E-Fan X下马引发的思考

董帼雄

一场突如其来的新冠肺炎疫情不仅让十多年来高速发展的全球民航运输业一度陷入停摆，更打乱了飞机制造商和供应商们的生产计划。进入4月后，这种影响非但没有衰减的迹象，相反由于受到资金、人力等多重因素的影响，一些原本进展颇为顺利的预研项目被骤然叫停。

4月24日，作为混合电推进飞机项目中最受关注的，同时也是欧盟“净洁天空”计划重要组成部分的E-Fan X项目被叫停。而就在一个多月之前，该项目刚刚在英国完成了最后一次验证机试验飞行，按计划下一步将安装由罗罗公司研发的混合电推进系统，并在新构型下开展新一轮试飞。

如今，E-Fan X项目毫无征兆地戛然止步，一方面令人感到惋惜，另一方面也让业界对空客内部创新动向和混合电推进飞机的未来浮想联翩。

E-Fan X的由来

早在十多年前，空客就已经意识到电动飞行将是未来飞机的重要发展方向。于是在2012年，空客率先推出了第一架完全由电力驱动的飞机——E-Fan验证机。这架验证机由法国飞机制造商ACS公司制造，得到了赛峰集团、卓达宇航集团和西门子公司的技术支持。

2014年3月，E-Fan验证机在法国波尔多成功完成第一次试飞。一年后，在巴黎航展上，一架纯电动的双座E-Fan2.0首次进行公开展示。空客表示，计划在2050年前后推出100座的混合电推进飞机并力争投入商业运营。随后，空客又在波城建立了第一条E-Fan2.0全电动飞机总装线。与此同时，空客还启动了更大尺寸的4座电力飞机E-Fan4.0的研发工作。虽然，E-Fan4.0最终被空客叫停，但是公司并没有放弃对电推进技术的研发。相反，通过上述几个项目的研制，空客调整了技术发展路径。

2016年，空客宣布与西门子合作，并计划在2020年前研制采用电推进或混合电推进技术的飞机并开展飞行试验，在2030年前生产100座级以下的混合电推进飞机。在此之后，空客将研发重点从纯电动飞机转向了混合电推进飞机。

在2016年的飞来者大会上，空客展示了采用混合电推进系统的E-Fan1.2。与之前的纯电动飞机相比，E-Fan1.2在飞机驾驶舱后部加装了一个活塞发动机，如此，一方面可以提供更大巡航速度下平飞所需要的动力，另一方面可以为锂电池充电。

之后，空客宣布与西门子、罗罗合作，联合研发基于分布式混合电推进系统的“E-Airbus”100座级支线客机，并在欧盟“航迹2050”的框架下开展深入研究。

E-Airbus采用6台电动风扇，每个机翼上沿展向分布3台，通过一个燃气动力单元（即涡扇发动机连接到发电机以产生电力）为6 台风扇提供电力和为电能存储装置充电，推进系统的等效涵道比超过20。

2017年，空客召开技术委员会执行会议，决定精简电动飞机项目，集中精力把纯电动双座教练机E-Fan项目转化为一个更大胆的项目——E-Fan X。

E-Fan X验证机采用混合电推进系统，旨在探索大功率推进系统相关的技术难题，如热效应、电推力管理、电力系统的高度响应、电磁兼容性等。同时该项目设定的目标还包括确定电动飞机未来取证的要求，使混合電推进飞机的商业化应用更进一步。空客表示：“E-Fan X是在可预见的未来实现电动飞行的重要一步。空客将从过去电动飞行验证机的研发中吸取经验，这将为安全、高效、经济的混合动力单通道民用飞机发展铺平道路。”

为此，空客与罗罗、西门子进行了相应的分工。其中，空客负责混合动力电推进系统的控制架构和电池整合，以及推进系统与飞行控制系统的整合。罗罗负责涡轴发动机、两兆瓦发电机、相关电子设备，以及与空客一起对现有发动机短舱和西门子电动机进行风扇适配工作。西门子提供两兆瓦的电动机及其电子控制单元，以及变频器、直流转换器和能量分配系统。

这将基于2016年启动的空客与西门子在E-Aircraft System House项目的合作成果，其目标是研发并完善不同电力推进系统组件以及各种功率级别的地面验证。

2019年，罗罗收购了西门子的电动和混合电航空推进业务，以加速公司实现电气化战略。收购完成后，E-Fan X项目的主体也变成了空客和罗罗，后者承接了原来由西门子负责的相关研发工作，同时双方将共同负责热管理和控制架构等技术。

试验成果颇丰

E-Fan X项目中，空客选择了由英国宇航公司（BAE）研制的一款曾畅销一时的支线飞机BAE146/RJ100为飞行测试平台，飞机上4台霍尼韦尔公司生产的LF507涡扇发动机中的一台将由一台功率为2兆瓦的电动机所取代。

E-Fan X项目获得了英国政府5800万英镑的投资，飞行测试平台的主要改装工作也在英国进行，并由BAE公司所主导。主要改装工作包括将一台发动机换成罗罗公司研发的电推进风扇和电机，其中后者将被安装在现有的发动机整流罩内。应急动力装置（EPU）将由位于飞机后部的罗罗AE2100燃气涡轮驱动的2.5MW发电机以及飞机前部的电池系统供电。当时，罗罗公司曾表示，未来这一电推进系统将成为最大功率的飞机发电机。

在BAE公司着手进行前期改装和测试飞行的同时，罗罗则在加快包括燃气轮机、发电机、配电系统、电机和EPU混合电系统的试验测试，待全部试验完成后将被集成到BAE146/RJ100飞行平台上进行第二轮飞行测试。

此外，BAE还在加紧与空客合作对BAE146/RJ100飞机进行进一步改装。其中包括增加热交换器、增加进气口和飞机机身排气口等，以解决混合电推进系统产生的热量过高的问题。

空客方面则在加快进行缩比模型的风洞试验。就在E-Fan X项目被叫停的两个月前，空客在英国完成了E-Fan X的1：8缩比模型风洞试验。该风洞可测量3.65米×3米的试验段，并可产生速度达到347.5千米/小时的气流。按1：8比例试验时，E-Fan X模型翼展超过3米。空客表示，完成了风洞试验之后，将有助于他们更好地了解E-Fan X的整体气动性能和飞行品质。

如果项目未被取消的话，在完成风洞试验和改装之后，E-Fan X将由空客试验运行部负责开展第二阶段的试飞试验。主要的飞行试验计划2021年底在法国图卢兹进行，预计整个试验将持续6个月。在此期间，空客除了将测试飞机在不同环境下的操纵和气动特性之外，更重要的是要与罗罗一起密切关注气动系统性能，并记录电流和电压的情况，从而为未来混合电推进技术在窄体客机上的应用打下技术基础。

目前，虽然E-Fan X项目已正式叫停，但罗罗已明确表示，公司将继续独立完成发电系统的地面测试工作。这也意味着罗罗将对正在挪威特隆赫姆工厂进行测试的发电机与在德比和印第安纳波利斯研发的功率控制和热管理系统进行集成。罗罗公司表示，继续完成这项工作将有助于他们更全面地掌握相关技术及相应的知识产权，未来公司为E-Fan X所研发的混合电推进系统或将适用于其他混合电推进飞机。

超前投资不会停

尽管在诸多因素的共同作用下，空客和罗罗共同决定终止E-Fan X项目，但是作为主制造商和主要供应商，对于产业链的超前投资的步伐或许并不会就此止步。

从过去波音的“小跟班”到如今超越波音，坐上商用飞机市场的头把交椅，空客的成功与其勇于创新、超前布局不无关系。近年来，空客与诸多企业一起合作，大胆引入颠覆性技术，大力加强对电动飞机的研发，为2025或2030年该技术在商用飞机市场的应用策马扬鞭。

在小型通用飞机方面，空客已经研制了Cri-Cri单座电动飞机（2010年9月7日首飞）、与西门子联合研制的E-FAN1.1（30千瓦级别电动机）在2015年实现跨英吉利海峡飞行、与钻石飞机公司合作开发了基于DA40的混和电动飞机。

支线飞机方面，空客与罗罗合作进行了E-Fan X的研制。在干线飞机方面，空客与西门子还在开发A320级别的飞机用混合电推进技术。这需要巡航阶段产生20兆瓦电，最大功率为40兆瓦。此外，空客与罗罗合作提出的E-Thrust混合电单通道概念飞机也有望在未来20年内成为现实。

与此同时，近几年来，随着全球城市空运概念的兴起，空客也开始重点研发eVTOL，试图以其为切入点率先进入城市空运（UAM）市场。空客目前正在推进2个城市空运飞行器计划，分别是位于美国硅谷A3分部（2015年成立）负责的单座伐诃那（Vahana）以及位于德国多瑙沃尔特的空客直升机负责的4座城市空客（City Airbus），均為全电推进形式。

为了协调城市空运计划的研发，空客于2018年创建了城市空运部门，该部门位于德国奥托布伦市，靠近空客公司技术办公室和无人驾驶航空系统部，空客直升机位于多瑙沃尔特的工厂也在附近。空客目前正在将所有城市空运的研发工作集中到该部门。

在此特别说一下City Airbus项目。该垂直起降飞机于2019年5月在德国空客直升机飞行测试中心进行了首次无人系统飞行。公开数据显示，City Airbus的巡航速度为120公里/小时，其动力由四组同轴反转涵道风扇提供，风扇由8个100千瓦的电动机驱动。City Airbus选用了纯电动设计，以满足低噪音、零排放的环保要求，其储能系统为4枚总能量为140千瓦时的动力电池，可各自提供140千瓦峰值功率，设计最大航程为50公里，具备全自动驾驶功能。

但同时空客也表示，City Airbus目前面临着3个设计方面的困难，一是能量存储技术，需要开发高能量密度的电池，以支持超过15分钟的飞行;二是自动飞行控制系统的成熟度;三是噪音水平，空客正在开展相关工作，旨在控制飞行器的噪音水平，噪音上限为65分贝，与过往的地铁噪音水平接近。空客估计最早到2025年在慕尼黑等大城市进行商业运营。

事实上，City Airbus的研发过程中所遇到的这些问题也是目前几乎所有参与混合电推进技术研发的企业所共同面临的问题，这其中也包括波音、赛峰、联合技术等诸多知名企业。

毕竟从客观上来讲，传统发动机产业仍在蓬勃发展，市场价值屡创新高，未来在相当一段时期仍将支配着航空动力市场，也是传统航空发动机制造商不可动摇的立身之本。从外在说，电池技术已经成为制约未来电动飞机发展的最大障碍，混合电推进系统几乎是实现当下商业电气化飞行唯一的动力选择，但混合电动飞机的市场前景更多地取决于2030年前动力电池技术能否取得前所未有的突破。如今，在全球航空企业都要过“紧日子”的大背景下，企业在进行新技术的研发时持更加谨慎的态度也无可厚非。因此在航空动力市场电气化变革暗流涌动的大势下，传统航空发动机制造商的战略抉择或许将迎来空前的挑战与考验。