上期，霍尼韋爾航空航天集團高級總監(jiān)菲爾·羅賓森（Phil Robinson ）帶我們了解了氫燃料電池相關技術(shù)。今天，我們來看看霍尼韋爾航空航天集團高級商業(yè)拓展總監(jiān)泰勒·阿爾伯施塔特（Taylor Alberstadt）談電力和混合動力推進技術(shù)。

Taylor的日?？梢杂脦讉€縮略詞來高度概括：eVTOL、OEMs、UAS、UAM、AAM。

(相關資料圖)

VTOL（Vertical Takeoff and Landing）

是指垂直起降的飛行器，比如直升機、旋翼機這些起飛和降落都可以在同一地點完成的飛機，不像固定翼飛機那樣需要跑道。eVTOL則是從這種飛行器發(fā)展而來的以電力驅(qū)動的垂直起降飛機，E代表的就是電力（electric）。這類面向未來的飛行器可以做到零排放，不使用發(fā)動機，而是由電池或Phil談到的氫燃料電池驅(qū)動。

OEM（Original Equipment Manufacturers）

是指原始設備制造商，也就是我們的客戶，他們制造這些面向未來的飛行器。

UAS（Unmanned Aerial Systems）和UAM（Urban Air Mobility）

是近幾年來的媒體熱詞，UAS是指無人機系統(tǒng)，比如一些小型無人機；UAM指城市空中交通，包括稍大一些的貨運無人機、“飛的”等在城市區(qū)域運營的飛行器。

AAM（Advanced Air Mobility）

即先進空中交通，指一項新興的、革新性的航空技術(shù)，可用于經(jīng)濟高效地進行城市與市郊地區(qū)的貨運和客運。也有一些人把AAM的概念擴大，將其看做航空2.0，涵蓋幫助塑造新興航空市場的所有全新技術(shù)，包括UAS、UAM以及固定翼飛機的混合動力和全電架構(gòu)。再說到航空運輸和支線飛機，我們稱這一航空細分領域為ATR，也有很多飛機制造商在行動。

目前，已經(jīng)有200多家OEM公司進入了AAM市場，他們專注于各類飛行任務和運營，包括用于快遞行業(yè)的小型一級或二級貨運無人機、將會徹底改變城市內(nèi)及城市間出行的“飛的”，以及飛行更安靜、運營更環(huán)保高效的核載12-19名乘客的飛機，還有就是ATR市場的新型零排放窄體或?qū)掦w飛機。我們正在與這個市場的合作伙伴共同研究用于新型窄體機的創(chuàng)新技術(shù)。

令人激動的是，AAM市場的OEM公司正在不斷前進。

一方面，目前已經(jīng)有Joby、Vertical、Lilium和Archer四家eVTOL公司上市了，他們籌集了大量資金，估值上億?？梢钥闯鋈藗儗@個領域非常感興趣。

另一方面，說到真正投入運營，有一些公司計劃兩到三年內(nèi)開始投入服務。這些公司中的大多數(shù)會先從貨運開始，不過也會有私人飛行器和“飛的”。還有更多的公司計劃在2030年以前開始投入服務。

這些是這個AAM市場正在發(fā)生的，而且進展非?？?。

說到電力推進和混合動力，從技術(shù)的角度出發(fā)指的是什么？

有很多方式可以驅(qū)動一架飛機。當我們討論全電解決方案時，意味著我們需要電力推進單元EPUs（Electric Propulsion Units）。EPUs由電機和電機控制器組成，他們通過帶動轉(zhuǎn)子或風扇來驅(qū)動飛機。這些EPUs是電動的，電力的來源可以是燃料電池、電池等等。除了這類全電解決方案以外，還有其他的發(fā)電方式，例如渦輪發(fā)電機，這就需要用燃氣渦輪發(fā)動機搭配發(fā)電機來產(chǎn)生電力，也就是我們所說的混合動力解決方案。

霍尼韋爾在整條價值鏈上都有相應的解決方案。

我們可以根據(jù)客戶特定飛行運營要求生產(chǎn)相適用的渦輪發(fā)電機，通過電力分配系統(tǒng)，將電力輸送到電力推進單元。然后，電力推進單元將電能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動風扇和轉(zhuǎn)子，進而產(chǎn)生推力。

我們近期成功完成了1兆瓦發(fā)電機首輪測試。該系統(tǒng)是設計用于混合動力飛機的新型機載電源，此次測試的成功也將成為混合動力解決方案的重要基石。

為什么需要不同的推進架構(gòu)呢？區(qū)別在哪里呢？

考慮驅(qū)動飛機的方式時，有兩個主要的方向。

第一，動力源是什么？也就是說能量是怎么來的？動力源可以是使用傳統(tǒng)航空燃料的燃氣渦輪發(fā)動機，或是使用50%可持續(xù)航空燃料（SAF）混合的發(fā)動機，或是不遠的未來采用100%可持續(xù)航空燃料（SAF）的發(fā)動機。那么，即使依然使用燃氣渦輪發(fā)動機，整體解決方案也更加環(huán)保了?；蛘卟捎秒姵鼗蛉剂想姵刈鳛閯恿υ?，也可以有混合動力的解決方案。

第二，推力來源是什么？首先可以來自渦輪發(fā)動機本身，也就是我們現(xiàn)在出行所乘坐的飛機的推進方式。也可以來自電機，也就是前面說了很多的電力推進。然后，就是二者相結(jié)合的解決方案。

所以，結(jié)合這兩個層面的考慮，如果我們把使用航空燃料的傳統(tǒng)發(fā)動機放在坐標軸的左下角，不論是從動力源的方向出發(fā)，還是從推力來源的方向出發(fā)，最終都將達到全電解決方案。而其間則是多種混合動力解決方案，可以滿足不同客戶的各類飛行運營需求。

這些解決方案的優(yōu)勢有哪些呢？客戶為何對這些技術(shù)有所期待？

我們并不是單單為了技術(shù)而研究技術(shù)。這些解決方案最大的優(yōu)勢就是環(huán)境友好。

從運營的角度來說，全電解決方案能夠為我們帶來零排放的飛機，這非常有利于可持續(xù)發(fā)展。當然，更深一層的討論會涉及到電池或燃料電池的生產(chǎn)及原材料、電池達到使用壽命后的處理等等。但如果只討論運營環(huán)節(jié)，電池或燃料電池解決方案是非常環(huán)保的。

再說到電池的充電，這比目前我們所使用的傳統(tǒng)航空燃料成本低多了。比如說電動汽車，人們會對比，給電動汽車充電花的電費比起動輒三位數(shù)的加油費，那是低多了。也就是說，全電解決方案能夠降低運營成本。產(chǎn)生運營成本的另一個方面是維護。燃氣渦輪發(fā)動機結(jié)構(gòu)復雜、維護成本高，電力推進單元的維護成本相對較低。

還有就是安全性方面。分布式電力推進系統(tǒng)冗余性更好，從而更加安全。舉個例子，直升機是一個大的轉(zhuǎn)子帶動旋翼旋轉(zhuǎn)，如果這個轉(zhuǎn)子遇到故障，那麻煩就大了。而再看這些全新的電力推進飛行器，設計上一般有8、10、12、甚至30個由EPUs驅(qū)動的推進器或轉(zhuǎn)子，如果某個推進器或轉(zhuǎn)子遇到故障，這種分布式電力推進系統(tǒng)可以讓飛行器更安全地降落。

另一個優(yōu)勢則是噪聲低。對于全電解決方案來說，雖然依然有風扇和轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)，但因為沒有了燃氣渦輪發(fā)動機，噪聲大大降低。根據(jù)一些制造商發(fā)布的信息，在60-90米的高度，電力推進飛行器產(chǎn)生的聲音也就跟我們?nèi)粘Ａ奶斓穆曇舨畈欢啻蟆?/p>

全電解決方案是未來發(fā)展趨勢，只是時間和方式的問題。未來會有針對環(huán)保和可持續(xù)的規(guī)章出現(xiàn)，而全電解決方案從運營角度來看是可以做到零排放的。

在這個行業(yè)興起的過程中，有哪些我們必須克服的困難和障礙？

確實有很多挑戰(zhàn)。首先，是基礎設施——必須有相應的設施支持電池充電或更換。第二，要為這類垂直起降的飛行器建設專門的起降機場（Vertiport），人們在這些起降機場乘坐垂直起降飛行器。

建設充電或更換電池的基礎設施將是個復雜的任務，也需要大量資金。就像現(xiàn)在開電動車出行的人會遇到的困境，需要充電的時候找不到充電樁，垂直起降飛行器的配套設施也需要考慮類似問題。還有，充電設備不一定能適配所有垂直起降飛行器，目前來說這方面還沒有設立相關標準。

同時，電池的能量密度也是不一樣的，也就是說一個電池所能提供的能量大小不一樣。再加上電力推進系統(tǒng)的動力密度不盡相同，也就是說在一定時間內(nèi)能夠從一塊電池獲得的動力大小不一樣。在設計具體的電力推進系統(tǒng)時，會在能量密度和動力密度這兩者之間有所權(quán)衡，以滿足不同的需求，比如有的飛行器在起飛階段需要更多動力、有的希望飛行距離能夠更遠等等。因此，無法做出一個能夠適配所有飛行器的電池系統(tǒng)。而在電池領域，關于能量密度和動力密度的最佳組合，目前還沒有定論。

另一方面的挑戰(zhàn)是，我們提到的小型貨運無人機、“飛的”等都是采用全電解決方案的飛行器，而現(xiàn)有的電池種類并不能滿足如此多的應用需求。這也是為什么會有很多混合動力系統(tǒng)——用渦輪發(fā)電機來緩解一些電池的壓力，甚至在飛行中用渦輪發(fā)電機產(chǎn)生的電能給電池充電。這樣的結(jié)構(gòu)就不需要耗費大量時間在地面充電了。

適航審定則是另一個需要解答的難題。我們熟知現(xiàn)有的噴氣式發(fā)動機技術(shù)，世界各國、各地區(qū)的航空管理機構(gòu)有完善的適航審定相關要求及流程。而對于電力推進系統(tǒng)、混合動力系統(tǒng)等各類新技術(shù)，管理機構(gòu)需要先制定好相應的適航審定基礎。

在垂直起降飛行器這個新型領域，隨著發(fā)展，我們會看到行業(yè)的頭部企業(yè)形成和競爭者淘汰?，F(xiàn)在有200多家OEM公司活躍在這個領域，但未來不可能有200多種不同的飛行器。OEM會有一定整合。同時，一些OEM可能在技術(shù)上會遇到瓶頸，導致設計無法實現(xiàn)。而航空業(yè)的競爭成本是很高的，制造原型機和實現(xiàn)早期生產(chǎn)所需的資金可能達到5億美金。

因此，必然會有一些競爭者被淘汰。

可以預見的是，未來幾年，我們會看到一些最初進入這個市場的公司取得突破性進展。但他們能夠保持優(yōu)勢嗎？而當?shù)诙∣EM公司進入市場，在適航審定、飛行器設計等方面都有了更好的理解和積累，站在前人的肩膀上，將有可能帶領整個行業(yè)大踏步向前。

霍尼韋爾積極投身于電力推進和混合動力解決方案

在電力推進系統(tǒng)方面，我們與日本電裝集團（Denso）達成戰(zhàn)略合作伙伴關系。電裝集團在汽車領域積累了豐富經(jīng)驗，擁有廣泛的解決方案，服務于全球客戶。我們攜手電裝集團，利用我們在適航審定、系統(tǒng)集成、航空航天技術(shù)知識方面的專長，結(jié)合電裝集團在汽車規(guī)模生產(chǎn)及自動化方面的優(yōu)勢，共同努力，致力于打造電力推進單元核心系列產(chǎn)品，服務于多種不同動力級別、采用全電結(jié)構(gòu)的飛行器，助力AAM市場發(fā)展。我們?nèi)σ愿?，與電裝集團通力合作，開發(fā)原型機并期待早日投入生產(chǎn)。

在渦輪發(fā)電機和混合動力方面，霍尼韋爾在燃氣渦輪發(fā)動機設計和制造上擁有很長歷史，從APU、渦軸發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機到最新的1兆瓦發(fā)電機和250千瓦發(fā)電機，我們可以通過變速箱將燃氣渦輪發(fā)動機與發(fā)電機相集成，滿足客戶對于渦輪發(fā)電機的獨特需求。

關鍵詞： 混合動力