2020年民用飞机总体气动技术发展回顾

2020年，世界民用飞机的发展依旧围绕绿色、节能、降噪、减排的总目标持续推进，总体气动技术呈现出稳中有新的发展特点。电推进飞机依旧是民用航空研究热点和未来的重要发展方向之一，世界多国、多家企业及研究机构的多种电推进飞机方案持续推进；氢能成为民用航空动力的又一研究热点，推动飞机总体气动技术的改进，促进航空业向低碳及零排放的方向发展；波音公司、空客公司等航空主制造商持续不断探索新型气动布局及各种气动技术的潜力，为推进民用航空可持续发展，各国的建模仿真及试验等基础技术也在稳步推进。此外，随着各项技术的发展以及人们对高速旅行的需求，超声速民机关键技术的研发也在持续推进。

常规机型持续改进

2020年度，尽管受疫情影响，空客公司坚持A321XLR项目研制。4月，该公司已经生产了首架A321XLR的第一批金属部件，并完成了A321XLR关键部件的供应商选择。目前，已有24家客户订购了约450架A321XLR飞机，空客公司计划于2022年开始对A321XLR飞行测试，于2023年开始服役。10月，空客公司推出了ACJ220公务机，这款公务机不仅创造了“超大型公务机”这一全新细分市场，还首次提供灵活的客舱类型选择，以满足客户对大型以及远程公务机的需求。ACJ220公务机已获得首批6架订单，首架ACJ220公务机计划2023年初交付逸华航空并投入运营。

波音777X飞机飞行测试进展。波音公司的777X飞机是当前最大的商用双发运输机，由GE航空公司的GE9X发动机提供动力，该型机翼展长71米，采用复合材料及新型折叠翼尖，以方便机场运营。于2020年1月25日首飞，后来受疫情影响，波音减缓了777X的飞行测试工作，4月，第二架波音777X成功完成首飞，测试飞机的操纵特性等科目。第一架机已经完成约100小时的飞行试验，对襟翼、速度、高度和系统设置等进行了测试。

三菱“天空喷气”（SpaceJet）支线飞机项目调整。2020年，鉴于新冠疫情的影响，三菱重工面临严峻的财务困难，2月6日，三菱宣布将M90交付时间推迟至2021年，5月份，三菱宣布暂缓研发M100，并将其投入运营时间调整为2023年。10月份，三菱重工声称考虑到研发状况和市场环境，将进一步削减陷入困境的“天空喷气”项目预算，“暂停”M90相关开发活动，但仍继续进行型号取证文件编制工作。

新能源飞行器研制进展

空客公司的混合动力电动验证机E-Fan X项目旨在探索混合电推进系统在民用航空中的发展潜力，项目得到欧洲“洁净天空”2的支持，由空客和西门子于2016年发起，2017年罗罗加入该项目，并于2019年收购西门子电动航空部门。该项目在2020年度2月份，完成了E-Fan X飞机风洞试验，此次试验测试了这种混合电推进验证机的气动设计、低速性能和飞行品质。4月份，由于疫情对航空业造成了严重影响，空客与罗罗公司对研究项目的优先级进行重新评估，共同决定终止E-Fan X演示验证计划，但该项目研究工作取得了丰富的成果，探索了包括混合电推进系统架构、电池技术、高压电网系统以及适航取证相关知识。

7月，英国EAG公司表示，计划开发70~80座的混合动力支线客机（HERA70），预计于2028年投入使用。作为串联混合动力飞机，HERA 70预计研发成本50亿美元，最大起飞重量为48500磅（22000千克）；以275节的速度在25000英尺（7.62千米）高度飞行，航程为800海里（1482千米）；随着电池的改进，到2030年航程增加到1200海里（2222千米）；与ATR72涡桨飞机相比，其噪音水平将降低40％，利润率提高50％。9月，由EQT Ventures支持的瑞典Heart Aerospace公司发布了电动推进系统，该系统将为ES-19支线客机提供动力，预计在2026年夏季投入商业运营。12月，德国德意志飞机公司表示将开发D328eco型低排放飞机，面向50座级以内的支线通勤市场。

为积极应对当前温室气体排放、减少航空运输对环境的影响，多家飞机制造商及研究机构开始关注氢能在航空领域使用的可行性。6月，ZeroAvia公司在6座派珀M350基础上改装的测试飞机在英国克兰菲尔德机场进行了首次氢燃料电池动力飞行。9月21日，空客公司公开展示了世界首架零排放商用飞机的3种设计概念，旨在探索各种动力技术和气动布局，率先在整个民用航空业实现脱碳。9月，环球氢能公司计划将支线客机（冲8-300）改装为氢燃料电池动力飞机，该公司宣布与美国电动飞机推进系统开发商magniX展开合作，以促进氢燃料电池于近期在商用航空中获得应用。

新型气动布局研究持续推进

2020年度，俄罗斯茹科夫斯基中央气动和流体力学研究院（TsAGI）继续未来干线飞机飞翼布局研究工作，优化飞翼气动布局，消除发动机短舱、挂架和机翼之间相互作用的不利影响。3月份，TsAGI已用钢和铝合金制作飞翼布局模型，模型采用整体式设计，中央机翼较大，对接机翼检测装置，带有V形双垂尾。7月份，完成了未来干线客机“飞翼”（LK）布局模型在T-128风洞的阶段试验，研究了巡航状态下的综合气动特性，包括拆除短舱，确定气动干扰量化数值，试验表明干扰阻力明显降低。还计划进行模型绕流显示研究。下一阶段的试验将在TsAGI的T-106风洞中进行，并通过可视化方法研究流动的物理机理。

翼身融合布局是指机翼和机身高度融合的全升力面飞机外形，多项研究表明，翼身融合布局的气动阻力较小、飞行效率高、结构重量轻、装载空间大、不但节能环保，还能有效降低噪声和发动机有害气体排放，是有望实现未来绿色航空“经济、环保、舒适、安全”要求的民机革命性布局技术之一。2月，空客公司在新加坡航展上展示了MAVERIC（用于验证和试验稳健创新控制的飞机模型）“翼身融合”民机缩比模型技术验证机。空客公司于2020年9月21日公布的代号为ZEROe的3型零排放商用客机概念方案，其概念方案之一采用“翼身融合”布局，动力系统为分布式涡轮风扇发动机，可搭载200名乘客，航程与涡扇方案类似，约3700千米（2000海里）。

“Flying-V”翼身融合概念方案由代尔夫特理工大学研发，并得到空客和荷兰皇家航空公司的支持，其缩比验证机于2020年9月份在德国一个秘密空军基地完成首飞。荷兰代尔夫特理工大学介绍，“Flying-V”在设计阶段就已经考虑到了未来飞机在动力系统上的改进，当未来有更新的、电动化的动力系统出现后，“Flying-V”也能够很容易地与之适配，其最终目标是在飞行中实现零排放。

分布式布局体现了飞机设计从单一动力研究到飞机总体、动力、机电等技术集成研究的变化，很有可能成为航空业革命性的转折，为航空科技发展提供新的方向。NASA 一直在推进全电动飞机X-57“麦克斯韦”分布式布局方案研究，2020年3月，NASA官方发布了X-57 最终构型概念图，即Mod IV，描绘了X-57在不同阶段的状态。X-57采用大展弦比机翼，减少飞行阻力，提高效率。4月，NASA的首架全电动飞机——X-57进行了地面试验，成功验证了该飞机具有发送遥测信号的能力，可确保试验团队在飞行过程中能跟踪关键任务数据。6月，NASA该项目的承包商实验系统航宇公司对X-57飞机的电动巡航电机和大展弦比机翼进行装配和合格试验。

NASA表示可能会开发一种试验飞机X-plane，来评估下一代航空技术，这些技术可用于2030年投入市场的下一代单通道商用飞机。NASA局长布莱登斯汀表示，NASA可以使用这种飞机来评估桁架支撑机翼、小核心机涡扇发动机和先进电力系统。