混合电推进支线飞机全生命周期经济性与环境效益的跨时间折衷分析

当前，欧洲和北美正在进行多个混合动力推进系统的地面和飞行演示项目，以降低相关的风险。因为功率和性能要求在能达到的技术范围内，认证方面的挑战也更容易处理，大多数项目都集中在支线飞机上。支线航空的重振势头正在增强，随着今年多型混合动力推进系统将进行测试，重振支线航空的进程将全面提速。

一、“清洁航空”计划中的新项目

欧洲于 2022 年启动了“清洁航空”计划，主要包括三大研发领域：混合动力支线飞机（HERA）、超高效中短程飞机和氢动力飞机（HPA）。2022 ～ 2025 年，在“清洁航空”计划第一阶段，在 HERA 计划和 HPA 计划下，都启动了与支线航空相关的混合动力和氢能项目。

但是，业界的想法发生了转变。2025年初，空客将其氢动力零排放客机的投入运营计划推迟到 2040 年以后，理由是相关技术和基础设施尚未准备就绪。ATR 公司也推迟了其支线涡桨飞机混合动力 Evo的服役目标日期，因为原本计划为 Evo 研发全新发动机未能满足预期目标。这些决定迫使“清洁航空”计划改变战略，不再执着于短期内的飞行演示，而是聚焦于提升关键技术的成熟度。

2026 年 1 月 ,“清洁航空”计划在“超高效支线飞机”（UERA）专项下同时启动了四个紧密相关的项目：Demetra （电气化现代高效运输支线飞机验证机）、 Heracles（低排放混合电推进支线飞机概念）、Osyrys（混电支线飞机相关机载系统）和 Phares（支线段动力装置混合应用），为一个共同的飞机概念和演示提供互补的构建模块。

此外还有两个较小的快速通道项目为其提供支持：Modabat 项目负责研发可认证的电池，Power4Air 项目负责研发电力电子设备。这些项目总耗资 2.32 亿欧元，旨在为混合电推进支线飞机准备相关技术。

Phares 项目耗资 1.017 亿欧元，由普惠加拿大公司（P&WC）牵头，旨在开发并联式混合动力推进系统。该系统基于热效率提升的 PW127XT 发动机，并配备了一台来自柯林斯公司的 250 千瓦电池驱动电机，两者通过优化的齿轮箱连接，驱动一副推进效率更高、噪音更低的先进螺旋桨。P&WC 表示，地面测试计划于 2028 年底进行，该混合动力系统将替换 ATR 72 飞行验证机上的其中一台PW127 涡桨发动机。“清洁航空”计划预计，Phares 项目将贡献预期 30% 燃油消耗减少量中的 20%。

Osyrys 项目耗资 5690 万欧元，由赛峰集团主导，将聚焦机载电力分配、热管理系统以及用于高效能源管理的航空电子设备。Demetra 和 Heracles 项目由 ATR公司牵头。Demetra 项目耗资 5690 万欧元，在该项目下将对 ATR 72 验证机进行改装和飞行测试。该项目还将在风洞中测试先进螺旋桨、优化的短舱和机翼，并为涡轮发动机和电机开发单杆控制系统。 Heracles 项目耗资 1660 万欧元，在该项目下 ATR 公司负责飞机集成设计，整合来自 Osyrys 和 Phares 项目的技术模块，并协调欧洲航空安全局参与制定混合动力飞机的法规。

这四个项目将从“清洁航空”获得总计 1.4 亿欧元（1.61 亿美元）的资金，并辅以超过 2 亿欧元的实物投入。目标是在 2030 年前达到技术成熟度 6 级，转入产品开发阶段。

二、支线专项

此外，ATR 公司正在协调“清洁航空” 计划的支线航空专项。“清洁航空”联合执行体、ATR 及各项目合作伙伴已规划在2028 至 2029 年进行广泛的评估，包括：PW127XT 发动机的测试将于 2028 年进行，旨在评估其在地面试验台上的性能。针对高压系统，计划于 2028 年第四季度开始运行一个包含电池的集成测试台。

针对单杆控制和能源管理系统的概念验证，计划于 2029 年第二季度运行一个系统集成测试台。将在 PW127XT 发动机上配备全权限数字发动机—螺旋桨控制系统，自动油门与新控制系统的结合将有助于降低燃油消耗。

改进后的 Ratier-Figeac 螺旋桨将于2029 年与机翼和短舱一起进行集成风洞测试。完整的验证机计划于 2029 年第四季度首飞，以评估在飞机上集成混合电推进系统的可行性，并测试螺旋桨和集成控制系统。

在 UERA 新项目启动的同时，在由Avio Aero 公司牵头的 Amber（混电支线应用创新验证机）项目和罗罗公司牵头的HE-ART（支线飞机混电推进系统）项目下开发的多兆瓦混合动力系统计划于今年年底完成地面测试，以验证支线飞机并联式混合动力涡桨（e-TP）发动机的可行性。

Amber 项目正在开发一种 2 兆瓦的混合动力系统，将 GE 航空航天公司的 Catalyst 涡桨发动机与电机结合。HE-ART 项目正在演示一种 2.5 兆瓦的混合动力涡桨发动机，结合了赛峰的 Tech TP 涡桨发动机及其 500 千瓦、800 伏的ENGINeUS 电机。HE-ART 的设计围绕机载电池能源，而 Amber 则围绕氢燃料电池。Amber 项目的目标是实现至少 50%的混合动力化，这大大高于 P&WC 公司Phares 项目的 12% 混合动力化水平，而后者更接近实际运营中的支线飞机的预期水平。

罗罗公司表示，HE-ART 验证机包括涡桨、电机、齿轮箱、螺旋桨、短舱和两相热交换器已准备好在赛峰进行地面测试。HE-ART 动力总成（含齿轮箱、短舱和六叶螺旋桨）将在之前欧洲项目用于测试Tech TP的设施中运行，并已升级以运行更高的功率和直径 13 英尺的螺旋桨。此外，将在罗马尼亚的国家航空航天研究所对更先进的八叶螺旋桨进行风洞测试。整个 HE-ART 项目将在今年底结束。

当“清洁航空”计划的重点转移到Phares 和 ATR 飞行演示项目时，P&WC已经开始为 RTX 公司计划已久的 HEP（混合电推进）飞行验证机制造硬件。目前，飞行发动机设计已接近完成，公司将在2026 年第一季度末获得锻造零件。P&WC公司不愿透露验证机预计何时飞行，但表示将在 2026 年向飞机方 AeroTEC 公司交付硬件。

HEP 项目旨在研发一个 2 兆瓦的混合动力系统，目标是减少 30% 的燃料消耗，它结合了一个针对巡航优化的热力发动机和一个用于提高起飞和爬升功率的电动机。

公司目前正在改进热机，以提高热效率。发动机细节尚未公开，但业界怀疑其工作循环不同于传统涡轮发动机。柯林斯提供的电机由瑞士初创公司 H55 开发的 200 千瓦时锂离子电池系统供电，额定功率为 1 兆瓦。

该配电系统的工作电压为 1200 伏，远高于实际服役中可能使用的 800 伏电压。虽然这带来了电弧风险和技术挑战，但也为未来更高功率密度的航空电气化积累了宝贵经验。为了满足安全要求，验证机必须增加一个高压配电和接线盒，以防止连接处产生电弧。高压和大容量电池也需要独特的地面充电器，该充电器由魁北克的创新车辆研究所和加拿大国家研究委员会开发，安装在两辆拖车中，充电电压高达 1500 伏。公司称，在飞行测试的第一阶段中不会进行充电，但所有硬件都已就位，以便最终能在飞行中充电。

不同于设计全新飞机，HEP 项目选择改装成熟的 Dash 8-100 飞机，并保留了原有的齿轮箱和螺旋桨，仅替换一侧发动机。这种改装策略降低了风险，加快了验证速度，还采用了独特的单杆控制逻辑—油门行程的前半段控制热机，后半段控制电机，简化了飞行员的操作。

公司于 2023 年进行了热机和电机的独立运行测试。2024 年，在没有电池供电的情况下运行了混合动力发动机， 2025 年开启了电池系统的全功率运行，并计划于 2026 年向 AeroTEC 交付硬件进行飞机改装，随后进行地面和飞行测试。第一台飞行用发动机在交付前将经过 50 小时的测试，另一台并行制造的发动机也将进行耐久性测试，以制定验证机的维护计划。

自重启 HEP 项目以来，P&WC 公司已获得了“清洁航空”计划的Phares项目，并与电动支线飞机初创公司 Evio Aero 合作开发其 PT6E 涡桨发动机的混合动力版本，还与 Maeve Aerospace 公司合作开发源自 HEP 动力系统的混合动力开式风扇动力装置。公司预计量产型支线飞机的混合动力化水平不会像 HEP 项目那样高达 50%，而 Phares 项目和 ATR 主导的Demetra 飞行验证机“更接近于产品”。

尽管各项目已经取得了进展，但混合动力支线航空的实现时间表已推迟到2030 年代中期甚至更晚。对于氢动力飞机来说更是如此。

“清洁航空”计划的重心已转向下一代技术，并聚焦于氢电推进系统。空客已选定该系统作为其首选的 100 座、 1000 海里航程的 ZEROe 概念飞机动力方案。“清洁航空”计划执行董事称，第一期项目证明了整体可行性，但在重量和体积方面存在巨大的性能差距。这导致计划总体目标发生了转变：到 2030 年将第二代氢电推进系统的技术成熟度提升至 4级，而最初的目标年份是 2027 年。

三、氢能飞机项目延期

“清洁航空”计划第一期下的氢能相关项目均计划于今年结束。其中包括由 MTU 航空发动机公司主导的耗资4040 万欧元的 Herops（氢电零排放推进系统）项目，该项目旨在对基于 600千瓦核心模块的 1.2 兆瓦燃料电池推进系统进行地面演示。由霍尼韦尔公司主导的耗资 4480 万欧元的 Newborn（下一代机载高功率燃料电池）项目旨在演示一种基于 300 千瓦核心模块的架构，该架构可扩展至 8 兆瓦。此外，由空客主导的耗资 5240 万欧元的 Fame（兆瓦级燃料电池飞机）项目专注于使用液氢的兆瓦级燃料电池推进系统，这正是ZEROe 概念机的规划方案。

尽管空客决定缩减其 ZEROe 计划的资金，目前没有宣布飞行测试的计划，但“清洁航空”计划在 2025 年 12 月发布的第四轮项目提案征集中，仍拨出 1.01亿欧元用于持续的氢能相关研究，以解决氢能技术目前面临的研发延期、进展放缓的问题。该专项资金将用于两项核心任务：一是验证全电动氢燃料电池飞机的集成式氢燃料系统；二是研发氢燃料电池飞机专用的先进燃料电池推进技术模块。同时，计划还将对氢燃烧推进系统与氢燃料电池推进系统展开评估，并考量两种氢动力飞机设计方案。

从最初对氢能和混合动力技术的激进时间表，到如今面对技术瓶颈与基础设施挑战时的战略收缩，行业正经历一场深刻的“现实检验”，试图通过更务实的路径推进技术验证。“清洁航空”计划的战略调整正是这一思路的体现—聚焦于提升关键技术的成熟度，为本世纪 30 年代中后期的产品化奠定坚实基础。

与此同时，行业也在重新定义合作模式。公私伙伴关系、跨国企业联盟以及初创公司的参与，正在形成一个更具韧性的创新生态。从 P&WC 与 Evio Aero 的合作，到赛峰、MTU 等企业在氢能领域的布局，各方力量正围绕共同目标协同发力。这种协作不仅加速了技术迭代，也为未来制定统一的适航标准和安全规范铺平了道路。

尽管支线航空仅占全球商业航空市场的 5%，但其作为新技术“试验田”的战略价值不容忽视。一旦混合动力或氢能源技术在支线飞机上取得成功，其经验将迅速向更广泛的航空市场推广，为整个行业的脱碳进程提供关键支撑。