2021年，在碳中和遠景目標的牽引下，全球航空業(yè)正從提高燃油效率的漸進式發(fā)展向開發(fā)新的低碳推進技術(shù)與新燃料的革命性方向轉(zhuǎn)變。其中，可持續(xù)航空燃料（SAF）、新型混合動力推進技術(shù)、氫動力技術(shù)都在2021年取得積極進展。民用飛機圍繞航空業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展，依舊遵循綠色、節(jié)能、降噪、減排的總目標持續(xù)推進，總體氣動技術(shù)呈現(xiàn)出穩(wěn)中有新的特點。

一、多項氣動技術(shù)研究取得突破

HiFly采用A330飛機測試三葉翼梢小翼。2021年6月，葡萄牙飛機租賃運營商HiFly使用一架空客A330作為改裝試驗平臺，測試由德國APC公司研發(fā)的三葉翼梢小翼。該翼梢小翼具有3個設(shè)置在不同角度的葉片，旨在降低1%-2%的飛機燃油消耗，同時優(yōu)化飛機的整體性能，這種改裝可以在不到1天的時間內(nèi)完成。

空客推出超高性能機翼技術(shù)驗證機。9月份，空客公司啟動了一項超高性能機翼技術(shù)驗證機，優(yōu)化未來飛機機翼的氣動性能。該項目基于塞斯納“獎狀”VII公務(wù)機平臺集成超高性能機翼技術(shù)，并在典型飛行條件下試飛。超高性能機翼可與任何推進解決方案和飛機構(gòu)型兼容，減少碳排放。該技術(shù)參考鷹的飛行方式，研究實現(xiàn)機翼主動控制的各種技術(shù)模塊，可調(diào)整機翼的形狀、翼展以及表面，提高飛行效率。

DLR利用歐洲跨聲速風洞開展飛機起降噪聲定位研究。6月份，德國航空航天中心（DLR）首次利用歐洲跨聲速風洞（ETW）對巴西航空工業(yè)公司的高升力飛機在起降時的噪聲源進行識別與定位研究。此次研究中采用了粒子圖像測速技術(shù)（PIV）和麥克風陣列測量技術(shù)。研究結(jié)果將與巴西航空工業(yè)公司試飛數(shù)據(jù)對比分析，以便對飛機起降時的噪聲源實施精確定位。

日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)將與波音合作開發(fā)飛機降噪技術(shù)。8月份，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）計劃與波音合作開發(fā)飛機起降降噪技術(shù)，降低機場周圍噪音的總體水平。JAXA希望能與波音通過飛行測試共同制定降噪技術(shù)驗證計劃，于2022年3月前確定降噪裝置的設(shè)計概念，開發(fā)飛行測試裝置，并在2023年前后進行評估。

多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化能力不斷擴展。7月份，斯坦福大學(xué)的研究人員在SUAVE概念設(shè)計框架的基礎(chǔ)上，開發(fā)了用于電動垂直起降飛機構(gòu)型設(shè)計的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化新功能，包括電池損耗建模、螺旋槳推力和升力面氣動力耦合分析、全機聲學(xué)預(yù)測方法。

空客完成EcoPulse推進系統(tǒng)風洞試驗。6月份，空客在其英國菲爾頓工廠完成了EcoPulse驗證機的推進系統(tǒng)風洞試驗，該推進系統(tǒng)包括功率為50千瓦的賽峰電機、DUC航空螺旋槳以及空客制造的發(fā)動機短艙。此次試驗，分析了螺旋槳與電機冷卻系統(tǒng)的整體性能，測量了電機以不同速度功率水平運轉(zhuǎn)時的推力，還對螺旋槳進行了評估。

二、 常規(guī)構(gòu)型飛機持續(xù)改進

波音737MAX 10飛機首飛。2021年737MAX在全球多個國家獲得復(fù)飛許可，年交付量達到245架。自2020年11月737MAX重新獲得美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）認證以來，于2021年加拿大、英國等國家都為該型飛機的復(fù)飛亮了綠燈，全球多家航空公司的737MAX重新投入運營。我國也在2021年底向737MAX發(fā)布了適航許可。波音737 MAX系列中最大的型別737MAX 10，于6月18日從華盛頓的倫頓市政機場起飛，飛行約2個半小時，飛機的各個系統(tǒng)、飛行控制與操縱品質(zhì)都完全符合預(yù)期。波音將與監(jiān)管機構(gòu)密切合作啟動全面測試工作，以盡快獲得型號合格證，確保2023年投入運營。

圖1 波音737MAX 10飛機

生產(chǎn)缺陷致波音787暫停交付。2021年年中，波音787被查出存在生產(chǎn)缺陷并暫停交付，全年僅交付14架，遠低于2020年53架的交付量，與其疫情前百架以上的交付水平更是相去甚遠。此外，波音公司表示，由于新冠疫情影響，777X的認證將延遲到2023年底。

空客A321XLR飛機進入制造階段。空客公司于2021年開始進行第一架機的前機身、中段機身和后機身以及機翼的主要部件組裝，預(yù)計在2023年進入運營服務(wù)。2021年2月，空客公司已開始進行首架A321XLR窄體客機零部件生產(chǎn)；4月，完成了首個中央翼盒組裝，隨后又完成了首個后部中央油箱組裝；7月，進行機頭和前機身的組裝；12月份，首架A321XLR測試飛機進入最后總裝階段，并計劃于2022年進行飛行測試和適航認證，2023年投入使用。

圖2 A321XLR首架測試飛機總裝

MC-21飛機獲俄羅斯型號合格證。3月份，俄羅斯伊爾庫特公司一架MC-21-300飛機飛抵俄羅斯北部的阿爾漢格爾斯克，開展自然結(jié)冰下的飛行評估認證。4月份，MC-21-300完成一系列自然結(jié)冰認證測試，表明MC-21-300符合俄羅斯及歐洲航空標準，12月28日，獲俄羅斯聯(lián)邦航空運輸局頒發(fā)的型號合格證。

巴航推出新型渦槳支線飛機。2021年8月，巴航發(fā)布了下一代渦槳飛機概念。根據(jù)巴航發(fā)布的概念圖及相關(guān)信息可以看出，新渦槳飛機基本構(gòu)型仍采用傳統(tǒng)形式，基于現(xiàn)有E-jets飛機進行改裝，采用尾吊式發(fā)動機、T型尾翼布局。據(jù)稱，該款機型可作為基礎(chǔ)平臺，在未來集成新型推進系統(tǒng)。新型渦槳飛機包括70座和90座兩個型別，并有望于2027年投入使用，將成為ATR 72系列和Dash8 Q400等飛機的市場競爭對手。

圖3 巴航工業(yè)的新渦槳支線飛機概念

三、新能源飛行器推陳出新

空客公司推出新一代CityAirbus飛行器。9月，空客宣布了新的CityAirbus計劃。該機是一種零排放的全電動飛行器，可搭載4名乘客，采用分布式推進系統(tǒng)，配備了固定翼、V 形尾翼和8個電動螺旋槳，并針對懸停和巡航效率進行了優(yōu)化，航程可達80千米，巡航速度可達120千米/小時，適合在主要城市執(zhí)行各種任務(wù)。CityAirbus采用低噪聲設(shè)計，飛行聲級低于65dB（A），著陸聲級低于70dB（A）。

圖4 空客CityAirbus NextGen飛行器

巴航推出Energia系列全新飛機概念設(shè)計。為支持航空業(yè)在2050年實現(xiàn)凈零碳排放目標，11月份，巴航推出了4款采用可再生能源動力的全新飛機概念設(shè)計Energia系列，其中兩型9座級小型商務(wù)機（E9-HE和E9-FE）、一型19座級小型客機（E19-H2FC）、一型35~50座級小型客機（E50-H2GT）。4型飛機在總體和氣動布局上具有很高的相似性，都采用常規(guī)氣動布局、T形尾翼和置于機身后部的螺旋槳發(fā)動機，但動力系統(tǒng)不同，分別采用電力、氫燃料電池、雙燃料燃氣輪機和混合動力等不同的推進技術(shù)。

圖5 巴航工業(yè)推出的Energia 系列4款概念飛機

Electra公司推出新型多功能混合電動超短距起降客機。6月份，Electra公司推出混合電動超短距起降客機。該機翼展14.63米，由8臺混合動力裝置驅(qū)動電動螺旋槳提供升力，可在足球場大小的場地內(nèi)安全起降，起降速度不大于48公里/小時，可搭載7名乘客和1名飛行員，設(shè)計航程約804公里，巡航速度320公里/小時。計劃于2026年獲得美國聯(lián)邦航空局型號合格證，2027年投入運營。

德國航空航天中心研發(fā)百座級混合電推進支線飛機系統(tǒng)。11月份，德國航空航天中心（DLR）、空客、羅羅、包豪斯航空聯(lián)合研發(fā)百座級混合電推進支線飛機系統(tǒng)，采用分布式混合電推進方案，機身安裝渦輪發(fā)電機，沿機翼前緣布置10臺電動機。螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計和分布式電推進可有效減小機翼翼展與尾翼尺寸，降低約10%的能耗。

混合動力雅克-40進行飛行演示。7月份，在莫斯科航展上，配備燃氣渦輪發(fā)動機與超導(dǎo)電機混合動力裝置的雅克-40LL驗證機進行了演示飛行，該動力裝置于2月開始測試。

ZeroAvia公司多尼爾228飛機推進氫燃料飛行測試。7月份，ZeroAvia公司稱已獲得兩架用于飛行測試的19座多尼爾228飛機，研發(fā)氫燃料驗證機。采用兩臺600KW氫電推進系統(tǒng)替換目前的兩臺發(fā)動機，氫燃料箱可儲存100公斤的液態(tài)氫，保證航程可達到800公里。

英國FlyZero項目公布零排放客機概念。12月份，英國FlyZero項目團隊公布了兩型零排放飛機（液態(tài)氫動力中型客機、單通道中小型客機）設(shè)計概念。液態(tài)氫動力中型飛機能搭載279名乘客，可在倫敦和舊金山之間連續(xù)飛行，航程約5000海里（9260公里）。單通道中小型客機概念，在12月1日英國皇家航空學(xué)會推進系統(tǒng)會議上進行了展示了。

歐美多家航空企業(yè)開展可持續(xù)航空燃料試飛。11月份，羅羅、空客、德國航空航天中心（DLR）、SAF生產(chǎn)商耐斯特和曼徹斯特大學(xué)、加拿大國家研究委員會在法國圖盧茲合作使用一架A350飛機開展可持續(xù)航空燃料（SAF）試飛，并通過后方100米的一架小型飛機檢測排放情況，測試結(jié)果預(yù)計明年年底發(fā)布。美國聯(lián)合航空與波音公司、CFM國際公司將合作進行使用100%SAF試運營一架全新的737 MAX 8飛機，其中一臺發(fā)動機使用500加侖SAF，另一臺發(fā)動機使用相同體積的常規(guī)燃料，搭載100多名乘客從芝加哥飛往華盛頓特區(qū)。巴西航空工業(yè)公司與普惠簽署諒解備忘錄，計劃制定一項E195-E2飛機使用100% SAF的綜合地面與飛行試驗計劃。

四、超聲速民機技術(shù)取得新進展

Aerion公司提出AS3超聲速客機計劃。3月份，Aerion公司透露，將開發(fā)新一代超聲速客機AS3飛機，可搭載50名乘客，以4馬赫速度飛行7000海里（12964千米），預(yù)計將在2030年前首飛。5月份，Aerion超聲速公司未能籌集到足夠的資金繼續(xù)開發(fā)AS2超聲速公務(wù)機，公司終止了運行。

圖6 Aerion公司的AS2超聲速客機

美國轟鳴（Boom）超聲速公司繼續(xù)開發(fā)其XB-1驗證機。于6月份獲得美國聯(lián)合航空公司采購15架“序曲”超聲速客機的訂單。同時，如果“序曲”滿足安全、運營和可持續(xù)性要求，美聯(lián)航還會追加35架該型客機的選擇權(quán)。“序曲”超聲速客機將采用100%可持續(xù)航空燃料，其最大飛行速度可達馬赫數(shù)1.7，是當前最快客機飛行速度的2倍，計劃2025年完成原型機總裝出廠，2026年首飛，2029年正式投入運營。

X-59技術(shù)驗證機進入總裝準備階段。9月份，NASA公布完成了飛機外部視覺系統(tǒng)（eXternal Vision System，XVS）的各項測試工作，包括飛行測試和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試（結(jié)構(gòu)完整性振動測試），準備好了將該系統(tǒng)安裝到X-59上。11月20日，美國NASA公布已拆除X-59靜音超聲速技術(shù)（QueSST）驗證機的外部支架，將在檢查機身結(jié)構(gòu)后進入總裝準備階段。（航空工業(yè)發(fā)展研究中心 王妙香）

關(guān)鍵詞： 氣動技術(shù)