
推动更安静、更清洁的天空不再只是发动机,这也关于飞机的大脑。随着监管机构和社会对零排放航空的压力越来越大,以及航空公司追求环境信誉和成本效益的双重激励,电气化正成为人们关注的焦点。
一些分析人士认为,电动飞机的兴起是一股颠覆性的力量,有望颠覆传统的航空经济,随着新的、更清洁的技术取代旧的、依赖燃料的机型,电动飞机有可能扰乱飞机价值和租赁率。并认为电气化是一个新时代的开端,可能会迅速重塑机队规划、区域路线和投资者期望。
其他人则警告说,电动飞机在短期内被过度炒作,指出电池技术滞后、续航里程有限和监管障碍,要产生有意义的影响还有很多年的时间。但即使是怀疑论者也承认,长期轨迹是明确的:电动航空即将到来,当它全面到来时,也将改变游戏规则。
每一次电推进技术的进步背后都是航空电子技术的革命——管理电力、监测电池健康状况和协调无缝混合动力过渡的智能系统。在这个新时代,航空电子设备不仅支持创新,也是创新的本身。
这一转变的核心是推进噪音和排放的挑战。虽然电动机提供了接近零局部排放和最小噪音的诱人前景,但只有通过能够精确控制能量流、热条件和冗余协议的航空电子设备才能释放其真正的潜力。
现在出现的功率密度接近每公斤400瓦时,最终可能允许可行的区域飞行,但在空中有效地管理这种功率需要尖端的机载电子设备。
早期的电动教练机已经证明,航空电子设备可以通过集成电池组提供安全、可重复的运行。这些飞机不仅依赖于推进技术,还依赖于实时处理功率分配、故障检测和飞行条件适应的航空电子设备套件。
同样,城市空中交通平台——在全球航展上展出的多旋翼eVTOL——依赖于高度自动化的飞行控制系统、电池管理单元和传感器融合技术,使在人口稠密地区进行安全的垂直起降成为可能。
混合动力推进系统正在进一步推动电动飞机发展,航空电子设备也在其中发挥着主导作用。考虑涡轮螺旋桨飞机配置为电动起飞和爬升,内燃机在巡航时接管。
对混合架构的需求,这些模式之间的转换必须是无缝、安全和高效的,只有在复杂的混合动力控制架构下才有可能实现,这些架构可以根据任务概况来控制功率消耗、监测环境变量和平衡能源。
2019年,美国航空公司和L3Harris的飞行员和工程师完成了飞行测试,评估了SafeRoute+ADS-B in改装技术的使用情况
甚至传统飞机也被卷入了电气化运动。改造计划开始将传统组件与电气子系统互换,这些子系统有望减少温室气体排放,提高效率,并由于运动部件减少而降低维护需求。但真正的转变不是机械的;它是数字化的。
这些改造需要新的航空电子接口、智能配电装置和系统集成,使飞行员和飞行控制系统能够管理新的故障模式。
这种“更电动”的飞机架构并不是全新的。波音787是早期的开拓者,用电动系统取代了液压和气动系统,如环境控制系统。但自那以后的演变是戏剧性的。航空电子开发商现在正在探索完整的飞机微电网。即基于飞行需求、任务类型甚至预测性电池诊断来路由电力的智能配电网络。
现代飞机航电设备也在不断发展,以适应电力电子的新现实,快速切换、实时负载平衡和智能热管理。开发人员正在大力投资宽带隙半导体(如碳化硅和氮化镓),以实现这些功能,创造出比前代产品更轻、更快、更高效的航空电子系统。
但挑战仍然很大。电动航空的梦想仍然与电池化学权衡有关:电池的能量密度越高,就越难确保热稳定性、长寿命和安全性。这给航电设备带来了巨大的压力,使其既要充当监视者,又要充当交通警察,防止热失控,管理冗余故障转移,并使飞行员能够在飞行中诊断和应对电气异常。认证是航空电子设备将发挥核心作用的另一个障碍。电动飞机不符合传统类别,其故障模式,如电弧、电池故障和逆变器故障,需要新的标准。
监管机构正在慢慢适应,一些司法管辖区正在探索监管“沙盒”,以允许在受控条件下进行真实的飞行测试。这些测试台严重依赖于航电设备,这些设备每秒记录和分析数千个数据点,以供以后审查和标准制定。
充电基础设施也受到航空电子需求的影响。飞机在起飞前需要与地面系统通信,以验证充电水平、管理电池交换和验证功率流完整性。这种程度的互连需要新的协议、安全的数据链路以及与机场系统的集成,这是航空电子设备掌握关键的另一个领域。
尽管存在障碍,但势头不可阻挡。每个主要的飞机原始设备制造商都在探索电动或混合动力设计,新的航电系统正在出现以支持这些配置。eVTOL公司正在推出专为短途垂直起降而设计的集成飞行管理和能源系统,而支线飞机原型则具有针对电气性能指标进行优化的驾驶舱显示器和控制逻辑,而不仅仅是传统的燃油消耗。
各国政府正在通过拨款、碳抵消相关激励措施和试点项目帮助资助这项航空电子领域的重大创新。航空公司也在投资,加入可持续发展联盟,并将电动飞行目标纳入其“绿色”目标。其中许多努力不仅取决于推进技术的突破,还取决于确保这些系统在现实世界条件下可靠运行的航空电子平台。
在短期内,预计混合动力飞机将引领潮流,减少短途航线的燃料消耗和排放。在十年内,城市景观可能会拥有安静的电动空中出租车,由能够自适应导航和即时能量重新分配的自主航空电子系统引导。最终,长途飞行可能会随之而来,但前提是航空电子技术继续与推进和材料科学同步成熟。
航空变革不会仅仅通过一种新型机翼或发动机来发出信号。它将由飞行员在屏幕上看到的内容、飞行计算机如何做出决策以及能量如何在智能机身中流动来定义。

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