鹞恼f道，由于現階段電池和電動機技術的限制，大飛機上的航空發動機是無法用電動機替代的。由于飛機滑跑階段發動機為部分功率運轉，燃油燃燒效率低，因此國際上正在研究使用電動系統助力大型飛機滑跑。波音、空客等公司正在進行載客100人左右的混合動力支線飛機的論證，但目前尚未公布詳細的技術方案。
“因此，現在關于混合動力飛機的研究主要集中在小型飛機上，特別是用于通用航空領域，如‘專業作業’的森林尋險、緊急救援以及‘消費作業’的私人飛行執照培訓、娛樂飛行等?；旌蟿恿π⌒惋w機也處于飛行驗證階段，沒有進入商業運營。”康桂文談道。
國內方面，2016年底，由沈陽航空航天大學遼寧通用航空研究院和大連化學物理研究所合作研制的首架有人駕駛氫燃料電池試驗機在沈陽試飛成功。我國成為繼美、德之后第三個擁有該技術的國家。
該飛機在RX1E電動飛機基礎上進行改裝，采用大連化物所研制的20千瓦氫燃料電池為動力電源，配合小容量輔助鋰電池組，儲氫方式為機載35MPa氫儲罐。飛機在起飛和大速率爬升時由燃料電池和鋰電池組共同提供動力電能，在巡航階段完全由燃料電池提供電能，并為鋰電池組充電。飛機飛行高度320米，全程零污染排放。
國際方面，早在2008年，波音公司成功試飛氫燃料電池為動力源的一架小型飛機，這是世界航空史上首次試飛燃料電池飛機。
同年，空中客車公司在一架由德國宇航中心（ＤＬＲ）擁有的空中客車Ａ３２０試驗飛機上采用無排放燃料電池系統為飛機的備用液壓和電力系統提供動力，這是燃料電池系統第一次成功應用于民用飛機進行飛行測試。
美國、加拿大、歐盟等也都在進行相關研制，并已有多次試飛。但已經試飛過的幾乎都是只能搭載2到4人、功率不超過200千瓦的小型飛機，前文提及的俄羅斯500千瓦混合動力飛機能夠搭載8人左右，相當于小公務機型，現在還在計劃當中。
而最著名的燃料電池飛機，則是2016年9月29日在德國成功試飛的電-電混合動力的HY4。HY4采用雙艙設計，巡航速度每小時165公里，航程可達1500公里。該項目由斯洛文尼亞蝙蝠飛機公司（Pipistrel）牽頭實施，歐盟出資900萬歐元支持，德國航空航天中心、烏爾姆大學、意大利米蘭理工大學等多個研究機構參與。HY4預計在2020年投入市場運營。
動力系統是發展難點
“混合動力飛機的發展難點主要是飛機的心臟——動力系統，包括鋰電池和燃料電池都面臨一些技術瓶頸?！笨倒鹞闹赋觯w機既要求足夠的動力，還需有很輕的重量。當前鋰電池的問題就在于能量密度不夠高，導致飛機超重或者動力不足。
“氫燃料電池一方面能量密度不足，同時還面臨氫儲存難題。”康桂文表示，氫氣的密度很低，現在飛機上用的儲氫方案主要是高壓氣罐和液體儲存兩種。高壓氣罐的壓力需要達到35或者70兆帕，氫氣液化則要保持零下250攝氏度的低溫，這些技術用于飛機的長時間持續飛行都有難度。此外，由于電池功率限制，電—電混合動力飛機的飛行速度不高，還滿足不了航空運營要求。
“就像電動車的發展要兼顧經濟性和里程一樣，現階段的油-電混合是綜合考慮環保、航程、航時、經濟的一個折中型方案。”康桂文認為。如果鋰電池技術實現突破性的發展，比如能量密度在現有基礎上能夠提高2到3倍，或燃料電池功率提高2-3倍，油—電混合這種折中、過渡的方案就不需要了，純電動或燃料電池飛機就能夠滿足航空運輸。而目前階段電電混合完全無污染，環境更友好，也能夠滿足航程要求，正是十分合適的解決方案——這也正好是我國燃料電池汽車的主要技術路線。
（來源：氫云鏈）
