(来源:观察者网)
【文/观察者网专栏作者 张仲麟】
在珠海航展前期宣传启动之际,一架全新的飞机突然在社交媒体上亮相。
这架红黑色的飞机是下单翼、T型尾布局,而且尺寸较小,是典型的公务机尺寸与布局。但是与普通公务机使用两台发动机尾吊布局不同,这架飞机是左右机翼上各有五台涵道风扇发动机,并且与机翼融为一体,说明这是一架使用分布式电推进系统的飞机。
而且机上没有看到涡轮发电机的进风口,代表着这是一架纯电飞机。而机身上的名字与型号也正说明了它的来历与身份:中国商飞,CE-25A。

美国军事媒体《战区》看到CE-25A的照片时第一反应:这是不是AI?
并非横空出世的CE-25A
从社交媒体上流传的照片来看,这架CE-25A正在外场进行测试,且整机处于较高的完成度。虽然不确定CE-25A是否已经完成首飞,但很显然至少已经进入地面测试阶段,进行试飞显然只是时间问题,并不存在技术上的障碍。只不过从其涵道风扇发动机阵列并没有进行整流处理,加上各种细节,显示这还是一架技术验证机。
当然,CE-25A的突然出现,虽然让人有些意外,却并不是横空出世,对于长期关注中国航空业发展的人来说,这一切都是水到渠成的结果。
早在2022年,商飞北研中心就开始了分布式涵道风扇机翼与电动飞机的研究。而在商飞北研的《集成有分布式涵道风扇的机翼和电动飞机》发明专利中,我们会发现专利中所展示的飞机布局与如今的CE-25A高度相似,甚至可以说如出一辙:下单翼、T型尾翼、两侧各5个涵道式风扇、纯电飞机。可以说,如今我们看到的CE-25A,就是当年专利中所展示的机型落地的结果。
商飞北研中心专利中所展示的分布式风扇飞机示意图,可以看到动力电池位置在机身底部与机翼根部到了2023年11月的第六届中国国际进口博览会上,CE-25A终于以模型的形式首次进入公众视野。当时中国商飞展出的CE-25A已经与如今的实机相差无几,展板上还给出了19座级、设计航程400至500公里、最大巡航速度400公里每小时等基本指标。更值得注意的是,商飞当时便明确表示,CE-25A已经完成了缩比验证飞行。

进博会上商飞展示的CE-25A模型及说明
而这也能从西工大的试验中得到对照验证。在西工大所公布的信息中,能看到CE-25A的缩比模型,且构型与如今看到的基本一致,只有涵道风扇阵列的外形与如今的实机有所不同。可见CE-25A从一开始就不是一张仅供展示的概念效果图,而是有着明确技术路线和实际验证工作的研发项目。

模型虽丑,但一眼就能认出这是CE-25A
也正是在2023年,商飞联合宁德时代以及交大一同创建了商飞时代公司。这三者中,商飞负责造飞机,宁德时代拥有全球领先的锂电池技术,上海交大则在航空电推进领域有着相当深厚的科研积累。也因此,这次合作的目的很明确,将航空工业与新能源汽车产业的技术优势结合起来,为未来电动飞机的发展奠定基础。而如今CE-25A虽然没有公布使用的航空动力电池来源,但显然与三者的合作有着很深的关系。

而当我因为CE-25A翻阅2024年珠海航展上商飞的展板时,发现商飞早已将谜底写在了谜面上。
在商飞的新能源发展路线展板上,将新能源飞机的发展划分为单座、四座、19座级,以及支线、窄体干线和宽体干线等不同级别。其中19座及以下的小型飞机主要发展以动力电池和气态氢等为能源的全电推进技术,而对于更大的支线和干线客机,则着重探索油电混合以及其他新能源技术。而CE-25A,就是其中的19座级纯电飞机。
基于这个路线图,CE-25A的定位就很清晰了。它是为商飞未来的电动、电混飞机进行技术验证,完成大功率电推进、高压供配电、分布式动力控制和气动推进融合等关键技术。随后基于CE-25A上取得的技术成果,再进一步发展支线干线混动客机。
也正因此,当CE-25A横空出世时大家很快就认出了它,因为商飞在过去几年中早就在不同场合展示了它。而真正令人意外的还是商飞真造出了CE-25A,而且完成度非常高。

欧美纯电飞机的坎坷之路
实际上,电动飞机并不是什么新鲜事物。早在十多年前,欧美航空工业就已经掀起过一轮电动航空热潮,波音、空客以及一大批初创企业纷纷入局。然而十多年过去,当年如火如荼的电动飞机热已经消退得差不多了,因为它们基本都死绝了。
在电动/电混飞机领域,空客算是先行者。2014年,其E-Fan纯电验证机完成首飞,随后又联合罗尔斯·罗伊斯启动E-Fan X项目,计划在BAe 146支线客机上安装2兆瓦级电推进系统。但E-Fan X最终在2020年被取消。
而NASA的X-57项目则更接近CE-25A的理念。这架纯电飞机同样使用分布式推进的方案,并且安装了14个电动螺旋桨。作为X系列家族的一员,X-57是准备用来探索飞机分布式电推进技术的,但在研发过程中,电池、电机以及高压线路接连遇到问题而且难以解决。最终,X-57因为无法解决三电系统的问题以及难以满足技术要求,于2023年画上了句号,甚至没有首飞过。

NASA的X-57电动飞机,也是分布式电推进
空客和NASA这两个欧美国家队尚且如此,民间商业公司的电动飞机项目更是惨不忍睹。美国Eviation公司的9座纯电通勤飞机Alice在2022年成功首飞,还获得了数百架意向订单,眼看风头一时无两。然而正如美国那些看起来很酷炫的科技项目一样,一旦到了量产阶段就露了屁股。Alice一直停留在原型机阶段迟迟无法投入量产,最终因为资金链断裂而宣告暂停。当然这一停很可能就是永远了。
而意大利Tecnam公司的P-Volt则更加直接,这架9座纯电飞机在经历了三年的研发后,于2023年宣告停止,原因也很现实:认为锂电池能量密度无法满足电动飞机的需求,而且电池在几百次充放电循环后就得更换,导致使用成本极高。
当然,欧美的电动飞机项目也算是前赴后继,毕竟航空领域中电推进技术是未来的发展趋势。今年8月,瑞典Heart Aerospace的X1大型纯电验证机成功首飞,成为目前完成飞行的最大电池纯电飞机。哪怕算上最新出现的CE-25A,X1依然是最大的纯电飞机。但X1仅是纯粹的技术验证机,真正瞄准商业化的反而是计划采用电混路线的S-36。

从上面几个欧美纯电飞机折戟沉沙的案例中,我们可以发现其遇到的问题无非以下几个:电池技术不够成熟、电机电控供应链不够完善,商业化前景不明朗而且需要投入的资金比较多。当然,资金这事其实不是问题,如果真能商业化,资本市场上自然有的是钱来投,关键就是技术上的问题。
而电池电机电控这三兄弟,换一个名字对我们中国人来说就非常熟悉了:三电系统。对于欧美的电动飞机来说,三电系统是卡脖子的关键技术,多少英雄好汉都栽在这上面了。究其原因是没有成熟的电动产业链,无法给航空业提供必要的配套,而这恰恰是中国最擅长的。
新能源产业链加持下的中国电动飞机
过去十年,中国新能源汽车产业的发展速度可以说是惊人的。从最初的政策扶持,到后来的市场竞争,再到如今全球领先的产业规模,中国新能源汽车在一轮又一轮激烈的竞争中,不仅诞生了比亚迪、宁德时代这样的产业巨头,更是硬生生卷出了一条覆盖电池、电机、电控乃至各种配套零部件的完整产业链。
也因此,对欧美电动飞机来说三电系统这一最大的难关,在中国有着现成的方案。毕竟电动汽车与电动飞机虽然一个在地上跑、一个在天上飞,但两者在动力系统上却有着相当多的共同之处。电动汽车需要电池储能、电机驱动、电控系统分配功率,电动飞机同样离不开这些东西。只不过一个是车规级要求,而另一个是航空级要求,但两者的共通之处远远多于不同之处,无非是对于安全性以及使用环境有着更高的要求。
以电机为例,虽然CE-25A的十台涵道风扇型号并未公布,但如果结合其规格及动力需求,不难推测其动力系统是兆瓦级,很有可能落在2兆瓦这一档。由于配备10台电机,初步推算就在200千瓦。而对于中国电动车来说,200千瓦的电机已经是非常低的配套,单电机320千瓦的产品都比比皆是。更别说在新能源汽车上,电机的体积进一步减小、功率密度进一步加大,对电动飞机来说这都是巨大的利好。永磁材料、高速电机、功率半导体、逆变器等基础技术,中国新能源汽车产业早已积累了大量经验,航空工业完全可以在这些技术基础上进一步发展。

但对电动飞机来说,最为关键的依然是动力电池。在电动飞机上,电池完全就是死重,而且是最重的那部分,而飞机又恰恰对重量最为敏感。欧美电动飞机大部分由于动力电池的原因,或折戟沉沙,或不具备商业化的可能性。但中国新能源汽车产业在过去十年中研发投入最大、取得成绩最多、技术最为领先的,又恰恰是动力电池。
从早年的续航焦虑,到如今新能源汽车动辄数百公里的续航能力,背后离不开电池材料、结构设计和制造工艺的持续进步。中国的锂电池巨头以及大量上下游企业为了争夺市场,几乎把电池的能量密度、安全性、充电速度和生产成本都卷了个遍。
这也是新能源汽车产业规模化发展带来的另一个好处。过去十年,中国汽车市场的激烈竞争固然让不少企业苦不堪言,却也让整个供应链经历了持续的技术迭代和成本竞争。那些在汽车市场上为了降低几百元成本、提高几个百分点效率而反复优化的技术,到了航空领域,却成为一项相当有价值的技术积累,并且有大量现成方案可用。新能源汽车市场上这种近乎白热化的竞争,最终让航空工业也跟着沾了光。

高能量密度动力电池会给电动飞机带来质变
当商飞需要研发一套航空高压供电系统时,国内已经有大量企业具备相关技术积累;当研发人员需要高功率密度电机、逆变器或者先进的液冷系统时,也不必满世界寻找从未接触过相关技术的供应商。虽然最终产品仍然需要按照航空标准重新设计和验证,但至少基础技术、制造设备和专业人才已经摆在那里。
在传统航空发动机领域,中国航空工业仍然需要追赶欧美数十年积累起来的技术优势。但在电推进这条新路线上,中国已经拥有了一套相当完整而且仍在快速进步的工业体系作为支撑。因此,CE-25A的出现,与其说是中国商飞突然在电动航空领域取得了什么惊人的突破,不如说是中国过去十余年新能源汽车产业发展到今天,一个水到渠成的结果。
而CE-25A真正值得期待的,也并不是未来能够卖出多少架19座纯电飞机。而是通过这架飞机所积累的电推进、高压供配电以及气动融合技术,未来完全有机会应用到更大尺寸的电动飞机,乃至更实用、更有可行性的混合动力客机上。到那时,商飞展板上的路线图,将不仅仅只是PPT上的方案。

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