案例研究
憧憬未来飞行
TE 通过探讨实现航空设计领域创新的技术庆祝 Orville Wright 诞辰 150 周年。
作者
Matt McAlonis，航空航天、防务与船舶事业部总工程师
作为航空业的先驱，Orville 和他的哥哥 Wilbur 是人类历史上最先制造和成功驾驶机械动力飞机的人，他们制造的飞机就是史上著名的”双翼飞机”。 我们从最初的双翼飞机发展到今天走过了漫长的道路，而 Wright 兄弟的毅力决心和对工程设计的高标准要求仍然指导着今天的航空梦想家，在飞行领域，我们依然面临着复杂的挑战并不断取得进步。
在全球疫情中重现生机
全球疫情对商业航空和配套行业造成了非常严重的打击。据 Cirium 数据显示，2020 年 1 月全球商用喷气式飞机数量接近 25,000 架；而四个月后，其中三分之二被束之高阁。应对这一挑战的策略包括：
1. 提供额外的检查和维护，使数千架停飞的飞机恢复服务。对于长时间未飞行的飞机，必须检查飞机是否存在被腐蚀、风化、沾染灰尘、有意外生物寄居（如昆虫和筑巢的鸟）等情况，以及其他对停放飞机有影响的环境压力源。1
2. 优化客舱环境以促进乘客健康，这意味着不仅需要使用已有技术还要使用新技术，例如在航班之间的乘客区加强卫生程序；继续使用高效的医院级空气微粒 (HEPA) 过滤器，将大约 50% 的过滤空气与 50% 的外部空气混合，实现每小时最多换气 30 次；并采用新的数据模型优化乘客座位区和呼吸区。2
随着越来越多的旅客重新开始乘坐飞机，不仅车队维护需求不断增加、乘客对更清洁的客舱环境的期望不断增加，整个行业对进一步创新的需求也在增加。
乘客联网发展
1903 年，Wright 兄弟成功驾驶飞机完成了首次依靠动力的、持续和可控的飞行。 那时候，这一成功已经是轰动全人类的大新闻了。
如今，乘客希望通过无缝连接到互联网、社交媒体和机上娱乐设施 (IFE) 轻松获取资讯和更多信息。连接乘客需要：
1. 建造具有支持有线和无线接口的”后端”系统的飞机，以便使用任何操作系统的乘客都可以使用自己的设备。
2.通过使用高速电缆（包括支持千兆赫兹速度的光纤电缆）和布线来实现更高的带宽，以支持流视频。
音速飞行可满足以可持续发展为前提的发展需求
在协和式飞机最后一次飞行近 20 年后，随着飞行速度提高了一倍的超音速客机的不断兴盛，人们对航空旅行的环境影响的关注和忧虑也在与日俱增。为此，当今的航空创新者在推进设计工程的进步和可持续发展时日益注重以零碳为目标，包括：
1. 配制可持续的航空燃料，如生物燃料和合成煤油，以减少碳排放，创造”更澄净的天空”。
2. 通过使用有助于减轻重量、降低燃料成本和消耗量的创新材料和小型化电子设备，使飞机更轻。每节省一公斤喷气燃料，可减少 3.16 公斤的二氧化碳排放。4
电动飞行的发展
正如电动汽车正在深刻改变汽车行业一样，电动飞机可以改善航空旅行的可持续性并带来便利。在城市和郊区上空飞行可以避免交通拥堵，而使用电动旋翼飞机可以显着减少噪音和二氧化碳排放。
但是，实用的城市空中机动/高级空中机动 (UAM/AAM)”空中出租车”或电动垂直起降 (eVTOL) 车辆的设计面临一系列新的复杂挑战，包括：
1. 若要以低至 500 英尺 (150米) 的高度、按 50 英里的短途单位距离在城市景观中飞行，需要在空中交通管制、传感器、数据处理和连接性方面满足新的要求。国防航空领域中使用的传输技术（如高速交换结构背板和光学互连）可以提供自主 UAM 导航所需的超高带宽。
2. eVTOL 和 UAM/AAM 飞机的电池充电必须能够在几分钟而不是几小时内完成，这样才可能实现电动飞行的商业化。可通过特制的电缆、接触器和开关来处理快速充电过程中可能遇到的高电压、强电流和高温。在电池减重、能量密度和快速充电方面进行创新的时机已成熟。人们正在设计和构想能够满足需求的电池：既能够为起飞和着陆提供峰值功率，机身又不用承受过重的重量 ‐ 这是 Wright 兄弟理论中常见的重量与功率之间的权衡。
根据航空电子数字杂志 2021 年 2 月/3 月刊的 EVTOL，航空类公司在 2020 年额外获得了 13 亿美元的私人投资，比 2019 年增长了 80%。5
超越无限
最近，随着商业太空飞行的出现，我们见证了航空业全新时代的来临。我们将见证新航空领域的发展历程以及随着行业规模的不断扩大我们持续创新的历程，这着实令人激动。
尽管面临着最新挑战，航空业的创新仍将继续，不仅如此，人们还要将飞机与更高效，更可持续的技术连接起来，这是 Wright 兄弟也会感到自豪的愿景。
