电动飞机能不能弯道超车燃油飞机？_风闻

近期大飞机话题的关注度比较高，也有些人提出了一些关于我国大飞机非常有创意的设想。比如如果电池的能量密度能够达到化石燃料水平的话那么中国可以发展电动飞机对空客和波音进行弯道超车，波音和空客积累的优势将一夜之间荡然无存，在飞机领域复刻一下乘用车领域用电动车弯道超车汽油车的故事。

其实超级电池这种设想并不少见，在上古互联网时代有一本军事小说叫《醒狮》，里面就假设了一种单位能量密度堪比柴油的超级电池：金龙电池。然而YY小说归YY小说，真把YY小说给带入现实的话，那只能说世界是物质的有其客观规律。那么来看看电动飞机能否弯道超车化石燃料为主的喷气飞机。

先说说电动飞机，电动飞机由推进、供电、储能三部分系统组成，优势有：清洁环保，推进效率高、电机功重比高、功率范围大以及高可靠性。然而，储能部件电池的能量密度远低于化石燃料（汽油能量密度12222Wh/kg），目前能量密度最高的三元锂电池为例，其能量密度最高仅为300WH/KG，远远无法满足纯电飞行所需能量密度。约为液体燃料的四十分之一，氢燃料电池也仅有涡扇发动机能量密度一半左右。而各大研究机构对于电池的性能发展预计表明：2050年，电池的能量密度理论上也只能达到当前的三倍。

当然有人要说了，如果材料技术取得重大突破使得电池能量密度和化石燃料一样的话。嗯，这里我们就先采纳他的这个前提好了，就算真有能量密度和航空煤油一样的电池，电动飞机能取代燃油飞机么？我们先看看他说的电动车取代燃油车的情况，电动车在与燃油车相同体积的情况下能达到与燃油车相似的最大里程（纯电700公里综合里程），这是电动车能取代部分燃油车的重要条件。而电动飞机要取代燃油飞机，那至少航程得和燃油飞机差不多吧？

燃油飞机的一大特点就是燃油重量占飞机起飞总重相当的比例，尤其是远程洲际飞机。比如波音787-9要从上海飞埃塞俄比亚的话需要起飞油量近80吨，我们按照燃油和电池1:1来算的话，这代表着使用超级电池的波音787-9需要80吨满电的超级电池才能完成这段飞行。然而飞机的燃油是在飞行中不断消耗的，80吨的起飞油量在飞行中要消耗掉七十多吨，飞机降落时总重也相应减少了七十多吨，重量大幅减轻。而如果是电池呢？额……难不成飞机边飞边把用光的超级电池从飞机上扔下去来减轻重量？所以这就是问题所在：飞机上的煤油是越飞越少重量越来越轻，而电动飞机的电池则成为了死重凭空增加了飞机的重量。既然飞机的减重是飞机设计重中之重，那么增加这几十吨电池死重带来的代价值得么？

而且飞机的起飞重量有几个限制要素，最大起飞重量以及最大落地重量。前者是根据发动机的性能决定的，而后者是根据飞机的结构强度来的，最大起飞重量往往高出最大落地重量很多。这也是为什么一些飞机起飞后出现意外需要立即降落时会在降落中出现意外，因为超重了。燃油飞机就算满载起飞，在降落时由于燃油的消耗使得飞机的降落重量满足最大落地重量要求。但电动飞机的话电池是死重不存在飞行中消耗这一事，结果就是超出飞机最大落地重量产生意外。

飞机的实际起飞重量往往是受很多因素限制的，其中最常见的是重量限制在最大落地重量上

燃油飞机在执行飞行时根据航线长度的不同可以加适量的油量，因为就算带更多的燃油也用不上只是成为死重，顶多根据需要留有足够备降的油量。而如果电动飞机，其搭载的电池容量是固定的，不可能根据执行的航线来多装或者少装电池。那么在执行非最大航程飞行时，那些多于的电池就成了死重，大大增加了飞机自身的重量。对于对经济性斤斤计较的航空公司来说，这种浪费是无法接受的，大量的无用电池死重代表着运更少的旅客和货物，代表更差的经济性。

所以知道为什么航空业界对电动飞机丝毫不感冒了吧？当然这并不代表着电动飞机毫无可能，在小型飞机以及短程飞机上电动飞机还是有一定的应用前景的，比如城市中飞行的小型飞行器或者轻型飞机。但这和世界航空业主流的干线飞机需求相差甚远，没有大规模应用的可能，所谓的电动飞机弯道超车燃油飞机的可能也并不存在。

空客的Efan电动飞机验证机已经项目停止了

当然纯电飞机不适用并不代表电动技术在民航领域没有发展前景。就像汽车有纯电车和混动车，电动飞机的一大发展方向就是混动电推。正如前文所说，在可见的未来里如果电池技术没有发生突破，那么纯电飞机在商业上不可能应用。而混合动力电推进将成为未来一段时间研究重点。

混合电推进分为并联和串联两种驱动方式，并联架构中发动机与电机共同驱动螺旋桨，燃机持续工作在最佳设计点电机弥补功率差，传动装置限制了并联架构的效率。具体例子为GE公司的“hfan”发动机，起飞阶段电机和燃机同时工作，航程较短时巡航阶段只有电机工作，长航程时只有燃机工作，预计相比CFM56耗油率至少降低28%，计划搭载于波音SUGAR VOLT TBW飞机。类比汽车的话，就是PHEV式混动，也就是比亚迪DMI这样的混动模式。

波音的SUGAR概念机就计划搭载GE的混动发动机hfan

而串联架构中燃机只负责发电，以此解耦燃机与桨叶的关系使得燃机，电机，桨叶能在各自最优设计点工作，从而降低能耗。这个特点使得燃机主要按照巡航所需功率设计，需要额外装有电池储能以满足起降时所需功率的增加。这种模式就接近于电动车中的HEV混动了，类似丰田的双擎系列。

要说电动在航空领域最大的好处是什么，那莫过于可以采用分布式推进了。分布式推进是伴随电推进而生的技术，通常使用多组由电机驱动对应风扇或螺旋桨构成的动力系统。电动力系统具有尺度独立性即一个大功率电机系统分解为总功率相同的数个小功率电机系统后，整个系统的功率密度和效率基本不变，这意味着在不要付出代价的情况下可将推进装置分布在机体上，带来新的设计自由度和集成优势。分布式布置的优点是能降低尾迹分布不均和翼尖涡带来的气动阻力，改善机翼压力分布，兼顾高低速特性，有效提高系统的涵道比。

分布式推进通过用多个小推进器取代单个大推进器并且分散布置，不付出重量代价并保持原有推力的情况下可以化整为零，形成多个边界层抽吸效应，在机翼上进行分布式推进可以使高速推进气流均匀分布在整个机翼的翼展上，有效提高了飞机的升力系数，使得可以减小机翼的翼展和面积，降低机翼的重量和阻力。而且可以用于翼尖涡流的旋转补偿，可以取消掉机翼上翼尖小翼并减少翼展。得益于推进器化整为零，多个推进器的布置使得传统单发失效的顾虑在分布式推进上不复存在，单个推进器故障带来的推力损失远小于双发飞机单发失效的情况。分布式推进还可以与机体-机翼结合部和其他连接处结合起来，主动改变局部涡流以降低阻力。

简单概括下就是电动飞机使得分布式推进方案成为了可能，最大化的优化推进效率并且有多个推进器作为冗余。哪怕发动机失效一个两个也不会影响飞行，不像双发飞机如果双发失效就考验飞行员滑翔机技术了。

电动技术在航空业确实有一定的应用前景，但依靠的并不是能量密度相当于化石燃料的科幻超级电池，而是靠实打实的技术验证与优化，与其想着弯道超车还不如脚踏实地打好基础。