美國航空航天局（NASA）于阿姆斯特朗飛行研究中心啟動了X-57麥克斯韋電動驗證機(jī)高壓地面試驗，標(biāo)志著X-57演示驗證項目從部件設(shè)計和原型制造階段過渡到整機(jī)試驗階段，即將迎來首飛。X-57是NASA首型電動飛機(jī)驗證機(jī)，代表美國政府對這一新技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)注。

電動飛機(jī)發(fā)展背景

運輸產(chǎn)業(yè)是全球碳排放的重要源頭。近年來，全球航空運輸量以年均近5%的速度持續(xù)增長，碳排放量持續(xù)攀升，綠色航空成為國際航空業(yè)關(guān)注的焦點，獲國際民航組織、國際航空運輸協(xié)會等組織與各航空強(qiáng)國的廣泛關(guān)注，成為產(chǎn)業(yè)競爭和技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域。

電動飛機(jī)技術(shù)是實現(xiàn)綠色航空的關(guān)鍵技術(shù)途徑。相比于燃油、液壓等傳統(tǒng)能源形式，電動飛機(jī)技術(shù)顯著提高能源利用效率、改善維護(hù)性能、降低噪聲和排放，有望實現(xiàn)節(jié)能60%、減排90%、降噪65%的技術(shù)突破，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)帶來的收益。美國、英國、歐盟等國家和地區(qū)通過設(shè)立專項基金、研究計劃等形式大力推動電動飛機(jī)技術(shù)發(fā)展；空客、波音、達(dá)索、通用電氣、羅·羅、賽峰、聯(lián)合技術(shù)等7家航空制造巨頭發(fā)布聯(lián)合聲明將電動飛機(jī)技術(shù)列為航空業(yè)發(fā)展“第三時代”的標(biāo)志，將加大相關(guān)研發(fā)力度；商業(yè)資本廣泛投入該領(lǐng)域，催生了大批初創(chuàng)企業(yè)，涌現(xiàn)了超過200項電動飛機(jī)項目。

電動飛機(jī)發(fā)展獲美歐各國大力投入

美國多層面推動電動飛機(jī)發(fā)展，強(qiáng)化航空領(lǐng)先地位。

美國政府于2007年12月出臺了《航空研究與發(fā)展國家規(guī)劃》，提出了降低航空系統(tǒng)對環(huán)境影響、實現(xiàn)綠色航空的戰(zhàn)略目標(biāo)。2019年美國白宮通過備忘錄，指出優(yōu)先考慮電動垂直起降飛行器的研發(fā)、適航與標(biāo)準(zhǔn)制定。

NASA規(guī)劃發(fā)展路線，建設(shè)試驗基礎(chǔ)設(shè)施，開展關(guān)鍵技術(shù)演示驗證。于2015年率先提出了電動飛機(jī)發(fā)展路線圖，啟動包括小型垂直起降飛行器、通用飛機(jī)、大型干支線飛機(jī)在內(nèi)的3條技術(shù)路線研究。2016年啟動了X-57麥克斯韋分布式電推進(jìn)驗證機(jī)計劃，目前已進(jìn)入第二階段試驗（共四階段）。針對城市空運啟動的先進(jìn)空運國家行動項目進(jìn)入發(fā)展測試階段，支撐新興領(lǐng)域的需求分析與場景設(shè)計。

美國能源部資助關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。2019年底啟動了電動飛機(jī)領(lǐng)域動力系統(tǒng)研究計劃，面向單通道客機(jī)需求，資助電推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件和技術(shù)研究。

美國軍方預(yù)研關(guān)鍵技術(shù)，提供試驗資源。一方面通過多項預(yù)研計劃布局發(fā)電、配電等關(guān)鍵技術(shù)先期研發(fā)；另一方面為企業(yè)提供空域、試驗室等資源。2020年初公開了分布式混合電推進(jìn)運輸機(jī)概念模型；2020年2月啟動了敏捷至上演示驗證項目，將政府資源和商業(yè)資本、技術(shù)高效融合。

美國聯(lián)邦航空局探索電動飛機(jī)適航流程。開發(fā)了電動飛機(jī)運行概念，調(diào)整23部等法規(guī)，并與企業(yè)合作研究認(rèn)證基礎(chǔ)，計劃2023年首次完成電動垂直起降飛行器適航認(rèn)證。

英國設(shè)立專項基金，以電動飛機(jī)為經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇重要抓手。

電動飛機(jī)技術(shù)是當(dāng)前英國制造業(yè)發(fā)展的重點方向，英國首相鮑里斯表示將發(fā)展電動飛機(jī)作為英國經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和維持航空業(yè)全球領(lǐng)先地位的重要舉措，提出將在全球范圍內(nèi)率先完成零排放遠(yuǎn)程客機(jī)研制。

英國商業(yè)-能源與工業(yè)戰(zhàn)略部、航空航天技術(shù)研究所于2020年7月設(shè)立了4億英鎊的專項基金推動綠色航空發(fā)展，其中由航空航天技術(shù)研究所主導(dǎo)的FlyZero電動飛機(jī)計劃是重點研究領(lǐng)域，對電動飛機(jī)研發(fā)提供了廣泛的資助，涉及電推進(jìn)系統(tǒng)、平臺集成、基礎(chǔ)設(shè)施等多個領(lǐng)域。

歐盟持續(xù)投資電動飛機(jī)技術(shù)，支撐綠色航空發(fā)展戰(zhàn)略。

2008年至今，歐盟提出了“潔凈天空”“地平線2020”系列聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新計劃，開展了包括混合電推進(jìn)架構(gòu)、先進(jìn)發(fā)電技術(shù)、電力電子技術(shù)等在內(nèi)的大量電動飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

歐盟主要國家（德國、法國、荷蘭等）航空研究機(jī)構(gòu)積極開展合作，在氫動力系統(tǒng)、分布式電推進(jìn)技術(shù)等領(lǐng)域開展了豐富的工作。歐洲航空安全局建立健全適航法規(guī)，針對電推進(jìn)系統(tǒng)、電動垂直起降飛行器等發(fā)布認(rèn)證框架、符合性方法征求意見稿。

電動飛機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

電動飛機(jī)發(fā)展主要涉及3個領(lǐng)域，分別是電動垂直起降飛行器、通用飛機(jī)、干/支線飛機(jī)。

一是城市空運成為交通新范式，廣泛吸引全球資本。

電動垂直起降飛行器的研制由市場主導(dǎo)，政府從適航認(rèn)證和空域管理層面介入。電動飛機(jī)技術(shù)催生了城市空運這一全新交通范式，采用電動垂直起降飛行器提供城市內(nèi)部或城際空中運輸服務(wù)，成為目前民用航空領(lǐng)域最熱門的創(chuàng)新領(lǐng)域。面向1~4名乘客的城市內(nèi)部和城際空中交通場景，產(chǎn)品已進(jìn)入樣機(jī)飛行試驗階段。

目前，空客、波音、貝爾等飛機(jī)制造商，羅羅、賽峰等發(fā)動機(jī)制造商都已啟動了城市空運相關(guān)研發(fā)計劃。巨額商業(yè)資本也催生了大批初創(chuàng)企業(yè)，美國JOBY公司近期上市，融資高達(dá)16億美元。

各國政府探索相關(guān)適航流程，設(shè)計新型空運體系的運行架構(gòu)及空域管理，為2023年前后產(chǎn)品投入市場運營提供條件。美國聯(lián)邦航空局提出了城市空運運行概念的初期版本，歐洲航空安全局發(fā)布了多份特殊條款和征求意見稿。

在民用領(lǐng)域之外，美國也積極推動相關(guān)技術(shù)的軍事任務(wù)應(yīng)用。美國空軍與多家企業(yè)合作，提供試驗資源，開展電動垂直起降飛行器的軍用場景試飛驗證工作，推動相關(guān)技術(shù)成熟與應(yīng)用。

二是通用電動飛機(jī)快速投入商業(yè)運營，并作為關(guān)鍵技術(shù)的驗證平臺。

通用飛機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、適航認(rèn)證快速等優(yōu)勢，成為電動飛機(jī)技術(shù)發(fā)展的前沿陣地，一方面快速投入商業(yè)運營、降低成本，另一方面可作為關(guān)鍵技術(shù)的驗證平臺。

在商業(yè)運營方面，電動飛機(jī)能夠有效提高平臺維護(hù)性、降低運營成本。加拿大海港航空公司與MagniX公司合作完成了全球首架商用飛機(jī)改裝電動飛機(jī)，采用功率560千瓦電機(jī)替換原有活塞發(fā)動機(jī)，正在開展補(bǔ)充取證工作，計劃于2022年投入短途商業(yè)運營。采用電推進(jìn)系統(tǒng)能夠有效降低能源與維護(hù)成本，據(jù)估計采用電推進(jìn)系統(tǒng)5年內(nèi)生命周期成本較傳統(tǒng)動力形式可降低70%~80％。

作為技術(shù)驗證平臺的典型代表是NASA的X-57驗證機(jī)與羅羅的創(chuàng)新精神驗證機(jī)。X-57旨在研究分布式電推進(jìn)布局及相關(guān)技術(shù)，預(yù)計其巡航狀態(tài)能量效率較基線飛機(jī)可提高4倍以上。創(chuàng)新精神驗證機(jī)是羅羅在英國政府資助下開展的“加速飛行電氣化”平臺，采用全電推進(jìn)系統(tǒng)和固定翼構(gòu)型，設(shè)計功率400千瓦、速度480千米/時，目前已完成地面滑行試驗。

三是干/支線飛機(jī)電氣化是綠色航空未來愿景，由國家級研究機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)航空制造商主導(dǎo)。

囿于儲能系統(tǒng)的功率密度與能量密度，混合電推進(jìn)技術(shù)是支/干線飛機(jī)發(fā)展的重要方向，采用儲能裝置與電機(jī)的組合提供額外的推力，運行模式靈活，能夠有效提高飛機(jī)能量使用效率；推進(jìn)系統(tǒng)布局靈活，可采用分布式布局、翼身融合等新型設(shè)計，為飛機(jī)構(gòu)型設(shè)計提供了廣闊的空間。由于技術(shù)難度大、研究周期長，目前干/支線電動飛機(jī)技術(shù)主要由大型航空制造商及政府、軍方主導(dǎo)研究。

支線電動飛機(jī)目前處于系統(tǒng)級演示驗證階段。聯(lián)合技術(shù)公司開展了支線飛機(jī)混合電推進(jìn)計劃，基于龐巴迪沖8支線飛機(jī)，使用2兆瓦級混合電推進(jìn)系統(tǒng)替換一側(cè)的PW121渦槳發(fā)動機(jī)，預(yù)計2022年首飛。羅羅公司開展了2.5兆瓦級混合電推進(jìn)系統(tǒng)研究，采用3千伏高壓體制，是當(dāng)前航空領(lǐng)域容量最大的混合動力系統(tǒng)，目前已進(jìn)入地面試驗階段。

由于功率和能量需求大、平臺復(fù)雜，干線電動飛機(jī)尚處于概念研究階段。NASA與通用電氣、波音等公司聯(lián)合提出了N3-X、STARC-ABL等多項概念方案，美國空軍研究實驗室也提出了電推進(jìn)運輸機(jī)概念方案，通過超導(dǎo)電機(jī)、邊界層吸入、分布式推進(jìn)等技術(shù)大幅提高效率。

近年來，電動飛機(jī)成為航空業(yè)發(fā)展的焦點，能夠有效應(yīng)對航空業(yè)面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)，降低碳排放與噪聲，一方面提高了航空運輸業(yè)的效率；另一方面催生了城市空運等新型航空運輸業(yè)態(tài)的發(fā)展。