上期，霍尼韋爾航空航天集團(tuán)高級(jí)總監(jiān)菲爾·羅賓森（Phil Robinson ）帶我們了解了氫燃料電池相關(guān)技術(shù)。今天，我們來看看霍尼韋爾航空航天集團(tuán)高級(jí)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(dòng)力推進(jìn)技術(shù)。

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

(相關(guān)資料圖)

VTOL（Vertical Takeoff and Landing）

是指垂直起降的飛行器，比如直升機(jī)、旋翼機(jī)這些起飛和降落都可以在同一地點(diǎn)完成的飛機(jī)，不像固定翼飛機(jī)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(dòng)的垂直起降飛機(jī)，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(dòng)機(jī)，而是由電池或Phil談到的氫燃料電池驅(qū)動(dòng)。

OEM（Original Equipment Manufacturers）

是指原始設(shè)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(jī)系統(tǒng)，比如一些小型無人機(jī)；UAM指城市空中交通，包括稍大一些的貨運(yùn)無人機(jī)、“飛的”等在城市區(qū)域運(yùn)營(yíng)的飛行器。

AAM（Advanced Air Mobility）

即先進(jìn)空中交通，指一項(xiàng)新興的、革新性的航空技術(shù)，可用于經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行城市與市郊地區(qū)的貨運(yùn)和客運(yùn)。也有一些人把AAM的概念擴(kuò)大，將其看做航空2.0，涵蓋幫助塑造新興航空市場(chǎng)的所有全新技術(shù)，包括UAS、UAM以及固定翼飛機(jī)的混合動(dòng)力和全電架構(gòu)。再說到航空運(yùn)輸和支線飛機(jī)，我們稱這一航空細(xì)分領(lǐng)域?yàn)锳TR，也有很多飛機(jī)制造商在行動(dòng)。

目前，已經(jīng)有200多家OEM公司進(jìn)入了AAM市場(chǎng)，他們專注于各類飛行任務(wù)和運(yùn)營(yíng)，包括用于快遞行業(yè)的小型一級(jí)或二級(jí)貨運(yùn)無人機(jī)、將會(huì)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(yùn)營(yíng)更環(huán)保高效的核載12-19名乘客的飛機(jī)，還有就是ATR市場(chǎng)的新型零排放窄體或?qū)掦w飛機(jī)。我們正在與這個(gè)市場(chǎng)的合作伙伴共同研究用于新型窄體機(jī)的創(chuàng)新技術(shù)。

令人激動(dòng)的是，AAM市場(chǎng)的OEM公司正在不斷前進(jìn)。

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。可以看出人們對(duì)這個(gè)領(lǐng)域非常感興趣。

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

這些是這個(gè)AAM市場(chǎng)正在發(fā)生的，而且進(jìn)展非?？臁?/p>

說到電力推進(jìn)和混合動(dòng)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(dòng)一架飛機(jī)。當(dāng)我們討論全電解決方案時(shí)，意味著我們需要電力推進(jìn)單元EPUs（Electric Propulsion Units）。EPUs由電機(jī)和電機(jī)控制器組成，他們通過帶動(dòng)轉(zhuǎn)子或風(fēng)扇來驅(qū)動(dòng)飛機(jī)。這些EPUs是電動(dòng)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(jī)，這就需要用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)搭配發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電力，也就是我們所說的混合動(dòng)力解決方案。

霍尼韋爾在整條價(jià)值鏈上都有相應(yīng)的解決方案。

我們可以根據(jù)客戶特定飛行運(yùn)營(yíng)要求生產(chǎn)相適用的渦輪發(fā)電機(jī)，通過電力分配系統(tǒng)，將電力輸送到電力推進(jìn)單元。然后，電力推進(jìn)單元將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子，進(jìn)而產(chǎn)生推力。

我們近期成功完成了1兆瓦發(fā)電機(jī)首輪測(cè)試。該系統(tǒng)是設(shè)計(jì)用于混合動(dòng)力飛機(jī)的新型機(jī)載電源，此次測(cè)試的成功也將成為混合動(dòng)力解決方案的重要基石。

為什么需要不同的推進(jìn)架構(gòu)呢？區(qū)別在哪里呢？

考慮驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的方式時(shí)，有兩個(gè)主要的方向。

第一，動(dòng)力源是什么？也就是說能量是怎么來的？動(dòng)力源可以是使用傳統(tǒng)航空燃料的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，或是使用50%可持續(xù)航空燃料（SAF）混合的發(fā)動(dòng)機(jī)，或是不遠(yuǎn)的未來采用100%可持續(xù)航空燃料（SAF）的發(fā)動(dòng)機(jī)。那么，即使依然使用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，整體解決方案也更加環(huán)保了。或者采用電池或燃料電池作為動(dòng)力源，也可以有混合動(dòng)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(dòng)機(jī)本身，也就是我們現(xiàn)在出行所乘坐的飛機(jī)的推進(jìn)方式。也可以來自電機(jī)，也就是前面說了很多的電力推進(jìn)。然后，就是二者相結(jié)合的解決方案。

所以，結(jié)合這兩個(gè)層面的考慮，如果我們把使用航空燃料的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)放在坐標(biāo)軸的左下角，不論是從動(dòng)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(dá)到全電解決方案。而其間則是多種混合動(dòng)力解決方案，可以滿足不同客戶的各類飛行運(yùn)營(yíng)需求。

這些解決方案的優(yōu)勢(shì)有哪些呢？客戶為何對(duì)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(shì)就是環(huán)境友好。

從運(yùn)營(yíng)的角度來說，全電解決方案能夠?yàn)槲覀儙砹闩欧诺娘w機(jī)，這非常有利于可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)然，更深一層的討論會(huì)涉及到電池或燃料電池的生產(chǎn)及原材料、電池達(dá)到使用壽命后的處理等等。但如果只討論運(yùn)營(yíng)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(dòng)汽車，人們會(huì)對(duì)比，給電動(dòng)汽車充電花的電費(fèi)比起動(dòng)輒三位數(shù)的加油費(fèi)，那是低多了。也就是說，全電解決方案能夠降低運(yùn)營(yíng)成本。產(chǎn)生運(yùn)營(yíng)成本的另一個(gè)方面是維護(hù)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)成本高，電力推進(jìn)單元的維護(hù)成本相對(duì)較低。

還有就是安全性方面。分布式電力推進(jìn)系統(tǒng)冗余性更好，從而更加安全。舉個(gè)例子，直升機(jī)是一個(gè)大的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)，如果這個(gè)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(jìn)飛行器，設(shè)計(jì)上一般有8、10、12、甚至30個(gè)由EPUs驅(qū)動(dòng)的推進(jìn)器或轉(zhuǎn)子，如果某個(gè)推進(jìn)器或轉(zhuǎn)子遇到故障，這種分布式電力推進(jìn)系統(tǒng)可以讓飛行器更安全地降落。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)則是噪聲低。對(duì)于全電解決方案來說，雖然依然有風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)，但因?yàn)闆]有了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，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(jìn)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(shì)，只是時(shí)間和方式的問題。未來會(huì)有針對(duì)環(huán)保和可持續(xù)的規(guī)章出現(xiàn)，而全電解決方案從運(yùn)營(yíng)角度來看是可以做到零排放的。

在這個(gè)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(shí)有很多挑戰(zhàn)。首先，是基礎(chǔ)設(shè)施——必須有相應(yīng)的設(shè)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(shè)專門的起降機(jī)場(chǎng)（Vertiport），人們?cè)谶@些起降機(jī)場(chǎng)乘坐垂直起降飛行器。

建設(shè)充電或更換電池的基礎(chǔ)設(shè)施將是個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，也需要大量資金。就像現(xiàn)在開電動(dòng)車出行的人會(huì)遇到的困境，需要充電的時(shí)候找不到充電樁，垂直起降飛行器的配套設(shè)施也需要考慮類似問題。還有，充電設(shè)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(shè)立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，電池的能量密度也是不一樣的，也就是說一個(gè)電池所能提供的能量大小不一樣。再加上電力推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力密度不盡相同，也就是說在一定時(shí)間內(nèi)能夠從一塊電池獲得的動(dòng)力大小不一樣。在設(shè)計(jì)具體的電力推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)在能量密度和動(dòng)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(dòng)力、有的希望飛行距離能夠更遠(yuǎn)等等。因此，無法做出一個(gè)能夠適配所有飛行器的電池系統(tǒng)。而在電池領(lǐng)域，關(guān)于能量密度和動(dòng)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(yùn)無人機(jī)、“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(yīng)用需求。這也是為什么會(huì)有很多混合動(dòng)力系統(tǒng)——用渦輪發(fā)電機(jī)來緩解一些電池的壓力，甚至在飛行中用渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能給電池充電。這樣的結(jié)構(gòu)就不需要耗費(fèi)大量時(shí)間在地面充電了。

適航審定則是另一個(gè)需要解答的難題。我們熟知現(xiàn)有的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，世界各國(guó)、各地區(qū)的航空管理機(jī)構(gòu)有完善的適航審定相關(guān)要求及流程。而對(duì)于電力推進(jìn)系統(tǒng)、混合動(dòng)力系統(tǒng)等各類新技術(shù)，管理機(jī)構(gòu)需要先制定好相應(yīng)的適航審定基礎(chǔ)。

在垂直起降飛行器這個(gè)新型領(lǐng)域，隨著發(fā)展，我們會(huì)看到行業(yè)的頭部企業(yè)形成和競(jìng)爭(zhēng)者淘汰。現(xiàn)在有200多家OEM公司活躍在這個(gè)領(lǐng)域，但未來不可能有200多種不同的飛行器。OEM會(huì)有一定整合。同時(shí)，一些OEM可能在技術(shù)上會(huì)遇到瓶頸，導(dǎo)致設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)。而航空業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)成本是很高的，制造原型機(jī)和實(shí)現(xiàn)早期生產(chǎn)所需的資金可能達(dá)到5億美金。

因此，必然會(huì)有一些競(jìng)爭(zhēng)者被淘汰。

可以預(yù)見的是，未來幾年，我們會(huì)看到一些最初進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)的公司取得突破性進(jìn)展。但他們能夠保持優(yōu)勢(shì)嗎？而當(dāng)?shù)诙∣EM公司進(jìn)入市場(chǎng)，在適航審定、飛行器設(shè)計(jì)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(lǐng)整個(gè)行業(yè)大踏步向前。

霍尼韋爾積極投身于電力推進(jìn)和混合動(dòng)力解決方案

在電力推進(jìn)系統(tǒng)方面，我們與日本電裝集團(tuán)（Denso）達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。電裝集團(tuán)在汽車領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，擁有廣泛的解決方案，服務(wù)于全球客戶。我們攜手電裝集團(tuán)，利用我們?cè)谶m航審定、系統(tǒng)集成、航空航天技術(shù)知識(shí)方面的專長(zhǎng)，結(jié)合電裝集團(tuán)在汽車規(guī)模生產(chǎn)及自動(dòng)化方面的優(yōu)勢(shì)，共同努力，致力于打造電力推進(jìn)單元核心系列產(chǎn)品，服務(wù)于多種不同動(dòng)力級(jí)別、采用全電結(jié)構(gòu)的飛行器，助力AAM市場(chǎng)發(fā)展。我們?nèi)σ愿?，與電裝集團(tuán)通力合作，開發(fā)原型機(jī)并期待早日投入生產(chǎn)。

在渦輪發(fā)電機(jī)和混合動(dòng)力方面，霍尼韋爾在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造上擁有很長(zhǎng)歷史，從APU、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)到最新的1兆瓦發(fā)電機(jī)和250千瓦發(fā)電機(jī)，我們可以通過變速箱將燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)相集成，滿足客戶對(duì)于渦輪發(fā)電機(jī)的獨(dú)特需求。

關(guān)鍵詞： 混合動(dòng)力