以无人机、eVTOL、UAM为代表的新通航成为亮点,传统通航虽稳步发展但略显寂寞,随着低空经济赛道的推进,传统通航将会唤发新春,传统通用航空器仍是通用航空的基石载体。

01电动飞机的历史
2016年,科罗拉多州丹佛市,航空史上首款电动飞机“太阳飞鸟”原型机诞生,由同时身为工程师和飞行员的乔治拜设计。业界估计,这架可飞行长达三小时,只需30分钟就可充电完成的完美教练机将会对通用航空业(私人和非航空公司)产生深远的影响。

(“太阳飞鸟”原型机,图片来自搜狐网)
然而,事实并非象人们想象的那么容易,在接下来的几年,通用航空飞行器仍然鲜见电动的身影。
一直到最近几年,由国内发起的汽车电动化革命且这一趋势明朗化,带动了电池技术的突飞猛进。特别是从2023年以来,作为全球经济发动机的中国发布了低空经济拓荒战略,上下一致响应,集中资源开辟这一新产业,通用航空器电动化才再次被业界媒体所乐道。或许这次能实现8年前乔治拜所期盼:拥有低谦飞行成本的电动飞机将走进每一家通航公司和每所飞行学校,在通用航空业扮演越来越重要的角色。

02 eVTOL、eSTOL、eCTOL
作为未来空中交通的载体工具,电动飞行器被寄以厚望。在电动飞行器领域,除了炙手可热的eVTOL(electric Vertical Take-off and Landing),即电动垂直起降飞行器),还有eSTOL(electricShort Take-off and Landing),即电动短距起降飞行器、eCTOL(electric Conventional Take-off and Landing),即电动常规起降飞行器。
在这三者之中,尤以eVTOL最热门,无论是初创公司还是传统航空巨头,甚至是众多车企和互联网巨头纷纷下场或关注,以抢占未来城市空中交通的制高点。
eVTOL:
eVTOL用电机、电控、电池的“三电系统”代替了结构复杂、保养维修高昂、噪音强烈的燃油发动机系统,而且无需跑道。但垂直起降需克服重力做功,相比汽车的克服地面摩擦力做功,垂直上升、飞行爬升需要的功耗极高。在固态电池、氢能尚未大规模应用的情况下,续航成为eVTOL的最大掣肘。
在国内也仅有亿航智能EH216-S型这一款载人eVTOL取得型号合格证(TC)、适航证(AC)、生产许可证(PC)三证,目前该产品已经开启预定模式,但仍未批量交付。

(亿航智能EH216-S)
纵观全球eVTOL行业,大家都处在研发阶段,尚未有取得标准适航证的公司。美国的Joby虽然取得了美国联邦航空管理局(FAA)颁发的特殊适航证书,但仍未取得标准适航证。Joby公开表示,Joby即将在2024年取得标准适航证,并于2025年开始规模商业化运营。
在电池技术未取得突破情况下,eVTOL仍然只是适合短途的点对点交通出行,空中的里程焦虑,限制了其应用场景。
eSTOL:
作为短距起降电动飞行器,兼顾了起降便利(短跑道)与航程(长续航)的双重优势。不管是用油还是用电,都要用螺旋桨和流体力学来让飞机飞起来。
eSTOL先驱便是美国NASA于2016年正式立项的纯电飞机X-57,为了在极端距离内获得足够升力,采用分布式电动螺旋桨推进技术,作为特殊的增升装置。但全机升力还是偏小,难以实现超短距起飞。最终于2023年6月NASA宣布项目将关闭,可见该技术的难度。
为进一步降低纯电、短距起飞的难度,美国创业公司Electra,设计了世界上第一架使用混合电力推进系统的吹翼飞机。该机型使用8个电动机来提高机翼升力,实现超短起飞和降落,使eSTOL飞机的起飞和降落空间仅为传统飞机所需空间的十分之一,以满足在足球场大小范围(约91*30米)的场地内运行,使其能够到达如今只有直升机才能到达的地方。同时将噪音和排放量大幅降低到传统飞机和直升机的水平以下;而混合动力系统则提供长续航里程,无需地面充电站。

(eSTOL验证机EL-2 Goldfinch,图片来自网易)
eCTOL:
电动常规起降飞行器。与传统飞机类似,需要较长的跑道,无论从起飞重量还是载客人数均比eSTOL更大,可以看成是大号的eSTOL,其推进系统多采用混合动力,目前也仍然处于概念验证阶段。如Jetka推出的PHA-ZE 100 由电池或氢燃料电池提供能量的电动机提供动力。VoltAero推出的五座Cassio 330将是首个量产飞机版本,该公司计划于 2025 年末获得认证,Cassio 330的电动混合动力系统总功率为330千瓦。瑞典创业公司Heart Aerospace 设计的eCTOL飞机,设有19座,并配备400千瓦电动机和锂离子电池组,具有400 公里续航,将于 2026 年投入使用。

(PHA-ZE 100,图片来源于网易)

03国内飞行器电动化的进展
国内电动飞机研发可以追溯到2014年,沈阳航空航天大学联合辽宁通用航空研究院(辽宁通用航空协同创新中心)以“产、学、研”模式研制出了具有自主知识产权的锐翔(RX1E)电动飞机。

(锐翔(RX1E)电动飞机)
10年之后,国内电动飞行器研发呈现群雄逐鹿的战国时代。
在第四届BEYOND国际科技创新博览会上,宁德时代董事长曾毓群透露宁德时代正在积极投身于电动飞机领域的合作开发。曾毓群表示,宁德时代携手合作伙伴,在民用电动载人飞机领域发力,公司正在从小型飞机开始尝试,目前已成功试飞4吨的飞机。
早在2023年7月19日,由宁德时代、中国商飞、上海交大共同持股的商飞时代(上海)航空有限公司(简称“商飞时代”)正式成立,意味着宁德时代切入到飞机制造领域。
从目前飞机的电动化应用来看,国内电动飞机尚处于开发的早期阶段。这其中不仅有航空管制、适航许可等政策方面的掣肘,更是在技术层面仍面临一系列瓶颈。
以电动飞机为例,动力电池在放电倍率性上要求5C甚至以上,能量密度门槛则在400Wh/kg以上,在同时兼顾安全性、循环性和一定的成本要求下,这一条件已经超出了当前电池产业链的技术极限。当前人造石墨的理论能量密度仅为372mAh/g,电池充放电倍率也集中在4C以下。
电池行业领跑者宁德时代最新的凝聚态电池技术刚突破500Wh/kg,且仅仅是在实验室,尚形成商业化普遍应用。

04通用航空产业的基石载体仍然是传统航空飞行器
2023年,全球通用航空市场增长强劲。来自GAMA(美国通用航空制造商协会)的数据显示,截至2023年9月,全球通用飞机交付量为2656架,其中固定翼通用飞机交付2029架、较2022年同期增长10.1%;直升机交付627架、较2022年同期增长8.5%。
截至2023年底,国内获得通用航空经营许可证的传统通用航空企业690家,通用航空在册航空器总数达3303架,通用航空全年共完成飞行137.1万小时。从相关数据来看,航空器保有量、飞行小时数和运营企业数量这三大反映通航市场景气度的指标均创新高。
无人驾驶航空方面,截至2023年底,获得通用航空经营许可证,且使用民用无人机的通用航空企业19825家,全行业无人机拥有者注册用户92.9万个、注册无人机共126.7万架、有效无人机操控员执照共19.44万本,全年无人机累计飞行小时2311万小时。以无人机、eVTOL、UAM为代表的新通航成为一道新彩虹。
但不得不承认,通用航空产业在国内刚起步,在这个最能体现创新精神的,同时又是最注重安全、最需要严谨作风的民用航空领域,一方面要秉持勇于创新的精神去大胆设想;另一方面要本着对天空的敬畏之心去小心求证,踏踏实实地用心解决具体的技术问题与工程问题,严格按照适航技术条件和适航管理要求,制造市场需要、消费者信赖、民航局放心的UAM航空器产品。
消费者驾驶飞行器翱翔蓝天的意识刚刚被唤醒。就象汽车在国内普及所经历过的几十年即使未来自动驾驶普及,人们仍然愿意亲自体验驾驶感受,因为驾驶汽车是一种技能、是一种乐趣、是一种运动。航空器电动化、智能化或许是未来发展趋势,但无人机取代不了传统通航,通用航空产业在国内的发展繁荣仍然要经历从传统航空器向新型航空器过渡的漫长阶段。

(傲得航空的轻型运动机型“Colt”)
·END·

