航空的未来： 绿色飞行器——全电飞机、浮空器、绿色材料飞机

5.1.4 碳平衡飞机

碳平衡飞机是近年出现的一种基于碳排放—回收平衡理论的新概念环境友好型飞机。这种飞机概念的核心是在采取各种措施（改进气动外形、提高动力系统效率、采用生物燃料能源等）降低碳排放水平的同时，大量采用可再生材料，并在飞机运营寿命周期内，由运营方和制造方共同采取碳回收措施，使飞机运营碳排放总量与碳回收总量基本持平，从而实现飞机在整个运营周期内的碳排放平衡，达到绿色环保的目的。目前有些航空制造企业已在积极尝试实践碳平衡飞机理念，在制造中大力提高使用材料的可回收率，注意增加加工过程中碳排放量较低的材料的用量，并采取等量绿化的做法，来抵消运营飞机排放的碳氧化合物。

5.1.5 超安静飞机

超安静飞机是噪音水平显著低于传统飞机的飞机。随着人们对生活和工作场所降噪要求的不断提高，飞机的噪音水平也成为一项重要的环保指标被加入到设计环节。超安静飞机在设计方面采取了多种环保降噪措施，如改进机体气动外形、优化机翼外形设计、优化机体表面各种进气排气口设计、改进发动机外壳和进气流道设计、改进压气机设计以及采用锯齿状内外涵道喷口等。此外，超安静飞机还通过提高座舱隔音效果，进一步降低舱内噪音，提高旅客乘坐舒适性。超安静飞机在降低噪音的同时，也降低了能耗，间接降低了燃料消耗，提高了飞机的环保性。

5.1.6 “超绿色区域客机”

2007年，荷兰代夫特工学院基于“绿色工程”的概念，提出了一种2025年以后使用的“超绿色区域客机”的概念设计。该设计为125座的区域客机，设计时速850千米，大胆采用了飞碟外形，大量使用合成塑料材料，采用全新概念的高效螺旋推进器，全部使用生物质燃料，二氧化碳排放量较现有飞机减少一半，噪声远低于现有飞机。“超绿色区域客机”的概念引起广泛关注，也受到欧洲航空研究咨询委员会的重视。由于“超绿色区域客机”目前尚处在概念设计阶段，许多工程难题正在解决中，实现设计目标尚待时日。

5.1.7 “亚音速终极绿色飞行器”

美国波音公司的SUGAR团队提出了一种“亚声速终极绿色飞行器”的概念设计——SUGAR Volt。这种双发的飞行器具有管状机身和由桁架支撑并固定于飞机顶部的机翼。与今天使用的典型机翼相比，SUGAR Volt两机翼的翼尖相距更远，前缘与后缘间相距更短，且后掠角更小。还可带有铰链，当需要紧密停放时能收起机翼。设想中的动力系统采用一种全新而独特的氢动力涡轮-电力推进系统；既能在其核心机中燃烧燃油，也能在核心机关车时用电力驱动涡轮风扇。

5.2 绿色动力航空器

绿色动力航空器特指采用绿色动力，如太阳能、生物燃料、可控核动力等的新型航空器。采用绿色动力，实现无碳化飞行，是新型航空器研发的主要目标之一，也是目前世界航空科技前沿研究的重要领域。由于绿色动力的技术尚处探索阶段，加之绿色动力的航空应用必须解决一系列特殊性问题，如小型化、高效率、高安全性、对复杂飞行环境的适应性等，绿色动力航空器在总体上处于概念研究和技术有效性验证阶段，其中太阳能飞机由于光电转换技术的突破，已进入小型实用型样机的研制。为适应绿色动力装置的特点和航空器的功能要求，在研发各式绿色动力航空器时，还需要对航空器的布局、结构、用料等做出相应的变革性设计和调整。

5.2.1 太阳能飞机

太阳能飞机是采用太阳辐射能作为动力的绿色飞行器。太阳能是一种纯绿色可再生能源，而飞行器升空后，有条件凭借高度优势实现太阳能的无遮挡利用，从这个意义上说，太阳能飞机是一种理想的长航时远程绿色飞行器，对环境的不利影响几乎可以忽略。过去太阳能飞机多用于无人机领域。2011年5月，瑞士的“太阳驱动”号载人太阳能飞机连续飞行13小时，这是人类在航空领域利用太阳能的里程碑事件。随后几年，持续提高性能，改进储能系统，完成了环球飞行。太阳能飞机利用太阳能的主要方式是通过光伏电池将太阳能转化为电能，驱动电动机带动螺旋桨产生前进动力。太阳能飞机的发展主要受到光伏电池的光电转换效率较低和能量储存问题的制约。太阳能飞机的前景广阔，有望在不久的将来进入民用运输领域。

图5-4 瑞士“阳光驱动号”太阳能飞机