第二十五届中国科协年会——国际绿色航空发展论坛”在安徽省合肥市成功召开。此次论坛内容策划丰富、交流形式多样、沟通研讨深入,取得了丰硕成果,是一次务实高效的国际科技交流活动,也是一次非常成功的对中国在绿色航空领域发展实践和主动承担全球责任的宣传。为全面总结本次会议成果、启迪思想、促进合作,特发布此专题。

随着新概念、新材料、新能源、新系统等技术的成熟和在航空业的广泛应用,绿色航空时代正在加速向我们走来。中国积极推动绿色航空技术的发展和应用,采取了一系列措施,包括研发高效节能的飞机、发动机,推广使用生物燃料和电动飞机等。中国在绿色航空技术方面的努力不仅有助于改善空气质量和减少温室气体排放,也为全球航空业可持续发展树立了榜样。
电动飞机分会场邀请了5位专家进行专题报告、5名作者进行宣读交流,北京理工大学王明凯助理研究员和中国航空学会电动航空分会副主任陈鹏担任分会场主持。清华大学钱煜平教授、西北工业大学李伟林教授(周中正代)、中国民航大学徐萌教授、中国民航干部管理学院王茂霖教授、北京理工大学王明凯助理研究员围绕飞行汽车动力推进技术、分布式电动涵道推进飞行器关键技术、电动航空器电推进系统安全性与适航、载人无人驾驶航空器操纵品质研究、电动航空对电动力的需求等领域进行了报告交流。

清华大学钱煜平教授分享了飞行汽车及其动力推进技术相关内容,认为eVTOL飞行器有望成为和汽车一样的大众化交通工具,电气化智能化融合发展使其技术成为可能。钱煜平教授分析了影响飞行汽车应用的技术、规则和市场三大核心问题,提出了先载物后载人最后实现陆空立体交通的发展路径。最后,钱煜平教授分析了新能源涡电动力关键技术和难点痛点,介绍了清华大学涡轮电推进实验室在飞行汽车涡电动力领域的研究成果和最新进展。
西北工业大学周中正教授介绍了分布式电动涵道推进飞行器相关内容,包括电动飞机发展必要性、电动飞机定义与分类、国内外发展现状、分布式电推进关键技术以及分布式电动涵道飞行器。周中正副教授指出,飞机电推进系统具有“尺寸无关”特性,分布式推进可以实现气动、结构、动力的最佳融合。周中正副教授分享了西工大电推进技术重点实验室在系统架构评估优化、能量管理等方面的研究成果,以及分布式涵道电推进飞机研制的最新进展。

中国民航大学徐萌教授分享了电动航空器电推进系统安全性与适航相关内容,介绍了民航大学在电动航空器安全与适航领域开展的工作、飞机电推进系统的界面划分和规章标准等内容,分析了电推进系统条款及符合性,包括高压直流供电系统、转子完整性和超速、推进电机绕组温升、控制器电气安全特性等。
中国民航管理干部学院王茂霖教授分享了基于任务的载人无人驾驶航空器操纵品质研究相关内容,首先解释了协助飞行员减轻操作任务量和复杂性的SVO飞行界面系统,然后分析了该系统应用于eVTOL飞行器的优点和缺陷,介绍了无人驾驶航空器操纵品质评估、测试环境建模、双盲实验、应用拓展等具体研究内容。

北京理工大学王明凯助理研究员从设计角度分析了电动航空器对电动力的需求,介绍了先进空中交通场景的能耗需求提取、初步选型中的电动力需求、设计优化中的电动力需求三项研究方法,分享了一个示例飞行器测试结果并证明了上述方法实现了eVTOL动力需求提取与高维选型优化问题的解耦。

专场一:新能源航空发展技术。本场由中国航空学会电动航空分会副主任孙侠生主持,邀请了香港高等教育科技学院院长刘建德、中国商飞北研中心预研总师杨志刚、荷兰代尔夫特理工大学尹飞佳研究员、德国慕尼黑工业大学Florian Holzapfel、日本公立诹访东京理科大学雷忠教授、航空工业合肥航太段泽民总经理进行报告交流。
香港高等教育科技学院院长、欧洲科学院院士、欧洲科学及艺术学院院士刘建德作题为“促进绿色航空发展的新材料、先进制造工艺及新能源”的报告,介绍了具有轻量级、耐腐蚀、高韧性优点的金属和新型复合材料,工业4.0下的先进航空制造工艺、数字孪生技术、氢能在航空领域的重点应用等内容,提出了实现未来航空产业节能、高效、低成本、舒适目标的发展路径。

专场二:新能源航空器产业化发展进展和挑战。第二专场侧重于适航与监管,由中国航空学会电动航空分会副主任张曙光教授主持,邀请了中国民航华东地区管理局适航审定处徐逸乐副处长、德国飞页公司Willi Tacke总裁、香港理工大学刘世龙教授、香港国际绿飞有限公司Harold Demuren顾问围绕新能源飞机适航审定、欧洲新能源航空产业动态、绿色航空的全球监管、可持续航空如何加快发展中国家发展进行专场报告交流。
IAGA发起成员、中国商飞C919飞机总设计师吴光辉院士,围绕“双碳背景下的大飞机发展机遇与挑战”作了综述报告。他讲到:据预测,航空碳排放目前占比是4%,到2050年会接近25%,因为其他碳排放都在降低,而航空,由于航空涡轮动力还不能取代,排放占比会增加。为此,他提出几点建议:一是大力发展飞机减排技术。二是可持续航空燃油部署。三是发展混合动力技术。例如氢能、小型可控核反应堆。四是生物燃油,另外市场和经济手段同样重要,采用行政配额交易,碳排放的交易市场来进一步提高意识和整个管理水平,降低航空的碳排放。
讨论:航空动力电驱产业发展。在中国商飞营销中心技术总监、俄罗斯工程院外籍院士任和的主持下,沃飞长空薛松柏首席技术官、正力新能于哲勋首席产品官、卧龙电气刘栋良副总裁、亿航贺天星副总裁展开航空动力电驱产业发展的讨论。
讨论环节的第一个问题是各企业在新能源飞行器研制、适航取证过程中遇到的难点和痛点有哪些。沃飞长空薛松柏首席技术官从主机企业的角度给出了看法,认为eVTOL飞行器的发展基本锁定在了2到6吨的范围内,各主机企业在电池、电机方面的高度定制化发展不利于行业的总体进步,造成了一定的资源浪费和重复建设,如何统一电机、电池规格和标准,合作研发共性技术是各主机企业下一步要考虑的问题。

正力新能于哲勋首席产品官从航空动力电池的角度给出了看法,认为现有汽车动力电池的技术指标难以满足eVTOL飞行器的需求,需要开发新的材料和体系,具有一定的挑战。于哲勋首席产品官强调,航空动力电池要求三高一快,即高安全、高能量密度、高倍率,还有超级快充,想要面面俱到是很困难的,尤其是对于eVTOL飞行器来说要在较低电量下实现10C甚至12C的大倍率放电性能,确保飞机的平稳降落,还有很多问题需要行业去解决。
卧龙电气刘栋良副总裁认为,新能源飞机的难度要高于新能源汽车,行业的发展不会那么迅速,需要行业更有耐心和定力,这是第一个难点;系统层面的标准统一的确非常重要,电机配套企业也面临和主机企业同样的问题,这是第二个难点;现在很多eVTOL飞行器要求电机和驱动系统做到一体化,螺旋桨转速在1500到2000rpm,涵道式风扇能达到5000到10000rpm,性能要求很高,还要考虑到设计余量,主机企业和电机企业应该通过深度绑定才能得到成本最低、性能最好、余量最少的产品,这是第三个难点。
亿航贺天星副总裁从新能源飞行器取证的角度进行了分享,认为之前eVTOL适航取证的难点在于审定基础和标准匮乏,亿航在取证过程中也遇到了很多困难,这些问题伴随着局方和各家企业的努力正在逐步得到解决。

讨论环节的第二个问题是,亿航如何通过商业模式实现社会效益和公司效益的提升。贺天星副总裁回答道,亿航正采取递进式的商业模式,eVTOL飞行器是商业模式中的一个要素,未来会通过配套场景产生更多的盈利,新能源航空产业不止聚焦于飞机,而是去做“航空+”产业,与更多的合作伙伴把整个生态做大做强。
讨论环节的第三个问题是,电池能量密度对eVTOL飞行器航程造成了很大影响,是否有其他可行的动力方案以提高航程。薛松柏首席技术官认为,增程是可行的解决方案,小型涡轴APU搭配400千克的高能量密度电池可以实现600到800公里的航程,沃飞长空已经将该技术方案的研制提上日程。
讨论环节的第四个问题是,我国未来的低空交通管制平台会如何发展。刘栋良副总裁认为,目前是技术先行、产业逐步孵化的发展模式,飞行器取证后会先在特定区域进行试点,等数据积累到一定程度再逐步推广开,低空交通管制平台也会有一个逐步的发展过程,需要时间去发展。
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