国外电动飞机发展态势分析

2021年4月7日，美国航空航天局（NASA）于阿姆斯特朗飞行研究中心启动了X-57麦克斯韦电动验证机高压地面试验，标志着X-57演示验证项目从部件设计和原型制造阶段过渡到整机试验阶段，即将迎来首飞。X-57是NASA首型电动飞机验证机，代表美国政府对这一新技术领域的关注。

一、电动飞机发展背景

运输产业是全球碳排放的重要源头。近年来，全球航空运输量以年均近5%的速度持续增长，碳排放量持续攀升，绿色航空成为国际航空业关注的焦点，获国际民航组织、国际航空运输协会等组织与各航空强国的广泛关注，成为产业竞争和技术发展的前沿领域。

电动飞机技术是实现绿色航空的关键技术途径。相比于燃油、液压等传统能源形式，电动飞机技术显著提高能源利用效率、改善维护性能、降低噪声和排放，有望实现节能60%、减排90%、降噪65%的技术突破，远高于传统技术改进带来的收益。美国、英国、欧盟等国家和地区通过设立专项基金、研究计划等形式大力推动电动飞机技术发展；空客、波音、达索、通用电气、罗尔斯Ÿ罗伊斯、赛峰、联合技术等7家航空制造巨头发布联合声明将电动飞机技术列为航空业发展“第三时代”的标志，将加大相关研发力度；商业资本广泛投入该领域，催生了大批初创企业，涌现了超过200项电动飞机项目。

二、电动飞机发展获美欧各国大力投入

（一）美国多层面推动电动飞机发展，强化航空领先地位。

美国政府于2007年12月出台了《航空研究与发展国家规划》，提出了降低航空系统对环境影响、实现绿色航空的战略目标；2019年美国白宫通过备忘录指出优先考虑电动垂直起降飞行器的研发、适航与标准制定。

NASA规划发展路线，建设试验基础设施，开展关键技术演示验证。于2015年率先提出了电动飞机发展路线图，启动包括小型垂直起降飞行器、通用飞机、大型干支线飞机在内的3条技术路线研究。2016年启动了X-57麦克斯韦分布式电推进验证机计划，目前已进入第二阶段试验（共四阶段）。针对城市空运启动的先进空运国家行动项目进入发展测试阶段，支撑新兴领域的需求分析与场景设计。

美国能源部资助关键技术攻关。2019年底启动了电动飞机领域动力系统研究计划，面向单通道客机需求，资助电推进系统关键部件和技术研究。

美国军方预研关键技术，提供试验资源。一方面通过多项预研计划布局发电、配电等关键技术先期研发；另一方面为企业提供空域、试验室等资源。2020年初公开了分布式混合电推进运输机概念模型；2020年2月启动了敏捷至上演示验证项目，将政府资源和商业资本、技术高效融合。

美国联邦航空局探索电动飞机适航流程。开发了电动飞机运行概念，调整23部等法规，并与企业合作研究认证基础，计划2023年首次完成电动垂直起降飞行器适航认证。

（二）英国设立专项基金，以电动飞机为经济复苏重要抓手。

电动飞机技术是当前英国制造业发展的重点方向，英国首相鲍里斯表示将发展电动飞机作为英国经济复苏和维持航空业全球领先地位的重要举措，提出将在全球范围内率先完成零排放远程客机研制。

英国商业-能源与工业战略部、航空航天技术研究所于2020年7月设立了4亿英镑的专项基金推动绿色航空发展，其中由航空航天技术研究所主导的FlyZero电动飞机计划是重点研究领域，对电动飞机研发提供了广泛的资助，涉及电推进系统、平台集成、基础设施等多个领域。

（三）欧盟持续投资电动飞机技术，支撑绿色航空发展战略。

2008年至今，欧盟提出了“洁净天空”“地平线2020”系列联合技术创新计划，开展了包括混合电推进架构、先进发电技术、电力电子技术等在内的大量电动飞机关键技术攻关。

欧盟主要国家（德国、法国、荷兰等）航空研究机构积极开展合作，在氢动力系统、分布式电推进技术等领域开展了丰富的工作。欧洲航空安全局建立健全适航法规，针对电推进系统、电动垂直起降飞行器等发布认证框架、符合性方法征求意见稿。

三、电动飞机技术发展现状

电动飞机发展主要涉及3个领域，分别是电动垂直起降飞行器、通用飞机、干/支线飞机。

（一）城市空运成为交通新范式，广泛吸引全球资本。

电动垂直起降飞行器的研制由市场主导，政府从适航认证和空域管理层面介入。电动飞机技术催生了城市空运（UAM）这一全新交通范式，采用电动垂直起降飞行器提供城市内部或城际空中运输服务，成为目前民用航空领域最热门的创新领域。面向1-4名乘客的城市内部和城际空中交通场景，产品已进入样机飞行试验阶段。

目前，空客、波音、贝尔等飞机制造商，罗罗、赛峰等发动机制造商都已启动了城市空运相关研发计划。巨额商业资本也催生了大批初创企业，美国JOBY公司近期上市，融资高达16亿美元。

各国政府探索相关适航流程，设计新型空运体系的运行架构及空域管理，为2023年前后产品投入市场运营提供条件。美国联邦航空局提出了城市空运运行概念的初期版本，欧洲航空安全局发布了多份特殊条款和征求意见稿。

在民用领域之外，美国也积极推动相关技术的军事任务应用。美国空军与多家企业合作，提供试验资源，开展电动垂直起降飞行器的军用场景试飞验证工作，推动相关技术成熟与应用

（二）通用电动飞机快速投入商业运营，并作为关键技术的验证平台。

通用飞机以其结构简单、适航认证快速等优势，成为电动飞机技术发展的前沿阵地，一方面快速投入商业运营、降低成本，另一方面可作为关键技术的验证平台。

在商业运营方面，电动飞机能够有效提高平台维护性、降低运营成本。加拿大海港航空公司与MagniX公司合作完成了全球首架商用飞机改装电动飞机，采用功率560千瓦电机替换原有活塞发动机，正在开展补充取证（STC）工作，计划于2022年投入短途商业运营。采用电推进系统能够有效降低能源与维护成本，据估计采用电推进系统5年内生命周期成本较传统动力形式可降低70-80％。

作为技术验证平台的典型代表是NASA的X-57验证机与罗罗的创新精神验证机。X-57旨在研究分布式电推进布局及相关技术，预计其巡航状态能量效率较基线飞机可提高4倍以上。创新精神验证机是罗罗在英国政府资助下开展的“加速飞行电气化”平台，采用全电推进系统和固定翼构型，设计功率400千瓦、速度480千米/时，目前已完成地面滑行试验。

（三）干/支线飞机电气化是绿色航空未来愿景，由国家级研究机构和传统航空制造商主导。

囿于储能系统的功率密度与能量密度，混合电推进技术是支/干线飞机发展的重要方向，采用储能装置与电机的组合提供额外的推力，运行模式灵活，能够有效提高飞机能量使用效率；推进系统布局灵活，可采用分布式布局、翼身融合等新型设计，为飞机构型设计提供了广阔的空间。由于技术难度大、研究周期长，目前干/支线电动飞机技术主要由大型航空制造商及政府、军方主导研究。

支线电动飞机目前处于系统级演示验证阶段。联合技术公司开展了支线飞机混合电推进计划，基于庞巴迪冲-8支线飞机，使用2兆瓦级混合电推进系统替换一侧的PW121涡桨发动机，预计2022年首飞。罗罗公司开展了2.5兆瓦级混合电推进系统研究，采用3千伏高压体制，是当前航空领域容量最大的混合动力系统，目前已进入地面试验阶段。

由于功率和能量需求大、平台复杂，干线电动飞机尚处于概念研究阶段。NASA与通用电气、波音等公司联合提出了N3-X、STARC-ABL等多项概念方案，美国空军研究实验室也提出了电推进运输机概念方案，通过超导电机、边界层吸入、分布式推进等技术，大幅提高效率。

四、小结

近年来，电动飞机成为航空业发展的焦点，能够有效应对航空业面临的环境挑战，降低碳排放与噪声，一方面提高了航空运输业的效率，另一方面催生了城市空运等新型航空运输业态的发展。党的第十九届五中全会提出了我国争取在2060年前实现碳中和的目标，“做好碳达峰、碳中和工作”被列为重点任务，其重要性提升至国家政策层面。积极推动我国电动飞机及相关技术发展，是落实碳排放控制任务、强化我国航空业自主创新、支撑航空强国建设的有效途径。

（航空工业发展中心 穆作栋）

专题报告如下

一、警务航空

中国各地公安机关已于上个世纪90年代初开始装备警用直升机。1993年，我国第一支警务航空队—武汉市公安局警务航空队成立。截至到2019年底，全国已有24个省、自治区、直辖市、公安机关建立了40支航空警务队，配备警用直升机约67架，警航飞行员100多名。详见

二、航空护林

2019年，农业共计完成飞行小时5.23万小时，飞行架次13.3万架次。包括人工降水、航空喷洒（撒）、气象探测、渔业飞行、使用具有特殊适航证的航空喷洒（撒）等。全年共计102家企业参与农业通航服务，平均飞行时间512.75小时。

三、空中游览

空中游览作业全年共计完成2.16万小时，飞行10.33万架次，搭载乘客22.86万人次。全国共有148家企业参与运营，平均飞行小时145.86小时。生产效率方面，平均每小时空中游览载客量平均值为10.6人，每个起降架次的载客量平均值为2.21人次。

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四、商业模式探讨

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