未來誰將可能引領通用飛機技術的革命性發展？在環境友好、高效節能、結構簡化方面，電動飛機或許是最好的答案。最近十多年，各類電動飛機研制進展迅速，小型鋰離子電池電動無人機已被廣泛使用，商品化有人鋰離子電池飛機正在開發中，有人太陽能電動飛機已經開始分階段環球飛行。本文將重要介紹取得突破性進展的鋰離子電池和太陽能兩種電動飛機。

電動飛機是指采用電動力系統、以電能作為推進能源的飛機。由于使用電動力系統代替內燃機動力，因此該類飛機獨具很多優點——其中最突出的是節能環保和高效率，電動飛機可以實現接近零排放，是名符其實的環境友好飛機。電動飛機還具有安全可靠（不會發生爆炸和燃料泄漏）、結構簡單、操作和維修簡便等特點，此外在設計和使用中也有很多優勢：設計上總體布局靈活，可采用最佳布局和非常規創新布局；使用中噪聲和振動水平較低，乘坐舒適。一些具有超常性能的電動飛機，還可以滿足特殊用途飛行的需求。

純電動飛機根據其電動力系統的不同，可以分為太陽能、蓄電池（目前重要是鋰離子電池）和燃料動力鋰電池電動飛機三種。每種類型的電動飛機又可分為有人駕駛和無人駕駛兩類。目前，有人駕駛鋰離子電池飛機應用較廣，重要用作私人飛機和娛樂飛行，在性能提高后也被用作飛行培訓和商務旅行等用途。

鋰離子電池電動飛機

電動飛機真正的發展始于上世紀70年代，過去十年中，有多達20～30項鋰離子電池電動飛機技術研究和驗證機項目試驗成功。目前，鋰離子電池電動飛機處于技術研究驗證向商業化機型開發的過渡階段，在各類電動飛機中，鋰離子電池電動飛機有望最先取得商業成功，未來可能成為實用化電動飛機的主流機型。

斯洛文尼亞蝙蝠飛機公司的“電動金牛座”

鋰離子電池電動飛機由初期簡單的動力傘或超輕型動力滑翔機發展而來，演變成了兩座輕型運動飛機。使用電動力后，飛機的飛行性能有了大幅提高，續航時間從數十分鐘提高到了2小時以上，航程增大并且速度也有所提升，基本能滿足娛樂飛行等一般使用要求。目前驗證成功并正在開發的商品型鋰離子電池電動飛機項目有斯洛文尼亞蝙蝠飛機公司（Pipistrel）的“電動金牛座”（TaurusElectro）、我國昊翔電能運動科技公司的E-430、E-Spyder和遼寧通航研究院的“銳翔”以及空客集團的E-Fan。

“電動金牛座”

斯洛文尼亞蝙蝠飛機公司研制的“電動金牛座”并列雙座電動力滑翔機，氣動性能優異，滑翔比達41∶1。機體采用全復合材料結構，裝備有可收放動力裝置系統以及整機降落傘系統，其鋰聚合物電池布置在駕駛艙后面的動力艙內。飛機的基本技術數據：翼展14.97米，機長7.27米，機高1.41米；最大起飛重量450千克，空重322千克；最大飛行高度2000米，在特定高度飛行時其使用成本僅為0.7美元/小時。

E-430和E-Spyder

我國昊翔依靠其母公司在專家級模型飛機和相關領域的設計生產優勢，聘請了德國和意大利專家并與斯圖加特大學展開合作，于2005年左右開始開發電動力飛機。作為昊翔公司最具代表性的產品，E-430在2010年初實現首次載客飛行后，被稱為世界上第一款商業化生產的電動飛機，從而成為開創電動力飛行時代的先鋒機型之一。E-430贏得電動飛機領域的數項國際科技大獎，例如布里特保險設計博物館獎和美國EAA最佳電動力飛機獎等。

我國昊翔的E-430

E-430采用近似動力滑翔機的外形設計，高度流線形低阻機身使飛行能耗降到最低。機頭安裝的動力系統重要包括電動機和三葉復合材料螺旋槳。機翼為獨特的V形尾翼和懸臂式上單翼，翼型和機翼形狀的設計具有高氣動性能，全機滑翔比達到25∶1。起落架為典型板簧式結構，整機采用全復合材料，具有結構簡單、效率高、重量輕等優點。E-430飛機飛行不消耗燃油，因此幾乎不出現任何污染。螺旋槳驅動電機上僅有2個運動部件（軸承），因此可靠性和維修性非常好，優化設計后的螺旋槳使得飛機噪聲低、振動輕，維修保障的工作量也很小。飛機的經濟性突出，例如充電時間3小時的費用僅為5美元。E-430飛行時間可達到1.5～3小時（根據構型變化而不同），基本能滿足用戶的航程要求。目前，飛機已通過了德國適航認證，為了進一步促進其在國際市場上的銷售，昊翔公司積極與美國聯邦局（FAA）和美國試驗和材料協會（ASTM）合作，推動兩者出臺電動力輕型運動飛機的適航標準。

E-430飛機基本技術數據：座位數為2座，翼展13.8米，機長6.98米，機高2.65米；空重171.5千克/255千克（包括蓄電池），標準起飛重量430千克；最大平飛速度150千米/小時，巡航速度95千米/小時，滑翔比24∶1；標準續航時間2小時（1個蓄電池組），最大續航時間3小時（2個蓄電池組）。

此外，昊翔公司與飛行之星公司（Flightstar）合作，開發了超輕型飛機的電動力改型——E-Spyder單座鋰離子電池電動飛機。其動力裝置為一臺20千瓦的電機和兩個蓄電池組，代替了原來的兩沖程活塞發動機，飛機具有40分鐘的續航時間，于2009年七月在美國EAA進行了展示。

“銳翔”

遼寧通用研究院一直以電動飛機技術為研究重點，約從2011年開始研制“銳翔”（RX-1E）鋰離子電池電動飛機?！颁J翔”是國內第一個正式申請型號合格審定的電動輕型運動飛機。2012年十一月，首架樣機在珠海航展上展示，2013年原型機成功首飛?！颁J翔”雙座電動輕型飛機采用高效氣動外形設計，具有良好的升阻特性，機翼設計為大展弦比上單翼，層流翼型，T形尾翼。起落架為固定前三點式，機體為全復合材料，采用碳纖維面板和泡沫夾芯結構，動力裝置為一臺SinetonA37k154稀土永磁同步電機。

飛機基本技術數據：翼展14.5米，機長6.6米，最大起飛重量480千克，最大巡航速度150千米/小時，設計航程148千米，實用升限1600米，續航時間40分鐘。

我國昊翔的E-Spyder

E-Fan

空客集團公司（原EADS）高度重視電動飛機和電力推進系統的前沿技術，開展了大量創新研究，其中在電動飛機和未來概念飛機研制領域最重要的項目是E-Fan鋰離子電池電動飛機。

空客的E-fan

E-Fan飛機項目在2011年巴黎航展上發起，作為空客創新廠與其他公司合作的首款四發全電動飛機Cri-Cri的延續，空客對E-Fan項目總體負責，并負責管理能源的系統和數據管理，其他工作由多家合作伙伴承擔。E-Fan飛機的研制創造了最短研發時間紀錄，其設計從2011年末開始，2012年十月完成技術驗證機的設計評審，2013年展示驗證機樣機，2014年四月空客創新廠展示E-Fan電動飛機并公布E-Fan2.0和4.0生產型發展計劃。2014年E-FAN首飛并參加了七月份的范堡羅航展。

E-Fan是全新概念的電動飛機，也是第一款專門設計的電動教練機。目前世界上幾乎所有電動飛機均使用已有的常規動力飛機進行改裝，而E-Fan從一開始就專門針對電力推進系統進行氣動力設計。E-Fan采用串列雙座中單翼布局，以及獨特的后機身兩側布置涵道風扇發動機設計。大展弦比機翼具有復雜外形,可獲得高氣動性能。由于動力裝置安裝在機身的中線附近，因此具有較好的單發飛行操縱性。能量管理系統能夠自動操作全部電氣系統部件，從而簡化了系統的監測和控制，降低了飛行員的工作負荷，使駕駛飛機的飛行教員和學員能夠集中精力于培訓任務。E-FAN全機采用先進全復合材料結構，另外，它的起落架系統也做了重要創新，能夠減少日常使用中的能量消耗。

E-Fan的續航時間為45分鐘至1小時，其鋰離子電池可在1小時內完成充電，也可通過快速系統更換。兩座的E-Fan飛機適用于執行基礎飛行訓練、滑翔牽引以及特技飛行任務，可以完成1小時飛行訓練或30分鐘特技飛行。E-Fan還可以大幅降低飛行員的培訓成本，其每小時飛行成本僅為2歐元左右，而傳統的教練機每小時燃油成本為36～46歐元。

E-Fan的系列化發展機型E-Fan2.0和4.0進行了多項重大更改，除去發動機的基本設計外幾乎均是全新設計。E-Fan2.0為并列雙座教練機，采用全電動力系統，使用鋰離子電池電源；E-Fan4.0是2.0的加長四座型飛機，采用混合動力系統，新增一臺內燃機，利用內燃機發電機系統給鋰離子電池組供電，從而增大續航時間。E-Fan4.0重要面向私人飛機用戶和通航俱樂部用戶，也可用作教練機。空客和合作伙伴計劃使E-Fan系列化飛機2017年底開始服役，屆時將成為前列款按照國際適航標準設計并實現批量生產的全電動飛機。

太陽能電動飛機

太陽能電動飛機是以太陽輻射作為推進能源的飛機，動力裝置一般由太陽能電池組、直流電動機、減速器、螺旋槳和控制裝置組成。為了能鋪設眾多的太陽能電池來獲得足夠飛行能量，太陽能飛機的機翼面積都比較大。目前世界上最引人注目的有人太陽能電動飛機項目是美國太陽能飛行公司（SolarFlightInc.）的“尋日器（Sunseeker）”系列和瑞士的“陽光動力（SolarImpulse）”，這兩種太陽能飛機均使用了各種先進技術，技術水平和飛機性能都達到了新的高度。

“尋日器”Ⅱ和“尋日器”DUO

太陽能飛行公司2000年在對“尋日器”飛機改進的基礎上發展出“尋日器”Ⅱ飛機?！皩と掌鳌雹虻臋C翼進行了全新設計，更改了平面形狀并增大面積以安裝更多的新一代太陽電池，此外還采用了新的高效率太陽電池連接技術。其駕駛艙的設計能夠減輕長時間飛行疲勞，并配有氧氣系統以有利于高空飛行。其蓄電池在飛機起飛和爬升階段供應輔助動力，電能可保證飛機飛到1000米高度。蓄電池接通后電量在15分鐘內會被消耗光，但約90分鐘內可再次充滿電。使用太陽能時，飛機的速度能夠達到64千米/小時，使用蓄電池時，速度高到可以進行娛樂飛行，低到可以打開座艙蓋飛行。

“尋日器”Ⅱ的飛行方式類似于階梯漸進式。首先，使用太陽能電池和蓄電池爬升至2000米高度，之后僅依靠太陽能便能保持平飛，此時電機可以關閉并使用太陽電池為蓄電池充電，不到2小時蓄電池充滿電后飛機可以向另一個2000米高度爬升。在夏季通過這種方式飛機可以上升到6212米高度，中午時分飛機平飛可以到達4～5小時。遇到云層時，使用蓄電池電能可驅動飛機爬升到云層之上，這樣就能避開惡劣天氣，在氣流平穩、太陽光充足的高空飛行。

“尋日器”Ⅱ飛機自2002年進行首次展示以來，已經飛行60多次，據稱多于任何其他太陽能飛機的飛行次數。2009年四月，“尋日器”Ⅱ飛機在德國通用展上展出，榮獲“E-flight”獎。同年，還實現了太陽能有人駕駛電動力飛機首次飛越阿爾卑斯山，并創造了6214米的最大飛行高度紀錄，“尋日器”Ⅱ飛機也因此獲得當年的世界飛行大會（AirGames）試驗類飛機最高榮譽獎。2010年6到七月，“尋日器”Ⅱ飛機進行了橫跨歐洲飛行，展現了飛機的良好使用性能，標志著有人駕駛太陽能電動飛機向實用化又邁進了一步。

“尋日器”DUO是“尋日器”Ⅱ的延伸型號，是前列款雙座有人駕駛太陽能電動飛機，2009年開始研制，2013年十二月實現首飛，2014年五月首次完成載客飛行。目前“尋日器”DUO飛機正在進行一系列飛行實驗，預期將實現持續飛行12小時。

“陽光動力”

“陽光動力”項目由瑞士神經學醫生、探險家伯特蘭?皮卡德（BertrandPiccard）發起，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）等多家研究機構供應技術支持，是世界上第一款具有晝夜持續飛行能力的有人駕駛太陽能飛機。為了宣傳節能環保，推動可再生能源的開發和利用，“陽光動力”飛機進行了多項歷史性創紀錄飛行，并將實現橫跨美國大陸和跨大西洋、太平洋的分階段環球飛行。

“陽光動力”項目正式命名于2003年下半年，此后伯特蘭?皮卡德成立了陽光動力公司開展飛機的研制工作。2003年底環球飛行太陽能飛機的初步方法出臺，“陽光動力”飛機項目正式發起，伯特蘭作為項目總負責人，領導飛機研制、尋找合作伙伴、募集資金等工作。工程師、飛行員和管理專家安德烈?博爾施博格（AndreBorschberg）擔任CEO，負責搭建技術團隊和監督飛機制造。兩人同時還是“陽光動力”飛機的試飛員和駕駛員。“陽光動力”飛機研制團隊集合了歐洲眾多技術資源，團隊成員均為技術領域相關專業的專家，有著卓越的才能和合作精神，此外，還得到了100多位專家顧問和數家國際知名公司和機構的鼎力支持。

美國太陽能飛行公司“尋日器”

“陽光動力”號飛機共有兩架，分別為用于驗證晝夜持續飛行技術的單座型技術驗證機——“陽光動力”1號和雙座型創紀錄飛行飛機——“陽光動力”2號?！瓣柟鈩恿Α?號于2009年年中完成制造并進行首次地面高速滑跑試驗；2010年實現首飛并完成了晝夜持續飛行26小時等飛行驗證試驗；2012年年中實現了橫跨歐洲和非洲總航程6000千米的飛行；2013年中，實現分段橫跨美國大陸的飛行。“陽光動力”2號于2013年完成制造，2014年六月成功首飛，繼續進行一系列后續試驗后，預計將于2015年開始分階段環球飛行。

“陽光動力”1號的飛行是晝夜持續式的。鋰聚合物電池作為電能存儲裝置，晝間飛行時將太陽能電池陣列的富余電能儲存起來，夜間飛行時為電機供電。由于蓄電池存儲的電能有限，還采用了電能轉化成勢能的方式，即白天利用富余電能推動飛機爬升到較高高度，夜間飛行時，逐步降低飛行高度，將勢能轉化成動能，使飛機保持空中飛行。

2004-2006年是“陽光動力”1號飛機研制的概念發展階段，設計方法在此期間定型，最初的方法重要包括雙公布局、卵形駕駛艙四公布局和一體式機身四公布局三種，經過多次調整和優化后，最終確定了一體式機身外形和布局。2007年，開始進行詳細設計和原型機試制，陸續研制出了各種結構工程試驗件、飛機系統設備和地面飛行模擬器，并進行了大量的試驗和測試，包括結構強度檢測、動力系統（電機-螺旋槳、鋰-聚合物電池、控制系統、吊艙結構等）試驗，以及全機振動試驗等。

“陽光動力”1號橫跨美國飛行

“陽光動力”飛機的設計和制造面對了前所未有的技術挑戰，為此，研發團隊首先研制出了一架單座型技術驗證飛機進行全面的技術驗證，特別是夜間飛行技術的驗證。飛機夜間飛行時為了避開航線上的云層區域，要選用曲折蜿蜒的飛行路線，因此飛行方式更為復雜。2005年到2008年間，驗證機在真實氣象狀況下進行多次模擬飛行，用于評估其整個夜間的飛行能力?！瓣柟鈩恿Α?號技術驗證原型機，用于實現36小時空中持續飛行，采用了非增壓座艙設計，2009年年中完成制造，2010年四月實現首次高高度飛行，飛機憑借蓄電池電能飛到了1200米高度，飛行時間87分鐘。同年五月，首次完全使用太陽能電池動力飛行，飛行過程中太陽能電池還向蓄電池充電，此后，在進行26小時持續飛行實驗時首次實現晝夜太陽能循環。

“陽光動力”1號飛機的研制和試驗花費了近百名專家7年的時間，期間，獲得了大量寶貴的創新相關相關經驗，從最初的概念構想到各項任務的順利完成，均實現了巨大技術進步。在此之后，研發團隊又開發出了雙座型“陽光動力”2號，用于執行超長續航時間飛行任務，包括橫跨美洲大陸和大西洋，以及分段環球飛行。

“陽光動力”2號可實現環球飛行，其重要特點是尺寸加大，使用增壓座艙和更先進的航電系統。2013年制造完成，計劃2015年分階段完成環球飛行。

“陽光動力”2號的設計目標是能夠實現5晝夜持續飛行，因此相有關“陽光動力”1號進行了大量設計變動，機翼及動力艙布局全面更改，起落架、駕駛艙和機身也大幅度改進?！瓣柟鈩恿Α?號全機重量2300千克，整機結構重量效率達到普通滑翔機的十倍，并且內部有足夠大的空間。其機身為全碳纖維復合材料加蜂窩夾芯結構，所用碳纖維薄板材料密度只有普通打印紙的1/3。機翼上表面蒙皮內封裝太陽能電池板，下表面采用高強度柔性蒙皮。機翼具有良好的剛度和氣動外形，翼展72米，超過波音747大型客機。鋰離子電池系統使用高密度泡沫絕緣體包覆，安裝在四個動力艙內。再加上單晶硅太陽能電池，電池總重約為全機重量的四分之一。四臺電機安裝在翼下動力艙內，通過減速器驅動雙葉螺旋槳。整個系統效率94%，達到創紀錄的水平。

“陽光動力”2號的飛行速度范圍為36～140千米/小時，與小汽車大致相當。為了存儲能量，飛機在晝間爬升到8500米高度，夜間下降到1500米高度。全機24小時飛行平均功率為15馬力，與一輛摩托車相當。駕駛艙的設計保證單人持續飛行5～6個晝夜，能夠適應外界環境-40°C～40°C的溫度范圍。駕駛艙容積3.8立方米，可載有氧氣瓶組、降落傘、救生筏，以及一周的飲食供應等。

研制“陽光動力”飛機面對極大的技術挑戰，許多技術難題是世界歷史上前所未有的。研制團隊憑借開拓創新、探索未知領域的精神，超越技術極限，獨辟蹊徑創造性地找到最佳解決方法，使飛機研制一步一步走向成功。

“陽光動力”項目歷時12年，預算9800萬美元，完成的工作包括：可行性研究、方法研究、設計和構件制造、2架飛機（1架單座驗證機和1架雙座創紀錄飛行飛機）制造等。負責和參與項目的共有50名工程師和技術人員，80家合作伙伴，100多家顧問和供應商。瑞士聯邦技術學院作為官方科學顧問，供應了各種研發能力極為強大的頂端實驗室。此外，歐洲航天局（SEA）、達索飛機公司和國際運輸協會也供應了技術支持。由于在開發“陽光動力”太陽能飛機方面的杰出貢獻，特蘭?皮卡德和安德烈?博爾施博格以及整個飛機研制創新團隊都贏得了國際社會授予的高度榮譽。2009年，伯特蘭和安德烈被授予布倫瑞克獎（BrunswickPrize），該獎用于表彰對經濟和社會做出杰出貢獻的科學家。2010年一月，職業和航天記者協會授予了他們伊卡洛斯獎（IcarusAward）。

期待“陽光動力”2號完成環球飛行的創舉，推動太陽能電動飛機技術達到更高的高度！