E-Fan X下馬引發的思考

董幗雄

一場突如其來的新冠肺炎疫情不僅讓十多年來高速發展的全球民航運輸業一度陷入停擺，更打亂了飛機制造商和供應商們的生產計劃。進入4月后，這種影響非但沒有衰減的跡象，相反由于受到資金、人力等多重因素的影響，一些原本進展頗為順利的預研項目被驟然叫停。

4月24日，作為混合電推進飛機項目中最受關注的，同時也是歐盟“凈潔天空”計劃重要組成部分的E-Fan X項目被叫停。而就在一個多月之前，該項目剛剛在英國完成了最后一次驗證機試驗飛行，按計劃下一步將安裝由羅羅公司研發的混合電推進系統，并在新構型下開展新一輪試飛。

如今，E-Fan X項目毫無征兆地戛然止步，一方面令人感到惋惜，另一方面也讓業界對空客內部創新動向和混合電推進飛機的未來浮想聯翩。

E-Fan X的由來

早在十多年前，空客就已經意識到電動飛行將是未來飛機的重要發展方向。于是在2012年，空客率先推出了第一架完全由電力驅動的飛機——E-Fan驗證機。這架驗證機由法國飛機制造商ACS公司制造，得到了賽峰集團、卓達宇航集團和西門子公司的技術支持。

2014年3月，E-Fan驗證機在法國波爾多成功完成第一次試飛。一年后，在巴黎航展上，一架純電動的雙座E-Fan2.0首次進行公開展示?？湛捅硎?，計劃在2050年前后推出100座的混合電推進飛機并力爭投入商業運營。隨后，空客又在波城建立了第一條E-Fan2.0全電動飛機總裝線。與此同時，空客還啟動了更大尺寸的4座電力飛機E-Fan4.0的研發工作。雖然，E-Fan4.0最終被空客叫停，但是公司并沒有放棄對電推進技術的研發。相反，通過上述幾個項目的研制，空客調整了技術發展路徑。

2016年，空客宣布與西門子合作，并計劃在2020年前研制采用電推進或混合電推進技術的飛機并開展飛行試驗，在2030年前生產100座級以下的混合電推進飛機。在此之后，空客將研發重點從純電動飛機轉向了混合電推進飛機。

在2016年的飛來者大會上，空客展示了采用混合電推進系統的E-Fan1.2。與之前的純電動飛機相比，E-Fan1.2在飛機駕駛艙后部加裝了一個活塞發動機，如此，一方面可以提供更大巡航速度下平飛所需要的動力，另一方面可以為鋰電池充電。

之后，空客宣布與西門子、羅羅合作，聯合研發基于分布式混合電推進系統的“E-Airbus”100座級支線客機，并在歐盟“航跡2050”的框架下開展深入研究。

E-Airbus采用6臺電動風扇，每個機翼上沿展向分布3臺，通過一個燃氣動力單元（即渦扇發動機連接到發電機以產生電力）為6 臺風扇提供電力和為電能存儲裝置充電，推進系統的等效涵道比超過20。

2017年，空客召開技術委員會執行會議，決定精簡電動飛機項目，集中精力把純電動雙座教練機E-Fan項目轉化為一個更大膽的項目——E-Fan X。

E-Fan X驗證機采用混合電推進系統，旨在探索大功率推進系統相關的技術難題，如熱效應、電推力管理、電力系統的高度響應、電磁兼容性等。同時該項目設定的目標還包括確定電動飛機未來取證的要求，使混合電推進飛機的商業化應用更進一步。空客表示：“E-Fan X是在可預見的未來實現電動飛行的重要一步。空客將從過去電動飛行驗證機的研發中吸取經驗，這將為安全、高效、經濟的混合動力單通道民用飛機發展鋪平道路?！?/p>

為此，空客與羅羅、西門子進行了相應的分工。其中，空客負責混合動力電推進系統的控制架構和電池整合，以及推進系統與飛行控制系統的整合。羅羅負責渦軸發動機、兩兆瓦發電機、相關電子設備，以及與空客一起對現有發動機短艙和西門子電動機進行風扇適配工作。西門子提供兩兆瓦的電動機及其電子控制單元，以及變頻器、直流轉換器和能量分配系統。

這將基于2016年啟動的空客與西門子在E-Aircraft System House項目的合作成果，其目標是研發并完善不同電力推進系統組件以及各種功率級別的地面驗證。

2019年，羅羅收購了西門子的電動和混合電航空推進業務，以加速公司實現電氣化戰略。收購完成后，E-Fan X項目的主體也變成了空客和羅羅，后者承接了原來由西門子負責的相關研發工作，同時雙方將共同負責熱管理和控制架構等技術。

試驗成果頗豐

E-Fan X項目中，空客選擇了由英國宇航公司（BAE）研制的一款曾暢銷一時的支線飛機BAE146/RJ100為飛行測試平臺，飛機上4臺霍尼韋爾公司生產的LF507渦扇發動機中的一臺將由一臺功率為2兆瓦的電動機所取代。

E-Fan X項目獲得了英國政府5800萬英鎊的投資，飛行測試平臺的主要改裝工作也在英國進行，并由BAE公司所主導。主要改裝工作包括將一臺發動機換成羅羅公司研發的電推進風扇和電機，其中后者將被安裝在現有的發動機整流罩內。應急動力裝置（EPU）將由位于飛機后部的羅羅AE2100燃氣渦輪驅動的2.5MW發電機以及飛機前部的電池系統供電。當時，羅羅公司曾表示，未來這一電推進系統將成為最大功率的飛機發電機。

在BAE公司著手進行前期改裝和測試飛行的同時，羅羅則在加快包括燃氣輪機、發電機、配電系統、電機和EPU混合電系統的試驗測試，待全部試驗完成后將被集成到BAE146/RJ100飛行平臺上進行第二輪飛行測試。

此外，BAE還在加緊與空客合作對BAE146/RJ100飛機進行進一步改裝。其中包括增加熱交換器、增加進氣口和飛機機身排氣口等，以解決混合電推進系統產生的熱量過高的問題。

空客方面則在加快進行縮比模型的風洞試驗。就在E-Fan X項目被叫停的兩個月前，空客在英國完成了E-Fan X的1：8縮比模型風洞試驗。該風洞可測量3.65米×3米的試驗段，并可產生速度達到347.5千米/小時的氣流。按1：8比例試驗時，E-Fan X模型翼展超過3米?？湛捅硎?，完成了風洞試驗之后，將有助于他們更好地了解E-Fan X的整體氣動性能和飛行品質。

如果項目未被取消的話，在完成風洞試驗和改裝之后，E-Fan X將由空客試驗運行部負責開展第二階段的試飛試驗。主要的飛行試驗計劃2021年底在法國圖盧茲進行，預計整個試驗將持續6個月。在此期間，空客除了將測試飛機在不同環境下的操縱和氣動特性之外，更重要的是要與羅羅一起密切關注氣動系統性能，并記錄電流和電壓的情況，從而為未來混合電推進技術在窄體客機上的應用打下技術基礎。

目前，雖然E-Fan X項目已正式叫停，但羅羅已明確表示，公司將繼續獨立完成發電系統的地面測試工作。這也意味著羅羅將對正在挪威特隆赫姆工廠進行測試的發電機與在德比和印第安納波利斯研發的功率控制和熱管理系統進行集成。羅羅公司表示，繼續完成這項工作將有助于他們更全面地掌握相關技術及相應的知識產權，未來公司為E-Fan X所研發的混合電推進系統或將適用于其他混合電推進飛機。

超前投資不會停

盡管在諸多因素的共同作用下，空客和羅羅共同決定終止E-Fan X項目，但是作為主制造商和主要供應商，對于產業鏈的超前投資的步伐或許并不會就此止步。

從過去波音的“小跟班”到如今超越波音，坐上商用飛機市場的頭把交椅，空客的成功與其勇于創新、超前布局不無關系。近年來，空客與諸多企業一起合作，大膽引入顛覆性技術，大力加強對電動飛機的研發，為2025或2030年該技術在商用飛機市場的應用策馬揚鞭。

在小型通用飛機方面，空客已經研制了Cri-Cri單座電動飛機（2010年9月7日首飛）、與西門子聯合研制的E-FAN1.1（30千瓦級別電動機）在2015年實現跨英吉利海峽飛行、與鉆石飛機公司合作開發了基于DA40的混和電動飛機。

支線飛機方面，空客與羅羅合作進行了E-Fan X的研制。在干線飛機方面，空客與西門子還在開發A320級別的飛機用混合電推進技術。這需要巡航階段產生20兆瓦電，最大功率為40兆瓦。此外，空客與羅羅合作提出的E-Thrust混合電單通道概念飛機也有望在未來20年內成為現實。

與此同時，近幾年來，隨著全球城市空運概念的興起，空客也開始重點研發eVTOL，試圖以其為切入點率先進入城市空運（UAM）市場?？湛湍壳罢谕七M2個城市空運飛行器計劃，分別是位于美國硅谷A3分部（2015年成立）負責的單座伐訶那（Vahana）以及位于德國多瑙沃爾特的空客直升機負責的4座城市空客（City Airbus），均為全電推進形式。

為了協調城市空運計劃的研發，空客于2018年創建了城市空運部門，該部門位于德國奧托布倫市，靠近空客公司技術辦公室和無人駕駛航空系統部，空客直升機位于多瑙沃爾特的工廠也在附近?？湛湍壳罢趯⑺谐鞘锌者\的研發工作集中到該部門。

在此特別說一下City Airbus項目。該垂直起降飛機于2019年5月在德國空客直升機飛行測試中心進行了首次無人系統飛行。公開數據顯示，City Airbus的巡航速度為120公里/小時，其動力由四組同軸反轉涵道風扇提供，風扇由8個100千瓦的電動機驅動。City Airbus選用了純電動設計，以滿足低噪音、零排放的環保要求，其儲能系統為4枚總能量為140千瓦時的動力電池，可各自提供140千瓦峰值功率，設計最大航程為50公里，具備全自動駕駛功能。

但同時空客也表示，City Airbus目前面臨著3個設計方面的困難，一是能量存儲技術，需要開發高能量密度的電池，以支持超過15分鐘的飛行;二是自動飛行控制系統的成熟度;三是噪音水平，空客正在開展相關工作，旨在控制飛行器的噪音水平，噪音上限為65分貝，與過往的地鐵噪音水平接近?？湛凸烙嬜钤绲?025年在慕尼黑等大城市進行商業運營。

事實上，City Airbus的研發過程中所遇到的這些問題也是目前幾乎所有參與混合電推進技術研發的企業所共同面臨的問題，這其中也包括波音、賽峰、聯合技術等諸多知名企業。

畢竟從客觀上來講，傳統發動機產業仍在蓬勃發展，市場價值屢創新高，未來在相當一段時期仍將支配著航空動力市場，也是傳統航空發動機制造商不可動搖的立身之本。從外在說，電池技術已經成為制約未來電動飛機發展的最大障礙，混合電推進系統幾乎是實現當下商業電氣化飛行唯一的動力選擇，但混合電動飛機的市場前景更多地取決于2030年前動力電池技術能否取得前所未有的突破。如今，在全球航空企業都要過“緊日子”的大背景下，企業在進行新技術的研發時持更加謹慎的態度也無可厚非。因此在航空動力市場電氣化變革暗流涌動的大勢下，傳統航空發動機制造商的戰略抉擇或許將迎來空前的挑戰與考驗。