低碳经济时代的弄潮儿——欧美践行绿色航空

民航

2011-02-22 《中国航空报》 黄铁山、张晋平、胡晓煜、刘亚威

　

 

欧美政府和航空工业联手掀起了一场“绿色航空”革命，其企业界已经开始进行圈地战，以继续维持其市场领先地位。可以预见，新一轮绿色洪峰将催生一系列航空新技术，并创造众多市场增长点，这势必会引发整个航空产业链的调整。

　　欧美航空企业很早就意识到在航空飞行中节能减排的重要性，不仅努力开发各种低碳新技术、积极配合政府与军方开展的一系列计划，还在更多领域践行着“绿色航空”的理念和可持续发展的绿色航空技术创新，以在未来更加激烈的市场竞争中和更加严苛的环境标准限制下，仍能保持自身的技术和市场领先乃至垄断地位。

　　图2：安装先进融合翼稍小翼的下一代波音737飞机。

 

 

“绿色”足迹

　　2010年航空航天百强排名前10的大企业都制定了各自的减排目标，比如波音、洛克希德·马丁公司的目标分别是，到2012年重大制造设施的温室气体（GHG）排放和能源消耗减少25%，废水、废料和CO2减排25%（以2007年为基点）；欧洲宇航防务集团（EADS）的目标是，到2020年工业运行中的CO2减排50%，能源消耗减少30%（以2006年为基点），产品的CO2排放减少50%（以2000年为基点）。目前，他们主要在以下5个方面进行着绿色航空的实践活动。

革新航空技术

　　波音公司（Boeing Co.）、空中客车公司（Airbus S.A.S.）等企业主要从两方面入手来提升燃油效率，一是减阻技术，二是飞行技术。空客和欧直公司80%的研究预算现在都用于提升环境效率和减少污染的研究领域。在减阻技术上，空客于去年10月启动了新“鲨鳍”小翼的开发，该组件能减少3.5%的油耗，每年CO2可减排700吨。目前，空客正在研究仿生学减阻技术，一种是仿鲨鱼皮结构，带有可以减阻的拉条（飞机表面顺气流方向的一行小沟），这样的蒙皮涂料若应用到所有飞机上，每年可节省448万吨燃油；另一种是多毛表面结构，灵感来自鱼的体表长链高聚物黏液。 在飞行技术上，发展重点是飞行计划精度、燃油计划和航路安排技术，以及优化着陆、滑行等飞机操作规范。波音在三大洲的主要机场试验了增强型空中交通管制系统，对4架货机进行的试验表明共减少495吨的燃油消耗，降低CO2排放1600吨。空客将在今年第四季度与法国航空公司（Air France）进行A380的跨大西洋“绿色飞行”试验，寻找让飞机在飞行中减少CO2排放的方法，A380在试验中将只使用2个发动机滑行，并飞行柔性航线。

开发新能源技术

　　生物燃料已经成为很多企业的业务增长点。波音和霍尼韦尔等公司于2010年1月启动了一项可持续生物能源研究计划（SBRP），将使用综合海水农业系统来支持生物燃料的开发和商业化，并用于航空产品。欧洲宇航防务公司（EADS）、CFM国际和赛峰等公司去年3月联合启动了生物燃料试验计划，将于今年使用盐角草属植物制成的燃料对装备CFM56的A320进行试飞。

　　波音公司在太阳能电池和能效提升领域处于领先地位，旗下Spectrolab公司的地面聚能太阳能电池创造了41.6%的光-电转换效率纪录；波音还在去年新成立了能源解决方案部门，致力于提升本地、地区与国家能源系统的效率和安全，并获得美国能源部的合同，开发智能网格技术。普惠和汉胜正在联合开发小型太阳能动力塔技术，可以在零排放的条件下提供可再生能源。与此同时，美军也大力支持工业界开发新能源技术。2010年4月和9月，他们使用可再生燃料与常规燃料的混合燃料分别对波音F/A-18E/F、C-17等飞机进行了一系列飞行试验，分别采用的是50:50混合的亚麻荠油衍生氢化可再生喷气燃料（HRJ）和常规JP-8燃料，以及25:25:50混合的石蜡煤油（SPK）、HRJ和JP-8燃料。

投身气候变化研究

　　欧美航空企业在利用自身产品进行气候变化研究方面具备先天优势，其碳监控技术已经用到了海洋、大气和外太空的产品中。空客公司参与了一个叫做“用空客飞机测量臭氧、水蒸气、一氧化碳和氮氧化物”（MOZAIC）的计划，在A340等机型上装载专用传感器来测量大气组成，以更好地提供气候预测。诺斯罗普·格鲁门利用“全球鹰”从事了诸多工作，在机上安装了气候传感器，如云层与土壤辐射能系统（CERES）传感器，进行长航时飞行以搜集大气和气候数据。雷神公司开发了一款全球悬浮微粒偏振测定传感器用于气候变化研究。

建设高能效工厂

　　建设高能效工厂、充分利用可再生清洁能源是大型企业实现“绿色航空”的重要途径。BAE系统公司的新建设施都要按照减少环境影响和运行成本的目标设计，比如萨默斯伯里的F-35生产厂，白天充分利用日光，夜晚利用自然通风减少空调使用；洛克希德·马丁的奥韦戈工厂运转着一套生物废料锅炉系统，在森尼韦尔建设了太阳能工厂；空客公司在斯塔德工厂采用热电联合（CHP）单元大幅提升碳纤维复合材料构件生产的能效，A350总装线将使用22000米2的光伏太阳能电池板提供总用电量的55%；庞巴迪公司于今年起开始对新设施实施绿色建筑标准。去年4月，波音长滩工厂被美国环保署授予“能源之星”认证，表彰其能源、天然气、用水消耗分别降低20%、60%和25%的成绩；泰雷兹公司去年可再生能源产生的电力占总用电量的比例增加了12%。

实施低碳工程

　　欧美航空企业在飞机和发动机的研制中已开始广泛倡导低碳理念，帮助客户和供应商一同努力实现低碳目标，并推广飞机产品环境标签来验证“碳足迹”的减少，甚至鼓励员工监控和降低自身的“碳足迹”。诺斯罗普·格鲁门在2008年建立绿色项目，推动公司的可持续发展工作，并于去年实施了GHG目录系统来跟踪95%的排放。雷神公司在办公中倡导“绿色IT”理念，重新设计数据中心以提升能源效率。泰雷兹对能耗和排放的控制相当严格，采购部门使用CO2计算器来选择供应商。庞巴迪甚至制定了全球能源与碳管理战略。

机体和发动机的绿色技术创新

　　绿色航空技术是人类实现绿色航空美好愿景的基础和基本条件，它涉及航空领域的方方面面，包括先进飞行器设计概念和技术、绿色气动技术、绿色推进/燃烧技术、绿色燃料技术、绿色多电技术、绿色材料技术、绿色制造技术、绿色维修技术等。此外，开发和改善空中交通管制技术对提高燃油效率也具有很大的作用。

绿色气动技术

　　气动技术是提高飞机性能及经济性、满足环境要求、推动飞机更新换代的重要技术。对于现役常规飞机，通过采用先进气动减阻方法可以降低飞机的耗油率，从而降低燃油成本、减少污染物排放和抑制飞机噪声。 目前正在开发或已实际应用的气动减阻方法主要集中于层流控制技术。

　　波音公司在新型波音787的短舱轮廓优化设计中采用了自然层流技术，它可大幅降低阻力。波音737新一代采用的融合式翼梢小翼不仅可以有效消除翼尖涡、减小阻力、改善气动效率，而且可以降低油耗3%左右，减少NOX排放约5%并降低起飞噪声。

　　空客近年来利用A320和A340验证机进行混合层流（HLFC）技术的验证，结果表明可减小阻力3%以上。欧盟在第六框架研究计划中实施的一项AWIATOR未来飞机机翼技术研究项目，重点研究能降低旋涡危害的新的扰流装置，大尺寸的翼梢小翼（其高度可达半翼展的15%），新型自适应襟翼装置，以及新的机翼层流控制方法、主动流动控制方法等。预期目标是气动力阻力降低5%-7%，油耗降低2%，同时将噪声水平降低2分贝。

　　对于未来新型飞机，通过采用新概念气动布局技术可以从根本上解决日益增长的巨大运输问题以及满足日益严格的环境保护要求。目前国外正在开发的比较有发展潜力的创新气动布局概念主要是美国NASA和波音公司共同开发的翼身融合体（BWB）飞机。此外，欧洲和俄罗斯也在积极地开发BWB布局技术。

绿色发动机技术

　　发动机是飞机排放污染的直接部件，改善发动机的性能、提高燃烧效率对降低飞机的油耗和温室气体排放效果最为明显。美国和欧洲都在积极研究高效、清洁的发动机，实施绿色民用发动机技术发展计划，如美国NASA的极高效发动机技术（UEET）计划、欧洲的先进高效环保型发动机（EEFAE）计划和CFM国际公司的TECH56和LEAP56计划。它们的目标是：耗油率下降8%-20%，噪声下降6-20分贝，NOX污染物排放减少40%-80%，运行成本降低15%～30%。

　　传统民用飞机发动机技术的发展只能使发动机耗油率（SFC）减少几个百分点，要想获得SFC的巨大改进，必须在发动机结构上做重大技术创新，正在进行的研究工作有齿轮传动涡扇发动机、开式转子发动机、多电发动机、混合脉冲爆震发动机等。（本文摘自《国际航空》2011年第2期）

 

　　图3：2011年第2期《国际航空》封面。

　　2011年第2期《国际航空》简介

　　日益苛刻的绿色环保要求使传统的航空产业链面临严峻挑战。本期的封面文章以此为题，介绍了目前这股绿色浪潮的内容、西方国家在法规与标准上的变化以及新的环保技术等。它对我们应对压力、采取行动将会有所帮助。

　　很多迹象表明，2010年，美军六代机的研制已正式列入规划，并开始着手立项前的论证准备工作。