2021年，在碳中和遠(yuǎn)景目標(biāo)的牽引下，全球航空業(yè)正從提高燃油效率的漸進(jìn)式發(fā)展向開發(fā)新的低碳推進(jìn)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(dòng)力推進(jìn)技術(shù)、氫動(dòng)力技術(shù)都在2021年取得積極進(jìn)展。民用飛機(jī)圍繞航空業(yè)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展，依舊遵循綠色、節(jié)能、降噪、減排的總目標(biāo)持續(xù)推進(jìn)，總體氣動(dòng)技術(shù)呈現(xiàn)出穩(wěn)中有新的特點(diǎn)。

一、多項(xiàng)氣動(dòng)技術(shù)研究取得突破

HiFly采用A330飛機(jī)測(cè)試三葉翼梢小翼。2021年6月，葡萄牙飛機(jī)租賃運(yùn)營(yíng)商HiFly使用一架空客A330作為改裝試驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)試由德國(guó)APC公司研發(fā)的三葉翼梢小翼。該翼梢小翼具有3個(gè)設(shè)置在不同角度的葉片，旨在降低1%-2%的飛機(jī)燃油消耗，同時(shí)優(yōu)化飛機(jī)的整體性能，這種改裝可以在不到1天的時(shí)間內(nèi)完成。

空客推出超高性能機(jī)翼技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。9月份，空客公司啟動(dòng)了一項(xiàng)超高性能機(jī)翼技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，優(yōu)化未來(lái)飛機(jī)機(jī)翼的氣動(dòng)性能。該項(xiàng)目基于塞斯納“獎(jiǎng)狀”VII公務(wù)機(jī)平臺(tái)集成超高性能機(jī)翼技術(shù)，并在典型飛行條件下試飛。超高性能機(jī)翼可與任何推進(jìn)解決方案和飛機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)翼主動(dòng)控制的各種技術(shù)模塊，可調(diào)整機(jī)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(fēng)洞開展飛機(jī)起降噪聲定位研究。6月份，德國(guó)航空航天中心（DLR）首次利用歐洲跨聲速風(fēng)洞（ETW）對(duì)巴西航空工業(yè)公司的高升力飛機(jī)在起降時(shí)的噪聲源進(jìn)行識(shí)別與定位研究。此次研究中采用了粒子圖像測(cè)速技術(shù)（PIV）和麥克風(fēng)陣列測(cè)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(duì)比分析，以便對(duì)飛機(jī)起降時(shí)的噪聲源實(shí)施精確定位。

日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)將與波音合作開發(fā)飛機(jī)降噪技術(shù)。8月份，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）計(jì)劃與波音合作開發(fā)飛機(jī)起降降噪技術(shù)，降低機(jī)場(chǎng)周圍噪音的總體水平。JAXA希望能與波音通過(guò)飛行測(cè)試共同制定降噪技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃，于2022年3月前確定降噪裝置的設(shè)計(jì)概念，開發(fā)飛行測(cè)試裝置，并在2023年前后進(jìn)行評(píng)估。

多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化能力不斷擴(kuò)展。7月份，斯坦福大學(xué)的研究人員在SUAVE概念設(shè)計(jì)框架的基礎(chǔ)上，開發(fā)了用于電動(dòng)垂直起降飛機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化新功能，包括電池?fù)p耗建模、螺旋槳推力和升力面氣動(dòng)力耦合分析、全機(jī)聲學(xué)預(yù)測(cè)方法。

空客完成EcoPulse推進(jìn)系統(tǒng)風(fēng)洞試驗(yàn)。6月份，空客在其英國(guó)菲爾頓工廠完成了EcoPulse驗(yàn)證機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)風(fēng)洞試驗(yàn)，該推進(jìn)系統(tǒng)包括功率為50千瓦的賽峰電機(jī)、DUC航空螺旋槳以及空客制造的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙。此次試驗(yàn)，分析了螺旋槳與電機(jī)冷卻系統(tǒng)的整體性能，測(cè)量了電機(jī)以不同速度功率水平運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的推力，還對(duì)螺旋槳進(jìn)行了評(píng)估。

二、 常規(guī)構(gòu)型飛機(jī)持續(xù)改進(jìn)

波音737MAX 10飛機(jī)首飛。2021年737MAX在全球多個(gè)國(guó)家獲得復(fù)飛許可，年交付量達(dá)到245架。自2020年11月737MAX重新獲得美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）認(rèn)證以來(lái)，于2021年加拿大、英國(guó)等國(guó)家都為該型飛機(jī)的復(fù)飛亮了綠燈，全球多家航空公司的737MAX重新投入運(yùn)營(yíng)。我國(guó)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737 MAX 10，于6月18日從華盛頓的倫頓市政機(jī)場(chǎng)起飛，飛行約2個(gè)半小時(shí)，飛機(jī)的各個(gè)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(jī)構(gòu)密切合作啟動(dòng)全面測(cè)試工作，以盡快獲得型號(hào)合格證，確保2023年投入運(yùn)營(yíng)。

圖1 波音737MAX 10飛機(jī)

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(yuǎn)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(yuǎn)。此外，波音公司表示，由于新冠疫情影響，777X的認(rèn)證將延遲到2023年底。

空客A321XLR飛機(jī)進(jìn)入制造階段。空客公司于2021年開始進(jìn)行第一架機(jī)的前機(jī)身、中段機(jī)身和后機(jī)身以及機(jī)翼的主要部件組裝，預(yù)計(jì)在2023年進(jìn)入運(yùn)營(yíng)服務(wù)。2021年2月，空客公司已開始進(jìn)行首架A321XLR窄體客機(jī)零部件生產(chǎn)；4月，完成了首個(gè)中央翼盒組裝，隨后又完成了首個(gè)后部中央油箱組裝；7月，進(jìn)行機(jī)頭和前機(jī)身的組裝；12月份，首架A321XLR測(cè)試飛機(jī)進(jìn)入最后總裝階段，并計(jì)劃于2022年進(jìn)行飛行測(cè)試和適航認(rèn)證，2023年投入使用。

圖2 A321XLR首架測(cè)試飛機(jī)總裝

MC-21飛機(jī)獲俄羅斯型號(hào)合格證。3月份，俄羅斯伊爾庫(kù)特公司一架MC-21-300飛機(jī)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(píng)估認(rèn)證。4月份，MC-21-300完成一系列自然結(jié)冰認(rèn)證測(cè)試，表明MC-21-300符合俄羅斯及歐洲航空標(biāo)準(zhǔn)，12月28日，獲俄羅斯聯(lián)邦航空運(yùn)輸局頒發(fā)的型號(hào)合格證。

巴航推出新型渦槳支線飛機(jī)。2021年8月，巴航發(fā)布了下一代渦槳飛機(jī)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(jī)基本構(gòu)型仍采用傳統(tǒng)形式，基于現(xiàn)有E-jets飛機(jī)進(jìn)行改裝，采用尾吊式發(fā)動(dòng)機(jī)、T型尾翼布局。據(jù)稱，該款機(jī)型可作為基礎(chǔ)平臺(tái)，在未來(lái)集成新型推進(jìn)系統(tǒng)。新型渦槳飛機(jī)包括70座和90座兩個(gè)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(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

圖3 巴航工業(yè)的新渦槳支線飛機(jī)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(jì)劃。該機(jī)是一種零排放的全電動(dòng)飛行器，可搭載4名乘客，采用分布式推進(jìn)系統(tǒng)，配備了固定翼、V 形尾翼和8個(gè)電動(dòng)螺旋槳，并針對(duì)懸停和巡航效率進(jìn)行了優(yōu)化，航程可達(dá)80千米，巡航速度可達(dá)120千米/小時(shí)，適合在主要城市執(zhí)行各種任務(wù)。CityAirbus采用低噪聲設(shè)計(jì)，飛行聲級(jí)低于65dB（A），著陸聲級(jí)低于70dB（A）。

圖4 空客CityAirbus NextGen飛行器

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

圖5 巴航工業(yè)推出的Energia 系列4款概念飛機(jī)

Electra公司推出新型多功能混合電動(dòng)超短距起降客機(jī)。6月份，Electra公司推出混合電動(dòng)超短距起降客機(jī)。該機(jī)翼展14.63米，由8臺(tái)混合動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)電動(dòng)螺旋槳提供升力，可在足球場(chǎng)大小的場(chǎng)地內(nèi)安全起降，起降速度不大于48公里/小時(shí)，可搭載7名乘客和1名飛行員，設(shè)計(jì)航程約804公里，巡航速度320公里/小時(shí)。計(jì)劃于2026年獲得美國(guó)聯(lián)邦航空局型號(hào)合格證，2027年投入運(yùn)營(yíng)。

德國(guó)航空航天中心研發(fā)百座級(jí)混合電推進(jìn)支線飛機(jī)系統(tǒng)。11月份，德國(guó)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(jí)混合電推進(jìn)支線飛機(jī)系統(tǒng)，采用分布式混合電推進(jìn)方案，機(jī)身安裝渦輪發(fā)電機(jī)，沿機(jī)翼前緣布置10臺(tái)電動(dòng)機(jī)。螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計(jì)和分布式電推進(jìn)可有效減小機(jī)翼翼展與尾翼尺寸，降低約10%的能耗。

混合動(dòng)力雅克-40進(jìn)行飛行演示。7月份，在莫斯科航展上，配備燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)與超導(dǎo)電機(jī)混合動(dòng)力裝置的雅克-40LL驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行了演示飛行，該動(dòng)力裝置于2月開始測(cè)試。

ZeroAvia公司多尼爾228飛機(jī)推進(jìn)氫燃料飛行測(cè)試。7月份，ZeroAvia公司稱已獲得兩架用于飛行測(cè)試的19座多尼爾228飛機(jī)，研發(fā)氫燃料驗(yàn)證機(jī)。采用兩臺(tái)600KW氫電推進(jìn)系統(tǒng)替換目前的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，氫燃料箱可儲(chǔ)存100公斤的液態(tài)氫，保證航程可達(dá)到800公里。

英國(guó)FlyZero項(xiàng)目公布零排放客機(jī)概念。12月份，英國(guó)FlyZero項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)公布了兩型零排放飛機(jī)（液態(tài)氫動(dòng)力中型客機(jī)、單通道中小型客機(jī)）設(shè)計(jì)概念。液態(tài)氫動(dòng)力中型飛機(jī)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(jī)概念，在12月1日英國(guó)皇家航空學(xué)會(huì)推進(jìn)系統(tǒng)會(huì)議上進(jìn)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(guó)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(guó)家研究委員會(huì)在法國(guó)圖盧茲合作使用一架A350飛機(jī)開展可持續(xù)航空燃料（SAF）試飛，并通過(guò)后方100米的一架小型飛機(jī)檢測(cè)排放情況，測(cè)試結(jié)果預(yù)計(jì)明年年底發(fā)布。美國(guó)聯(lián)合航空與波音公司、CFM國(guó)際公司將合作進(jìn)行使用100%SAF試運(yùn)營(yíng)一架全新的737 MAX 8飛機(jī)，其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)使用500加侖SAF，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)劃制定一項(xiàng)E195-E2飛機(jī)使用100% SAF的綜合地面與飛行試驗(yàn)計(jì)劃。

四、超聲速民機(jī)技術(shù)取得新進(jìn)展

Aerion公司提出AS3超聲速客機(jī)計(jì)劃。3月份，Aerion公司透露，將開發(fā)新一代超聲速客機(jī)AS3飛機(jī)，可搭載50名乘客，以4馬赫速度飛行7000海里（12964千米），預(yù)計(jì)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(jī)，公司終止了運(yùn)行。

圖6 Aerion公司的AS2超聲速客機(jī)

美國(guó)轟鳴（Boom）超聲速公司繼續(xù)開發(fā)其XB-1驗(yàn)證機(jī)。于6月份獲得美國(guó)聯(lián)合航空公司采購(gòu)15架“序曲”超聲速客機(jī)的訂單。同時(shí)，如果“序曲”滿足安全、運(yùn)營(yíng)和可持續(xù)性要求，美聯(lián)航還會(huì)追加35架該型客機(jī)的選擇權(quán)?！靶蚯背曀倏蜋C(jī)將采用100%可持續(xù)航空燃料，其最大飛行速度可達(dá)馬赫數(shù)1.7，是當(dāng)前最快客機(jī)飛行速度的2倍，計(jì)劃2025年完成原型機(jī)總裝出廠，2026年首飛，2029年正式投入運(yùn)營(yíng)。

X-59技術(shù)驗(yàn)證機(jī)進(jìn)入總裝準(zhǔn)備階段。9月份，NASA公布完成了飛機(jī)外部視覺(jué)系統(tǒng)（eXternal Vision System，XVS）的各項(xiàng)測(cè)試工作，包括飛行測(cè)試和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)試（結(jié)構(gòu)完整性振動(dòng)測(cè)試），準(zhǔn)備好了將該系統(tǒng)安裝到X-59上。11月20日，美國(guó)NASA公布已拆除X-59靜音超聲速技術(shù)（QueSST）驗(yàn)證機(jī)的外部支架，將在檢查機(jī)身結(jié)構(gòu)后進(jìn)入總裝準(zhǔn)備階段。

（航空工業(yè)發(fā)展研究中心 王妙香）