荷兰团队研究认为采用分布式电推进布局的A320没有优势

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在2019年1月7日至11日举行的美国航空航天科技大会上，荷兰代尔夫特理工大学介绍了关于电动飞机的最新研究成果，他们评估了参照A320指标设计的3种未来混合电推进新概念布局。结果显示，采用分布式混合电推进布局的A320方案没有任何优势。

一、欧盟在洁净天空2倡议下开展未来新概念客机布局研究

欧盟于2014年推出了其第二个多年民用航空研究联合倡议“洁净天空2（CS2）”，其中包括三项大的演示验证平台计划，分别是大型客机综合演示验证平台、新型支线飞机综合验证平台和快速旋翼机综合验证平台。其中，大型客机综合演示验证平台计划下安排了部分资金用于研究创新的飞机构型，这些构型有可能取代今天的传统设计用于2035年服役的大型飞机。

2016年，欧盟授予法国航空航天中心（Onera），德国航空航天中心（DLR）以及荷兰航空航天中心（NLR）和代尔夫特理工大学（TU Delft）领导的三个团队研究合同，开展颠覆性创新布局的设计和评估。三个团队共同确定了35个参照A320指标设计的新构型，分别开展评估工作。设计指标包括载客150名，0.78马赫巡航速度，最大有效载荷下的最大航程2222公里。

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由DLR、NLR、Onera和代尔夫特理工大学共同确定的35个非常规布局中的部分构型，这些构型都是参照A320的使用需求设计的，气动布局包括常规布局、鸭式布局、双机身、盒式机翼、尾撑布局、前掠机翼、翼身融合布局等，动力形式基本都为电/混合电推进。

二、荷兰团队在Novair项目下评估3型混合电推进布局

欧盟授予代尔夫特和NLR的项目名称为“新型飞机布局和缩比飞行试验（Novair）”。项目周期为2016-2022年，总投资500万欧元。根据Novair项目的安排，代尔夫特理工和NLR主要研究采用分布式混合电推进（DHEP）的布局，通过利用推进系统和机体之间的协同效应来降低总体能耗。研究手段包括分析计算、地面试验和缩比飞行试验。       

03 Novair项目的主要工作示意图

目前，Novair项目完成了第一阶段的研究工作。代尔夫特理工大学的研究助理莫里斯·胡格里夫（Maurice Hoogreef）在美国航空航天科技研讨会上透露，他们评估了三种布局，其中只有一种显示出能耗减少和重量减轻的潜力。荷兰团队评估的三种布局是他们认为的2035年更可行，更容易扩展到飞机系列，更有可能通过分布式推进提供更高的效率，具有更低的噪音和其他好处。

三中布局分别是：HS1、HS2、HS3。

HS1：基于并联混合电推进的涡扇概念布局，该方案带有电池和电动机/发电机，可为起飞和爬升时驱动风扇提供额外动力。这个方案允许采用较小的涡扇发动机以在更有效的恒定操作点运行。（注：我们没有找到HS1方案的示意图，根据描述推测HS1布局应与现有的A320相同，只是通过并联电推进系统在起降所需的大功率阶段为风扇提供额外动力，因此风扇直径相比现有A320发动机可以更小）

HS2，一种基于前缘分布式螺旋桨的串联混合电推进概念布局，螺旋桨由机翼下方的两个涡轮发电机提供动力。利用螺旋桨的滑流作用增加机翼升力、载荷和动力负荷，从而提高效率。       

04 HS2高速布局由前缘翼下涡轮发电机驱动的螺旋桨拉动

HS3，一种基于分布式涵道风扇的串联混合电推进概念布局，涵道风扇布置于机翼后缘的襟翼上，机翼下方的两个涡轮发电机为风扇提供动力，还有一个带有两个涵道推进桨的“环形”推进尾翼取代了传统尾翼。

05 HS3有机翼后缘涵道风扇，翼下涡轮发电机和尾部涵道推进桨叶。

三、第一阶段评估表明：基于A320的分布式混合电推进没有优势

根据胡格里夫的介绍，评估中使用了“相当大”的假设，包括500Wh/Kg能量密度的电池组。NASA认为这一假设“是可以实现的，并非不可能，但超出了汽车和其他工业应用驱动电池的水平”。

评估结果显示，两种DHEP（分布式混合电推进）概念布局（HS2和HS3）的推进系统质量大幅增加，HS2为600％，HS3为730％。使得能量消耗也随之增加，HS3为34％，HS2为51％。

唯一的例外是HS1，该方案显示能量消耗减少10％以及最大起飞重量减少3％，因为巡航中涡轮风扇的更有效运行需要更少的燃料。但Novair团队提醒其初步分析不包括功率转换，冷却和配电系统的重量。

该团队的结论是，在执行A320任务所需的速度和航程内，推进系统质量的增加使得分布式混合电动飞机变得不可行。他们下一步将研究把HS2的前缘分布式推进与HS3的推进尾翼相结合的布局。涡轮将从机翼下方移动到尾部涵道的中心，以同时提供功率和推力。

Novair项目还打算探索短程任务的低速构型，以确定分布式和混合电推进的可行组合。NLR和代尔夫特团队认为A320任务对DHEP的要求太高，而且该技术可能更适合小型支线飞机。