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專家楊超凡:新動力區域航空與復合材料發展前景

?? 日期:2022-03-25???? 來源:楊超凡????瀏覽:250????
核心提示:50 座以下的固定翼支線飛機的電氣化可能會刺激一個新的增長時代,這可能有助于為先進空中交通(AAM-advanced air mobility)飛機
50 座以下的固定翼支線飛機的電氣化可能會刺激一個新的增長時代,這可能有助于為先進空中交通(AAM- advanced air mobility)飛機鋪平道路。隨著商業航空航天公司從新冠疫情的衰退中走出來,許多供應商,包括各種復合材料制造者,已經把他們的注意力轉向了電動垂直起降(EVTOLelectric vertical takeoff and landing)飛機,其目的是點燃先進空中交通(AAMadvanced air mobility)市場,有時也被稱為城市空中交通(UAM- urban air mobility)。
 
出于一些人估計可能超過 1 萬億美元的長期需求,自 2011 年以來,投資者和企業已經向 AAM 生態系統注入了 70 多億美元。這些資金有助于加快 eVTOL 認證和認證進程,因此有理由繼續關注供應商。但 AAM 最終狀態的全面實現取決于一系列技術、監管和文化因素,所有這些因素都已到位。這包括城市運營所需的特別困難的方面,如高密度空中交通管理和規?;拇怪边\輸基礎設施。一些依賴于從垂直飛行到水平飛行的挑戰性過渡的eVTOL 設計也可能面臨不可預見的市場進入壁壘。
 
隨著時間的推移,該行業無疑處于應對這些挑戰的有利位置。但在這樣的背景下,供應商應該將重點擴展到新的區域航空機會——包括客運和貨運——這些機會由有意義的 AAM 使能技術(如電力推進)推動,但不受可能延遲 AAM 充分潛力的最困難因素的限制。區域航空旅行區域航空旅行非常適合受益于 AAM 所需的許多組成部分。它在連接偏遠市場與乘客和貨物以及擴大干線航空公司客流方面發揮著關鍵的社會經濟作用。然而,燃油價格的上漲使得區域運營對于容量有限的小型飛機來說越來越無利可圖,迫使航空公司轉向大型飛機,或者干脆取消服務。例如,2005 至 2018 的 2 年間, 50 座以下的商用飛機在北美飛行的獨特航線數量下降了 40%。

美聯航首席執行官斯科特·科比( Scott Kirby )在 2021 年 7 月表示,“我們正在努力解決如何為小城市服務的問題;我們感到有義務保持社區之間的聯系,但經濟上最終是行不通的……由于 50 個座位的經濟正在發生如此根本的變化,這讓人懷疑答案是什么。我們還沒找到答案”此外,就像航空公司質疑其區域網絡的可行性一樣,它們也在重新評估其環境足跡。2021 年 10 月,全球航空業承諾到 2050 年現凈零排放。實際的實施工作將有所不同,但到目前為止,包括阿拉斯加航空公司、易捷航空公司和新西蘭航空公司在內的 20 家運營商已經邁出了第一步,在 2030 年后將其短程機隊的 30 %投入到下一代飛機。其他航空公司,如美國聯合航空公司和貨運航空公司 DHL ,已經向地區電子航空公司下了訂單。到 2035年,將有 5000 架支線飛機退役,有很多積極的需求信號。為了充分實現電力推進的好處,低重量、高性能的復合材料至關重要。
 
例如, Newcomer Evion(以色列, 卡迪馬- Qadima, Israel)及其全電動九座愛麗絲通勤飛機(Alice Converter aircraft)將于 2022 年第 1 季度首航,其結構采用 95%的復合材料。其他人預計將遵循這一設計路徑,以幫助抵消電池系統的重量,并提高空氣動力學效率。在這種前景看好的情況下,大型和小型支線飛機的獨特發展路徑將值得仔細審查。
 
大型支線飛機市場動態(70 多個座位)
燃油成本對大型支線飛機的商業理由提出了越來越大的挑戰;結果是,原有五種型號的支線飛機現由兩家制造商生產,而 20 年前八家支線飛機制造商生產了 13 種型號。面對銷售逆風,巴西航空工業公司(巴西圣保羅) , 剩下的兩個在任者之一,正在考慮推出一種現代渦輪螺旋槳發動機,該發動機的運行成本比現有機型低 20%。一旦氫推進技術成熟,它最終也可能提供無排放運行。
 
其他在職者,如 ATR(巴黎,法國),德哈維蘭(哈特菲爾德,英國)和 MHRIJ(前龐巴迪 CRJ, BiBiRand,加拿大)也開始探索新的選擇,雖然在任何一種方法上都不太確信,因為他們研究排放和成本權衡。正在考慮的是混合動力電池、氫燃料電池、直接氫燃燒,甚至是雙燃料煤油/氫燃燒。
 
小型支線飛機動態(<50 座)
如果新的推進系統能夠實現其承諾的性能改進, 50 座以下的飛機將有一個令人興奮的新需求機會。2016 年美國宇航局的一項研究得出結論,隨著運營成本的下降, 48 個座位成為區域運營的理想容量——不僅通過優化盈利能力,還通過開放更多的目的地對和出行頻率。
除了這一經濟機遇,小型飛機也提供了戰略利益,作為一種在向高端應用擴展之前培育新技術的方式。到目前為止,推進改造方法很常見——包括氫氣(例如,通用氫氣(美國加利福尼亞州洛杉磯)、 ZeroAvia(美國加利福尼亞州霍利斯特)和電力(萊特電氣(洛杉磯)),而其他計劃尚未完全正式化。例如,德哈維蘭正在考慮混合動力和氫氣系統,而德國飛機公司(Oberpfaffenhofen,德國)正在評估可持續航空燃料(SAF- sustainable aviation fuel)和氫氣。擁有不到 20 個座位的飛機,現在越來越多地被稱為“區域空中交通-(regional air mobility)”或“次區域(sub-regional)”景觀,也正在獲得發展勢頭。
 
2016 年美國宇航局的同一項研究得出結論,如果飛機運營成本降低超過 40%,那么 20 座以下的飛機可以對更多的目的地提供。許多先動概念基于傳統飛機設計,以實現更容易的認證(例如, Evion,Heart Aerospace(瑞典哥德堡))。其他更新穎的概念包括短距起降(STOLshort takeoff and landing)飛機(例如 Airflow(美國加利福尼亞州舊金山)、Electra(美國弗吉尼亞州福爾斯徹奇)甚至“seagliders”( Regent(美國馬薩諸塞州波士頓))。eVTOL 公司開始看到規?;鞘羞\營的挑戰,也在探索區域客運和貨運任務。

作為這些初創公司的雄心的驗證,現任 OEM 正在調查新概念,包括EnabaER, Tecnam(卡索里亞,意大利),塞斯納- Cessna(威奇塔, 堪薩斯,美國)和 Britten Norman(本布里奇,英國)。所有競爭對手的飛機仍有很多工作要做,以證明這些紙質圖紙將滿足該領域的成本和性能目標,但活動的激增是一個有希望的跡象。
 
關鍵銷售
盡管仍存在許多技術障礙,但在新型復合材料設計和制造的支持下,新推進技術的成功實施有可能振興區域航線網絡,并為供應商提供長期的高端市場機會。
 
盡管前景光明,但日益惡化的航空工業勞動力短缺將是企業家面臨的一個關鍵問題。除了必要的推進和復合材料結構創新之外,能夠自動化更多任務并安全改進單飛行員(或遠程飛行員)商業操作的新飛行駕駛技術可能對區域航空以及 AAM 變得越來越重要。
 
當飛機原始設備制造商試圖在這些經濟、運營和環境問題之間穿針引線時,供應商必須開始評估他們如何在潛在的復合材料和制造能力上下明智的賭注,這些材料和制造能力將在未來十年內不可避免地出現各種各樣的獲獎飛機結構上贏得一席之地。
 
注:根據 2022.3.16《Regional air mobility: A meaningful first step in the electric aviation revolution》 一文編譯。
附:劉鶴: 經濟的真正動力階層在于企業家,他們把新的思想、新的技術,通過新的組織形式和新的制度投入市場,并且不斷地開拓市場,這樣使得經濟得以發展
楊超凡 2022.3.17
 
楊超凡簡介:飛機制造高級專家,近年專攻民機復合材料。原航空工業部首批研究員級高級工程師,享受國務院特殊津貼。
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