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专家杨超凡:新动力区域航空与复合材料发展前景

   日期:2022-03-25     来源:复材网    浏览:359    评论:0    
核心提示:50 座以下的固定翼支线飞机的电气化可能会刺激一个新的增长时代,这可能有助于为先进空中交通(AAM- advanced air mobility)飞
 50 座以下的固定翼支线飞机的电气化可能会刺激一个新的增长时代,这可能有助于为先进空中交通(AAM- advanced air mobility)飞机铺平道路。随着商业航空航天公司从新冠疫情的衰退中走出来,许多供应商,包括各种复合材料制造者,已经把他们的注意力转向了电动垂直起降(EVTOLelectric vertical takeoff and landing)飞机,其目的是点燃先进空中交通(AAMadvanced air mobility)市场,有时也被称为城市空中交通(UAM- urban air mobility)。
 
出于一些人估计可能超过 1 万亿美元的长期需求,自 2011 年以来,投资者和企业已经向 AAM 生态系统注入了 70 多亿美元。这些资金有助于加快 eVTOL 认证和认证进程,因此有理由继续关注供应商。但 AAM 终状态的全面实现取决于一系列技术、监管和文化因素,所有这些因素都已到位。这包括城市运营所需的特别困难的方面,如高密度空中交通管理和规模化的垂直运输基础设施。一些依赖于从垂直飞行到水平飞行的挑战性过渡的eVTOL 设计也可能面临不可预见的市场进入壁垒。
 
随着时间的推移,该行业无疑处于应对这些挑战的有利位置。但在这样的背景下,供应商应该将重点扩展到新的区域航空机会——包括客运和货运——这些机会由有意义的 AAM 使能技术(如电力推进)推动,但不受可能延迟 AAM 充分潜力的困难因素的限制。区域航空旅行区域航空旅行非常适合受益于 AAM 所需的许多组成部分。它在连接偏远市场与乘客和货物以及扩大干线航空公司客流方面发挥着关键的社会经济作用。然而,燃油价格的上涨使得区域运营对于容量有限的小型飞机来说越来越无利可图,迫使航空公司转向大型飞机,或者干脆取消服务。例如,2005 至 2018 的 2 年间, 50 座以下的商用飞机在北美飞行的独特航线数量下降了 40%。

美联航席执行官斯科特·科比( Scott Kirby )在 2021 年 7 月表示,“我们正在努力解决如何为小城市服务的问题;我们感到有义务保持社区之间的联系,但经济上终是行不通的……由于 50 个座位的经济正在发生如此根本的变化,这让人怀疑答案是什么。我们还没找到答案”此外,就像航空公司质疑其区域网络的可行性一样,它们也在重新评估其环境足迹。2021 年 10 月,航空业承诺到 2050 年现净零排放。实际的实施工作将有所不同,但到目前为止,包括阿拉斯加航空公司、易捷航空公司和新西兰航空公司在内的 20 家运营商已经迈出了步,在 2030 年后将其短程机队的 30 %投入到下一代飞机。其他航空公司,如美国联合航空公司和货运航空公司 DHL ,已经向地区电子航空公司下了订单。到 2035年,将有 5000 架支线飞机退役,有很多积极的需求信号。为了充分实现电力推进的好处,低重量、高性能的复合材料至关重要。
 
例如, Newcomer Evion(以色列, 卡迪马- Qadima, Israel)及其全电动九座爱丽丝通勤飞机(Alice Converter aircraft)将于 2022 年第 1 季度航,其结构采用 95%的复合材料。其他人预计将遵循这一设计路径,以帮助抵消电池系统的重量,并提高空气动力学效率。在这种前景看好的情况下,大型和小型支线飞机的独特发展路径将值得仔细审查。
 
大型支线飞机市场动态(70 多个座位)
燃油成本对大型支线飞机的商业理由提出了越来越大的挑战;结果是,原有五种型号的支线飞机现由两家制造商生产,而 20 年前八家支线飞机制造商生产了 13 种型号。面对销售逆风,巴西航空工业公司(巴西圣保罗) , 剩下的两个在任者之一,正在考虑推出一种现代涡轮螺旋桨发动机,该发动机的运行成本比现有机型低 20%。一旦氢推进技术成熟,它终也可能提供无排放运行。
 
其他在职者,如 ATR(巴黎,法国),德哈维兰(哈特菲尔德,英国)和 MHRIJ(前庞巴迪 CRJ, BiBiRand,加拿大)也开始探索新的选择,虽然在任何一种方法上都不太确信,因为他们研究排放和成本权衡。正在考虑的是混合动力电池、氢燃料电池、直接氢燃烧,甚至是双燃料煤油/氢燃烧。
 
小型支线飞机动态(<50 座)
如果新的推进系统能够实现其承诺的性能改进, 50 座以下的飞机将有一个令人兴奋的新需求机会。2016 年美国宇航局的一项研究得出结论,随着运营成本的下降, 48 个座位成为区域运营的理想容量——不仅通过优化盈利能力,还通过开放更多的目的地对和出行频率。
除了这一经济机遇,小型飞机也提供了战略利益,作为一种在向高端应用扩展之前培育新技术的方式。到目前为止,推进改造方法很常见——包括氢气(例如,通用氢气(美国加利福尼亚州洛杉矶)、 ZeroAvia(美国加利福尼亚州霍利斯特)和电力(莱特电气(洛杉矶)),而其他计划尚未完全正式化。例如,德哈维兰正在考虑混合动力和氢气系统,而德国飞机公司(Oberpfaffenhofen,德国)正在评估可持续航空燃料(SAF- sustainable aviation fuel)和氢气。拥有不到 20 个座位的飞机,现在越来越多地被称为“区域空中交通-(regional air mobility)”或“次区域(sub-regional)”景观,也正在获得发展势头。
 
2016 年美国宇航局的同一项研究得出结论,如果飞机运营成本降低超过 40%,那么 20 座以下的飞机可以对更多的目的地提供。许多先动概念基于传统飞机设计,以实现更容易的认证(例如, Evion,Heart Aerospace(瑞典哥德堡))。其他更新颖的概念包括短距起降(STOLshort takeoff and landing)飞机(例如 Airflow(美国加利福尼亚州旧金山)、Electra(美国弗吉尼亚州福尔斯彻奇)甚至“seagliders”( Regent(美国马萨诸塞州波士顿))。eVTOL 公司开始看到规模化城市运营的挑战,也在探索区域客运和货运任务。

作为这些初创公司的雄心的验证,现任 OEM 正在调查新概念,包括EnabaER, Tecnam(卡索里亚,意大利),塞斯纳- Cessna(威奇塔, 堪萨斯,美国)和 Britten Norman(本布里奇,英国)。所有竞争对手的飞机仍有很多工作要做,以证明这些纸质图纸将满足该领域的成本和性能目标,但活动的激增是一个有希望的迹象。
 
关键销售
尽管仍存在许多技术障碍,但在新型复合材料设计和制造的支持下,新推进技术的成功实施有可能振兴区域航线网络,并为供应商提供长期的高端市场机会。
 
尽管前景光明,但日益恶化的航空工业劳动力短缺将是企业家面临的一个关键问题。除了必要的推进和复合材料结构创新之外,能够自动化更多任务并安全改进单飞行员(或远程飞行员)商业操作的新飞行驾驶技术可能对区域航空以及 AAM 变得越来越重要。
 
当飞机原始设备制造商试图在这些经济、运营和环境问题之间穿针引线时,供应商必须开始评估他们如何在潜在的复合材料和制造能力上下明智的赌注,这些材料和制造能力将在未来十年内不可避免地出现各种各样的获奖飞机结构上赢得一席之地。
 
注:根据 2022.3.16《Regional air mobility: A meaningful first step in the electric aviation revolution》 一文编译。
附:刘鹤: 经济的真正动力阶层在于企业家,他们把新的思想、新的技术,通过新的组织形式和新的制度投入市场,并且不断地开拓市场,这样使得经济得以发展
杨超凡 2022.3.17
 
杨超凡简介:飞机制造高级专家,近年专攻民机复合材料。原航空工业部批研究员级高级工程师,享受国务院特殊津贴。
 
 
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