EcoPulse 结果预示混合电动航空的光明前景

十二月中旬的一个寒冷日子里，主要利益相关方齐聚法国西南部塔布的一座 Daher 机库，通过直播活动为 EcoPulse 验证机送行。

EcoPulse 是一款分布式混合动力飞机演示机，由空中客车、达荷和赛峰共同设计和研制。三家公司负责人均登台分享了他们对该项目的看法，其中包括空中客车负责“未来推进系统”的让-巴蒂斯特·曼谢特。

现场气氛热烈，约有 50 人聚集观看活动直播；此时距离 EcoPulse 首次在 2019 届巴黎布尔歇航展上公布已过去五年多。不过，在介绍飞行测试结果之前，我们先快速回顾一下 EcoPulse 测试的内容以及飞机的技术设计特点。

EcoPulse 是什么？

EcoPulse 演示机是一架经过改装的达荷 TBM 900 涡桨飞机，旨在评估分布式混合电推进的潜在优势，以及将某些相关技术模块整合到未来飞机中的可能性。分布式推进系统通过将推力分配给沿机翼布置的多台小型发动机来工作。空中客车、达荷和赛峰认为，这项技术有望提升飞机性能，尤其是在客舱噪声和节能方面。

为此，三家合作伙伴根据各自的专长分工研制演示机：赛峰负责研制分布式混合电推进系统，包括六台安装在机翼上的电动螺旋桨；空中客车防务与航天公司则提供了用于为推进系统供电的 800 伏高能量密度电池。该电池可提供 350 千瓦电力，足以在飞行中驱动全部六台电动螺旋桨。空中客车开发了飞行控制计算机系统，并负责分布式推进系统的气动与声学集成。达荷则将空中客车和赛峰的改装整合到机体中，并负责所有飞行和适航测试。

要点

飞行测试活动历时八个月，从 2023年11月 持续到 2024年7月。共进行了 50 次测试飞行，累计飞行时间约 100 小时。飞行期间开展了多种测试，考察分布式推进系统对气动性能、效率、噪声等方面的影响。许多结果令人鼓舞，接下来让我们回到塔布的机库，进一步了解我们取得的发现。

电池技术的一次飞跃

“电池是混合动力化的关键组成部分之一，而掌握如何设计、制造并使其获准飞行，对我们来说非常重要，”Jean-Baptiste向听众解释道。这种定制锂离子电池必须由空中客车防务与航天公司完全自主设计，因为目前市场上还没有这类技术。飞机的标准电池技术侧重于低电压、低能量密度电池，主要用于启动辅助动力装置（APU）或在紧急情况下使用。汽车行业使用的较大型电池则过于沉重、体积也太大，不适合用于飞机。达荷尔飞机设计负责人Christophe Robin在台上准确概括了EcoPulse电池为何如此重要：“通常，轻型飞机使用28伏电池。商用飞机通常采用115伏交流电。我们在这里［EcoPulse上］使用的是800伏［直流电］，这完全是另一回事。”

这个故事有一个圆满的结局。电池控制模型在飞行测试期间成功通过验证，EcoPulse项目证明，如此高功率的电池可以安全集成到飞机中并进行飞行，而不会损害任何安全标准。
 

机翼气动性能改进

“利用电力了解机翼的行为，以及如何改善升力、缩短起飞距离，并将其应用于爬升和巡航阶段，这是我们取得的一项重大成果，”Jean-Baptiste解释道。在2021进行的风洞试验结果已在飞行测试期间得到确认。EcoPulse展示了在巡航阶段将推力分布至机翼外侧可降低阻力，也就是说，推力主要施加于更靠近翼尖而非机身的电动螺旋桨。这带来了能效提升。

创新飞行控制测试

飞机的飞行轨迹通常由飞行员通过三个主要系统控制：副翼（滚转）、升降舵（俯仰）和方向舵（偏航）。Ecopulse测试了一种创新型飞行控制系统，利用电动螺旋桨产生的不对称推力使飞机向左或向右转弯（取代方向舵），并控制飞机滚转（取代副翼）。系统达到了目标滚转率，机组人员对飞机可控性的反馈也很积极。达荷尔参与EcoPulse项目的试飞员之一Thibaud Brouze告诉在场听众：“使用电传飞控系统，通过飞行计算机控制偏航和滚转，飞起来真的很有意思……驾驶这架与众不同的飞机非常酷。”

噪声降低与感知测试

EcoPulse进行了外部和内部噪声测试。由于电动螺旋桨会以不同转速旋转以改善气动性能或控制飞行，它们产生的噪声可能不同于当今螺旋桨飞机的噪声。机舱内部噪声测试证实，用于传统螺旋桨飞机的相同机舱技术，也能降低采用电动发动机的飞机机舱内的分贝水平。这些技术包括振动吸收器等声学阻尼装置，以及同步调相技术；后者通过控制电动螺旋桨叶片的转速和同步状态来降低噪声。此外，外部飞行噪声测试获得的数据使团队得以提出建议，以减少这种独特推进系统产生的恼人声音。

模型改进

团队为整架飞机建立了数字孪生模型，用于预测EcoPulse的行为。模型包括针对不同关键技术的子模型，例如电力推进系统、电池和飞行控制系统。团队还纳入了根据在菲尔顿进行的风洞测试建立的电动螺旋桨叶片模型。测试阶段获得的飞行数据被整合进数字孪生模型，提高了模型的准确性。这对采用这些技术的未来飞机设计至关重要。

混合电动飞行的未来规划

EcoPulse的成果将对空中客车未来的飞机设计产生切实影响。“EcoPulse测试活动让我们得以推进某些混合电动技术，例如高压电池，并将其集成到未来的飞机、直升机和空中交通解决方案中，”Jean-Baptiste说。“通过分布式电推进，我们实现了在飞机层面对飞行物理和能量管理进行建模的目标；这些都是塑造下一代飞机的关键要素。”

参与该项目的三家航空航天业领军企业之间的合作尚未完全结束：达荷尔和赛峰正在合作开展一个联合项目，而空中客车与赛峰（后者持有CFM国际50%的股份）正通过RISE验证机共同探索开放式风扇发动机的可行性。Jean-Baptiste认为，此类合作最终带来的益处是“在飞行中测试事物，因为在那里你能学到很多东西”。Christophe Robin对此表示赞同：“真实条件从不说谎。”

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