【中国航空报】中国工程院院士杨凤田：新能源飞机 绿色航空的未来

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杨凤田
(飞机设计专家、中国工程院院士、沈阳航空航天大学校长)
杨凤田，1964年毕业于哈尔滨军事工程学院。现任沈阳飞机设计研究所研究员，沈阳航空航天大学校长。
曾任西工大、北航、南航兼职教授。长期从事歼击机总体设计研究工作，曾任歼八系列飞机多个型号的型号总设计师。国家级有突出贡献专家，航空金奖获得者。组织领导研制的型号为我国航空研制史创造了四个第一，在航空武器装备研制中，特别是歼八系列飞机研制中作出了重大贡献。获国家科技进步特等奖1项，国家科技进步二等奖3项；部级科技进步一等奖5项；获国防工业型号研制一等功2次；部级一等功3次。
2007年当选为中国工程院院士。
航空为什么要绿色
百余年来，飞机为改善人类生活、促进经济发展和社会进步发挥了非常重要的作用。但同时也给人类生存环境带来了一些负面的影响，这些影响主要体现在三个方面：一是机场附近的噪声污染，二是飞机颗粒物排放造成的空气质量下降，三是飞机排出的二氧化碳等温室气体对气候造成的影响。此外，数量庞大的使用活塞式发动机为动力装置的通用飞机，还会另外产生超细颗粒污染和重金属铅污染。研究表明，飞机的碳排放加剧了全球变暖，造成非正常气候现象和海平面升高等环境问题。飞机产生的噪声、颗粒物和铅污染，会对机场附近居民的健康以及土壤和作物带来风险。
发展绿色航空将改善全球气候恶化，而新能源飞机将为绿色航空代言
全球主要国家要求改善飞机环保性能，营造绿色航空的呼声越来越高。国际民航组织、美国和欧洲都制定了一系列标准和指导文件，从节能、减排和降噪等方面引导航空朝着绿色化方向发展。美国NASA提出大约20年后服役的N+3代民航飞机概念，要求以现有飞机技术标准为基础，噪声减少81分贝，氮氧化物排放降低80%，油耗降低70%。欧洲委员会在其名为《航迹2050：欧洲的航空远景》的报告中设定环境目标，相对于2000年的技术标准，2050年飞机的二氧化碳排放降低75%，氮氧化物排放减少90%，噪声级降低65%。中国航空工业也坚持发展绿色航空技术战略，全面开展了先进气动、降噪、多电、绿色动力、绿色材料和绿色制造等技术研究，支持飞机的节能减排。以上这些努力都会在一定程度上缓解飞机对于我们赖以生存环境的影响，但不能从根本上解决问题，新能源飞机才是彻底的绿色飞机，也是真正的绿色航空的未来。        

什么是新能源飞机
新能源是一个较广泛的概念，泛指传统能源之外的各种能源形式，包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、水能、核能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢能。与传统能源相比，新能源普遍具有污染少、储量大、分布均匀等特点，以新能源为电源，通过电机带动螺旋桨、函道风扇或其他装置，产生前进动力的飞机就叫新能源飞机。
随着新能源概念的推广和新能源技术的应用，新能源飞机绝非遥不可及
根据飞机的能源需求和飞行特点，只要可转化电能的新能源都可以用于飞机，目前在用或可用于飞机的新能源主要包括锂电池、燃料电池、太阳能电池、超级电容和无线功率传输，这样的飞机也叫电动飞机。在电动飞机的历史上，1957年出现世界上第一架银锌电池驱动的电动模型飞机；1973年德国奥地利生产的一架HB-3滑翔机改装成了电动飞机，成功载人飞行了12分钟；2009年德国航空航天中心研制的燃料电池无人机试飞成功；1980年实现了太阳能电动飞机首次载人飞行；2003年美国航空航天局研制的无线功率传输电动飞机模型在室内试飞成功。在两座载人电动飞机方面，2015年空中客车公司宣布其飞跃英吉利海峡；2015年2月6日中国民航东北地区管理局向辽宁通用航空研究院研制的锐翔1E电动力轻型运动飞机颁发了型号设计批准书，12月5号中国民航向锐翔1E电动飞机颁发了生产许可证。     

新能源飞机的特点和用途
电动飞机构想图
新能源电动飞机分为载人电动飞机和无人电动飞机两类，美国Facebook公司的太阳能无人机已经于今年7月成功实现首飞，按飞机的设计指标，该无人机可以在空中连续飞行3个月。其他的电动无人机主要用锂离子电池作为能源，续航时间一般不超过1小时，主要用于空中拍摄等作业。     
目前载人电动飞机主要采用锂电池作为能源，由于受到电池能量密度的限制，具有实用价值的电动飞机只有单座的超轻型飞机和双座轻型运动飞机。载人电动飞机具有绿色环保、成本低廉的特点，新能源电动飞机最吸引人的特征是其零排放、低噪声，几乎不会对环境产生负面影响，是彻底的绿色航空。电动单座轻型飞机主要用于娱乐飞行，其用户主要为航空爱好者或者是发烧友；电动双座轻型运动飞机是飞行员初期培训的优秀平台，可作为体验飞行、休闲飞行、航空体育竞技飞行、野生动物聚集区噪声敏感区飞行、自然保护区或国家公园旅游等。
电动双座飞机的用途，包括飞行学校、航空爱好者、运动飞行员、旅游公司或风景区、航空俱乐部、政府机构等。我国研制的锐翔电动飞机在2015年参加美国航展期间，受到了澳大利亚、巴西、美国、加拿大等通航发达国家航校的关注。     
我国新能源飞机发展方向
辽宁通用航空研究院正在积极推进新能源电动飞机应用推广示范工程计划，先在沈阳法库机场试点。另外，还正在论证和推进通过军民融合，促进通用航空助推空军飞行后备人才培养计划。在少年航校利用电动飞机对中学生进行初级飞行教育培训，目标是在全国建立50家左右航校。  
放眼全球，当前新能源电动飞机受到全世界的普遍重视。美国NASA正在研发一款编号为S57的电动实验飞机，计划2018年首飞；空中客车E-fan双座电动飞机已开始研制；波音公司在2008年试飞了氢燃料电池的无人验证机，正致力于未来电动客机的创新方案设计；西门子公司也加入了电动飞机研发行业，不仅开发出功率重量比创纪录的电机，还跻身电动飞机的型号研发；谷歌和Facebook公司也涉及电动飞机业务，苹果公司也对电动飞机非常感兴趣，这是国外电动飞机的情况。     
总体来说，电动飞机制造商的圈子越来越大，所有主要飞机品牌制造商都有自己的电动飞机项目，美国、德国、法国、意大利、荷兰、瑞士、斯洛文尼亚都有通用飞机公司生产电动飞机，俄罗斯、加拿大、日本等国也在开展电动飞机的研究和开发。美国权威市场研究公司预测，到2031年载人电动飞机在全球将有一个240亿美元的市场。
工程人员在调试锐翔电动飞机
电动飞机一定有辉煌的未来，我们在锐翔电动飞机的基础上，正在继续发展锐翔增程型，飞行时间由现在的40分钟～1小时增加至1.5小时。同时，还将研制四座型、水上起降型、垂直起落型电动飞机，考虑发展混合动力飞机，还将开展8座以及8座以上电动飞机、分布式电动飞机的研究和原理验证。今年5月，国务院办公厅发布38号文《关于促进通用航空业发展的指导意见》，明确提出大力支持水陆两栖飞机、新能源飞机等通航产品的研制应用，特别是新能源飞机被列为国家的发展重点。锐翔电动飞机成功研发和适航取证使我国在电动飞机领域与世界先进水平齐头并进。希望社会各界都能关心和支持新能源飞机的发展，共同创造绿色航空的美好未来。
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编辑：校报记者团新媒体部 马明林
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