摘要：想象一下，一架新的空中客车单通道飞机，其机翼设计考虑了先进的空气动力学和仿生学，可以产生更大的升力，降低油耗，提高效率。它的发动机将比目前的型号少消耗20%的燃料，使航空旅行更加脱碳和具有成本效益。为了进一步支持发动机改进带来的燃料收益，空客预计混合动力和电气

如今，空客工程师正在积极开发创新的解决方案，有望彻底改变航空业的未来。具体如何？

想象一下，一架新的空中客车单通道飞机，其机翼设计考虑了先进的空气动力学和仿生学，可以产生更大的升力，降低油耗，提高效率。它的发动机将比目前的型号少消耗20%的燃料，使航空旅行更加脱碳和具有成本效益。为了进一步支持发动机改进带来的燃料收益，空客预计混合动力和电气化技术将发挥越来越大的作用。

别忘了材料:飞机将采用更轻、更坚固的材料制造，使飞机更耐用、更容易操作。此外，空中客车公司正在采用一种整体方法来集成一种新型系统平台，该平台不仅包括飞机内部的智能自动化，还包括地面操作和维护。

这些创新将改变飞机的制造、运营和维护方式，为新时代奠定基础。但是，这些即将发生的革命性变化的细节是什么？

自飞行初期以来，飞机机翼在设计和功能上都有了显著的发展。第一个机翼简单、平坦、笔直，依靠基本的空气动力学来实现升力，由木材等基本材料制成。随着多年来工程技术的进步，机翼变得更加流线型和弯曲，优化了升力并减少了阻力，从而获得了更好的性能。

与它们开始的地方相比，今天的飞机机翼似乎处于创新的顶峰。但空中客车公司认为，改进机翼设计的可能性仍然很大。2023年，该公司在英国菲尔顿工厂开设了机翼技术开发中心。它是明日之翼研究和技术项目的所在地，该项目大量参与了未来下一代飞机机翼的设计。但该计划超越了设计，旨在改进新的机翼制造和装配技术。

虽然技术细节被严格保密，但新机翼的一些可能性已经公开披露，其中最突出的是折叠机翼。这使飞机在飞行中具有更长的翼展，增加了升力并减少了阻力，同时仍使其与机场登机口兼容。

与机翼类似，几十年来，航空业通过各种型号的发动机取得了进步，稳步提高了推进系统的燃油效率、性能和安全性。虽然早期飞机的活塞发动机提供了起飞所需的推力，但它们的效率和速度有限。20世纪50年代首次推出的涡轮喷气发动机永远改变了航空业，并使其得以在全球范围内传播。今天的涡扇发动机提供了更高的燃油效率和更低的噪音，这使其成为现代商用航空的标准。

为了将事情提升到一个新的水平，空中客车公司正在研究一些有前景的发动机技术的潜力。一个主要的竞争者是开放式风扇。开放式风扇发动机看起来与现代涡扇发动机截然不同，因为产生推力的风扇叶片更大，不受吊舱的限制，而吊舱是当前一代发动机中包含风扇的整流罩。这使得空气能够有效地通过发动机，从而降低燃料消耗。

空中客车公司正在与推进专家CFM合作开发可持续发动机革命性创新开放式风扇发动机演示器，旨在展示与当今最高效的单通道发动机相比，该技术如何将燃料消耗和二氧化碳排放量降低20%。空中客车公司计划在本十年末在其A380试飞飞机上对RISE进行飞行测试。

混合动力意味着结合不同的能源，而不是仅仅依赖喷气燃料。这有几种不同的形式。首先，下一代空中客车飞机将能够使用高达100%的可持续航空燃料进行飞行。与传统喷气燃料相比，SAF可以减少高达80%的生命周期碳排放，因此这一兼容性标准将成为帮助航空公司实现脱碳目标的关键杠杆。

但SAF并不是减少排放的唯一途径。空中客车公司还致力于推进混合动力电力推进技术，该技术利用电池或燃料电池的电力补充传统喷气燃料或SAF的使用。这有可能将飞机的碳排放量减少5%。与混合动力汽车非常相似，电动混合动力汽车可以通过使用浪费的能量为非推进功能提供动力来降低燃料消耗。

EcoPulse演示器是空中客车公司、达赫尔公司和赛峰集团的一个联合项目，它为在带有高压网络的飞机上使用锂离子电池提供了重要的见解。空中客车公司也在探索固态电池的潜力，这可以为下一代飞机提供能量和功率输出的最佳平衡。这些电池可用于在地面滑行时为飞机供电，以及在飞行过程中为空调系统或照明等机载功能供电。

就像机翼和推进系统一样，自莱特飞行器的木制机身首次使用棉质薄纱机翼飞行以来，用于制造飞机的材料也发生了重大变化。在飞行的最初几十年里，木材被铝所取代，而铝在20世纪80年代开始被碳纤维增强塑料（CFRP）所取代，因为其优越的强度和较轻的重量提高了燃油效率。钛也在现代飞机中发挥着关键作用，因为它足够坚固，可以用于高应力飞机部件，但重量比钢轻。

总体而言，材料已经从更弱、更重转变为现在的高强度和轻质。这导致了安全性、燃油效率和飞机性能的提高。但空中客车公司认为，还需要取得更多进展。一个关键的改进途径是研究生物质复合材料和热塑性塑料如何取代碳纤维增强塑料，而目标进展不仅限于减轻重量。空中客车公司也在寻求使飞机制造过程更具可持续性——通过选择更容易回收的材料——并提高效率，减少浪费，加快组装速度。

这些改进的一个例子是多功能机身演示器，这是空中客车公司在“清洁天空2号”大型飞机平台下领导的一个项目。使用碳纤维增强热塑性聚合物复合材料代替CFRP，该演示器以中性成本实现了减重目标，并证明了更高的制造效率。CFRTP也比其他材料更容易重复使用和回收。

20世纪80年代，空客在A320上引入电传操纵技术，改变了商用飞机市场。通过用数字控制代替机械控制，飞机的安全性、机动性和可靠性得到了提高。电传操纵很快被整个行业采用，定义了今天飞行的第四代飞机。

虽然电传操纵现在是行业标准，但这并不是终点。空中客车公司正在为未来的下一代单通道设计一个通用的数字平台，这将确保更安全、更高效的运营。这些未来的系统将是高度互联和自动化的，由先进的计算机平台提供动力。这些将允许自动安装、更新和修改系统应用程序，从而可以立即进行改进以提高性能。与此同时，人工智能支持的处理速度的提高将增加可以安全处理的数据量。这将促进预测性维护，并通过实时信息的可用性增强乘客体验。

空中客车公司的首要任务是安全，通过为飞行员提供越来越多的自动辅助技术，帮助他们更精确地导航复杂的操作，安全也将得到进一步加强。这种自动辅助也将扩展到驾驶舱外，到地面操作和维护。

原文《 Soaring towards future aircraft 》

杨超凡

来源：田田说科学