羅羅的綠色航空布局

董幗雄

盡管2020年的日歷已經翻過，但新冠肺炎疫情對全球航空業造成的影響仍在繼續。2021年伊始，發動機制造商羅羅宣布，由于全球航空市場不景氣，考慮到飛機制造商暫時不會推出新機型，公司將暫停下一代超扇發動機（UltraFan）的研發工作。

但羅羅也表示，這并不代表公司會減少對新技術的研發投入，只是將研發方向根據行業發展趨勢進行相應的調整。事實上，在宣布暫緩超扇發動機研發之前不久，2020年11月，羅羅高調宣布加入聯合國“奔向零碳計劃”，規劃在未來10年內通過10種技術路徑在其業務板塊實現凈碳零排放的目標。由此可見，與綠色環保相關的技術研發工作將成為未來羅羅的優先發展項。

奔向零碳計劃

作為全球寬體客機動力市場的兩巨頭之一，羅羅在加入聯合國“奔向零碳計劃”后宣布，將通過開發新產品和新技術，在2050年全行業達到凈碳零排放中發揮主導作用，并提出了實現這一目標的10種技術路徑。在這10種技術路徑中，有一些與航空業息息相關。

傳統的燃氣渦輪發動機研發方面，在剛剛宣布暫停研制的超扇發動機項目中，羅羅在發動機軸上安裝了嵌入式電啟動發電機。羅羅認為，如果能將電啟動發電機安裝在發動機冷端軸上的話，一個100～500kW的集成電動機就能啟動發動機，同時使發動機具備足夠的發電能力，從而為飛機系統供電。

為了實現這一目標，羅羅啟動了“嵌入式電啟動發電機計劃”。在該計劃中，羅羅將一臺嵌入式電啟動發電機安裝在一臺阿杜爾軍用發動機的低壓軸和高壓軸上進行試驗。按照原計劃，羅羅后續還會發展一系列功率高達150kW的嵌入式電啟動發電機，以滿足大型飛機的電力需求。目前，盡管UltraFan項目被暫時擱置，但羅羅表示，在“奔向零碳計劃”中，嵌入式電啟動發電機的研制將會繼續進行。

在傳統燃氣渦輪發動機使用方面，羅羅將與高校、科研院所合作，通過電解產生合成燃料，即所謂的電子燃料來替代一部分傳統航油，同時羅羅還在評估氫在航空領域中的應用。

數字化技術在羅羅的綠色航空技術布局中也扮演了重要角色。在“奔向零碳計劃”中，羅羅正在試圖通過使用數字孿生技術收集大量的客戶機隊信息，從而預測發動機在全生命周期中的表現。未來，羅羅希望這項技術能夠幫助航空公司減少油耗。

除了運營環節，羅羅還希望通過數字技術的應用來實現綠色制造。

目前，羅羅位于英國布里斯托爾的新復合材料工廠正在使用低能耗、低排放工藝，并采用最先進的自動化制造技術進行生產。同時，羅羅還在使用虛擬現實技術設計發動機。在“奔向零碳計劃”中，羅羅希望通過綠色技術和環保材料的使用，可以實現未來發動機產品在全生命周期結束后，仍有98%的部件和材料可以實現回收利用。

混合電推進計劃

盡管傳統的燃氣渦輪發動機在未來數十年內仍然是主流的飛機動力裝置，但對于發動機制造商來說，想要實現燃油效率質的提升已經是一件十分困難的事情了。因此，為了滿足對飛機環保性、經濟性的要求，以及為了達成國際航空研究合作項目設立的2050年減排目標，無論是飛機設計方還是發動機設計方，都必須大膽創新。

在此背景下，電氣化技術成為了航空業實現綠色環保目標的重要手段。為了順應航空領域電氣化的發展趨勢，羅羅專門成立了電氣部門——羅羅電氣（RRE）。在過去幾年間，羅羅圍繞混合電推進技術的發展進行了大量的探索。

羅羅公司將航空混合電推進系統的未來市場應用分為四大領域，一是2～4座的輕型和超輕型飛機，主要用作飛行訓練和航空運動飛行;二是空中出租車或eVTOL，主要用作城市空運領域;三是20座及以下的支線飛機，這類飛行器也可采用垂直起降;四是20～100座的支線飛機。在這一領域，羅羅之前與空客聯合研制了E-Fan X飛機驗證機項目，但同樣由于受到疫情的影響，這一項目已被暫時擱置。

具體來看，在混合電推進方面，羅羅實施了兩個主要的項目。一個是基于M250發動機的混合電推進系統。2019年4月，羅羅公司完成了基于M250發動機的混合電推進系統的地面測試，這是公司邁向混合電推進的重要一步，這次測試也是為公司將于2021年開展的空中飛行試驗做準備。

2019年11月，羅羅公司宣布開發基于M250混合電推進系統的驗證機。演示驗證計劃采用APUS i-5飛機作為試驗平臺，該飛機重量約4噸，為常規起降形式。演示驗證計劃由羅羅主導，為期3年，合作伙伴包括德國航空工程公司（APUS）和勃蘭登堡理工大學（BTU）。羅羅表示，該項目旨在驗證最為復雜、全面的基于燃氣渦輪發動機的混合電推進系統的開發和集成。

值得一提的是，基于M250發動機的混合電推進系統可以采用分布式布局，可應用于多種起飛重量、載荷較小的飛機平臺，例如，常規起降飛行器、通用飛機、直升機以及eVTOL等。

另一個則是基于AE2100發動機的混合電推進系統，也就是羅羅與空客、西門子聯合研發的基于BAE146支線客機的E-Fan X混合電推進技術驗證機，旨在測試功率達2MW的串聯式混合電推進系統。

在該項目中，羅羅利用1臺安裝在機體內的AE2100發動機驅動1臺2.5MW的發電機發電，帶動1臺西門子公司的2MW電動機。該電動機將替代BAE146飛機的4臺渦扇發動機中的1臺，驅動涵道風扇。2020年，由于受到疫情的影響，E-Fan X項目被暫時擱置，但羅羅方面已明確表示，將繼續推進E-Fan X項目中的一些地面和飛行測試。

全球最快的電動飛機

盡管從長遠來看，混合電推進技術將大有用武之地，但由于受到技術、適航等多方面的限制，短期內很難大規模應用于商用航空領域，因此羅羅在進行相關技術研發的同時，將目光投向了通用航空領域。

2019年年初，羅羅公司宣布研發世界上飛行速度最快的全電動飛機項目——加速飛行電氣化項目（ACCEL），并獲得了英國政府的資助。該項目旨在制造、測試并商業化應用電動飛機，并研發必要的技術和供應鏈知識，為未來電氣化飛行儲備技術、積累經驗。

ACCEL飛機項目完全由電池供電，設計目標是實現最大飛行速度超過300英里/小時（483公里/小時）。為此，羅羅選擇與電機和控制器制造商雅莎（YASA）、初創公司伊航（Electroflight）以及英國宇航技術研究所（ATI）合作。其中，羅羅公司負責整體設計、可靠性驗證;YASA公司負責電動機和控制器的設計生產;伊航公司負責傳動系統和能量存儲系統的設計生產。

ACCEL飛機項目利用Sharp Nemesis NXT競速飛機作為飛行平臺。此型飛機在使用現有活塞式發動機時的巡航速度為523公里/小時，飛機翼展為7.3米。在使用電池為動力后，ACCEL飛機需要6000個鋰離子電池作為動力以驅動3臺輕型YASA750R電動機，為螺旋槳提供372kW的功率。

羅羅表示，在這一項目中，公司將把研制重點放在電池、動力傳動和電機技術的研發上，并希望能夠在保證安全的基礎上，打破由西門子改裝的一架Extra330LE特技飛機在2017年創下的210英里/小時（338公里/小時）的紀錄，并實現超過300英里/小時的最高時速，成為全球飛行速度最快的全電動飛機。

目前，一個約20人的團隊正在位于英國格洛斯特郡機場的伊航公司工廠進行相關研發工作。2020年9月，羅羅宣布完成了ACCEL高速電動飛機驗證機的動力系統地面臺架測試。在此之前，該機所有核心系統已在地面測試平臺上進行了相關測試，其中包括500馬力的電機動力總成測試。在地面試驗中，由于ACCEL是全電飛機，羅羅還將用于試驗的鐵鳥測試平臺命名為“離子鳥”（Ion Bird），以區別于傳統的鐵鳥平臺。

從技術實現的角度來看，ACCEL項目要取得成功需要突破幾項關鍵技術。首先，要突破高功率、高能量電池設計技術。目前，ACCEL項目的設計團隊希望電推進系統的質量與NXT發動機和燃油系統的質量相同，這樣就不需要因調整起飛重量而對飛機重新進行認證。從目前的試驗進展來看，項目團隊對次級電池系統的早期測試結果與預期相符，目前正在擴大電池容量，并進行相關的測試。最終，ACCEL項目的目標是通過使用高密度鋰電池組來提供750kW的功率。

既需要高功率，也需要高能量，這是電池設計中面臨的挑戰之一，而這也正是航空業的需求。這些電池為YASA開發的3個輕型電動機提供動力，飛機螺旋槳與3個輕型電動機同軸安裝，這是首次在航空領域采用這種方法，同時也是羅羅研發的電機所具備的獨特優勢。

在ACCEL項目中，羅羅還專門設計了一個航空電子系統，該系統能夠監測電池健康狀況并及時向飛行員報告。一般而言，在20～30年的使用壽命中，電動飛機可能需要更換幾次電池。羅羅開發的這套系統每秒可以監測2萬個數據點，以測量電池電壓、溫度和動力系統的整體健康情況。

此外，在ACCEL項目中，電池還將采用定制的液體冷卻系統進行冷卻。為了保證飛機在設定航線上均保持較高的飛行速度，羅羅還需要研究如何對電池進行冷卻。降溫冷卻是電池系統設計的關鍵創新之一。采用定制的液體冷卻系統使電池在整個飛行期間能夠保持在40度左右的最佳工作溫度。

從羅羅的戰略布局中不難看出，如今航空業正彌漫著一種“電動飛行”的焦慮，企業都急切地想要突破電動技術并使之商業化。這一方面是由于人們對于電氣化飛行高效經濟、環保低噪的認知日益深刻，另一方面則源自特斯拉引領汽車行業開啟的革命性變化所帶來的沖擊。但由于航空業的高門檻，在未來的電氣化飛行中，傳統的飛機制造商和發動機制造商的主導優勢將依然存在。因此，對于他們來說，誰能夠搶占先機，或許意味著將繼續鞏固各自的行業壟斷地位。因此，未來羅羅的綠色航空布局值得期待。