电推进技术受欧洲通用航空业青睐

6座Alcyon机型采用与双座Alerion相同的混合电推进系统以及分布式布局

1/3比例的缩比模型用于开发曼塔混合电推进VTOL/STOL的ANN2的飞行控制软件

近年来,电推进在通用航空领域掀起了一股创新浪潮,在欧洲表现尤其明显,欧洲的小型制造商构建了一个生态系统,生产用于娱乐、培训和其他目的的轻型飞机,多款新型电动飞机正处于不同的研发阶段。

飞行训练是欧洲首先实现电气化的市场

蝙蝠公司的VELIS Electro电动培训飞机于2020年6月10日获得欧洲航空安全局(EASA)的机型型号合格证,令电动航空领域振奋。EASA表示,对此款双座飞机的严格审查,为其他大型电动飞机的认证铺平道路。

对于斯洛文尼亚的蝙蝠飞机公司来说,根据EASACS-LSA轻型运动飞机规则获得Velis Electro的型号合格证(TC)是其研制进程的一个里程碑,其研制计划还包括高性能混合动力4座飞机和19座氢燃料电池推进支线飞机。Velis Electro获得EASA的认证,使欧洲的飞行学校能够在训练中直接利用电动飞机较低的运营成本。该飞机主要用于机场模式训练,加上24.5千瓦时电池系统的储备,续航时间在50分钟左右。

其他飞机制造商也瞄准了该市场,德国飞行设计公司计划在2022年让其双座F2E电动飞机获得EASA CS-23认证,飞机续航时间约2小时,外加75千瓦时的电池储备。该公司还计划研制一款4座的机型。

总部位于奥地利的钻石飞机工业公司正在开发一款基于4座DA40的DA40-EP电动型的培训系统。飞机配有快速充电或可更换电池,其设计续航时间为1.5小时。DA40-EP适用于模式训练,其驾驶舱布局与活塞发动机型相同,可实现集成训练解决方案。钻石公司属于中国万丰控股集团所有,其他中国制造商也在关注欧洲市场。辽宁锐翔通用航空正与Kasaero和德国超轻型飞行协会DULV合作,希望获得LSA批准,使其两座RX1E进入欧洲培训市场。

公务和支线航空可能采用混合电推进系统

欧洲通用航空市场下一步考虑研究混合电推进系统,尤其是氢燃料电池混合电推进。蝙蝠飞机公司作为欧洲Mahepa研究项目的领导者,在开发模块化混合电推进架构,该公司下一款电动飞机是4座大黑豹(Panthera)混合动力飞机。

Mahepa项目的第一个试验机是四座的HY4,采用燃料电池和蓄电池的混合动力系统,于2020年11月在德国开始飞行测试。采用内燃机和电池混合动力系统的大黑豹(Panthera)试验机将于2021年初试飞。在Mahepa项目下,蝙蝠飞机公司也在研究一款19座、采用燃料电池推进的飞机,预计将于2028年推出。

法 国 初 创 公 司Avions Mauboussin计划开发混合动力轻型飞机,作为向6座氢动力支线运输迈出的第一步。AvionsMauboussin公司总部位于法国贝尔福特,研制的串联双座轻型飞机Alerion M1h采用混合动力,以满足性能和审美要求。该款机型可在电驱动模式下实现短距起降,降低噪音,在巡航状态下,动力系统由燃油驱动,巡航速度约250千米/时。该机计划于2022年进行混合电推进型首飞,于2024年进行氢动力型首飞,在2024年底投入市场运行,并为Alcyon M3c提供基础储备,进而进入通用航空市场。

AlcyonM3c是一款支线短距起降飞机,可搭载5名乘客,与Alerion M1h双座飞机同样采用先混合然后氢动力的推进方式,其航程为1500千米,巡航速度将达到370千米/时。计划于2026年获得型号合格证并投入市场使用。双座飞机供私人使用和所有者商务飞行,更大的飞机适用于入门级的商务航空和按需空中出租车市场。

该混合动力系统基于赛峰集团开发的一台100千瓦的涡轮发电机构建,Avions公司创始人兼首席执行官大卫·加莱索表示,要使混合动力系统的重量与经典推进系统的重量相当,存在一定挑战。该系统需要一台高效、轻便的涡轮发电机,从本质上讲,它具有燃料灵活性,可以燃烧煤油、航空汽油或氢,所以可以在还没有广泛使用氢能源的地方运行。

Alerion采用一台涡轮发电机和两个电池组驱动一个电机,而较大型Alcyon采用两台涡轮发电机、四个电池、四个电机和螺旋桨,以提供更大的功率和冗余,在不同配置中使用相同组件,可抵御故障,提高冗余度。迄今为止,该公司自筹资金,目前在寻找外部投资者以及法国地区和国家政府的“绿色航空”资金支持。

初创公司曼塔飞机公司团队成员来自航空和赛车运动领域,正在开发一款可以垂直起落和短距起落的混合电推进飞机。曼塔飞机公司的ANN 最初是一款专为一级方程式赛车设计的单座运动飞机ANN1,但现在已经发展成为一款双座飞机ANN2,目标是私人飞行和区域范围内的商务飞行。

ANN2采用非常规构型,前置鸭翼、机翼、双垂直尾翼以及8台电动涵道风扇,其中四台嵌在机身前后用于提供垂直升力,另外四台安装在机翼前缘,可在垂直升力和前飞推力之间倾转。混合电力推进系统基于一台335马力的涡轮发动机,可使用Jet A-1航空煤油、柴油或生物燃料。

垂直起降(VTOL)时的动力由涡轮发动机和电池共同提供,在飞机以约300千米/时的速度巡航时,所需功率为50%~60%,可由涡轮发动机驱动,涡轮发动机的剩余输出功率可用来给电池充电。因此,首席执行官兼首席技术官卢卡斯·马尔切西尼表示,该款飞机避免了对地面基础设施改进的要求,如果该款飞机不需要充电或更换电池,可以加速推广应用。

该飞机设计为在VTOL运行中飞行200~300千米,飞机具有大的机翼油箱,在STOL运行中,可以从机场携带更多燃料,航程超过600千米,具备执行快速货运和海岸巡逻等任务的潜力。运营成本200~250欧元/时(250~300美元),大大低于执行类似任务的直升机。

曼塔飞机公司已经开始飞行ANN2的1/3缩比模型,为复杂构型开发飞行控制律。它有16个控制效应器,根据飞行条件进行组合使用:前翼、副翼、襟翼和方向舵,以及单个发动机的推力和反作用力矩,马尔切西尼表示,分布式推进对提供飞机机动性有很大的潜力。

曼塔公司计划于2021年中冻结全尺寸原型机的设计,并于2022年中首次试飞。马尔切西尼表示,该研制计划有点激进,曼塔公司希望在第二季度完成首轮融资,找到一个制造飞机的行业合作伙伴。