飞机是人类工程技术的重大成就之一,它已经成为现代社会中不可或缺的交通工具!然而,每次我们在飞机上乘坐时,都无法避免地面对一个问题:为什么飞机如此高效,但同时也吞油量巨大呢?而这个问题的背后,则是关系到节能环保、降低运营成本等多方面因素。难道就不能有一种像高铁一样的电动飞机吗?
一小时2.5吨!飞机吞油量这么高的原因是什么?
飞机的高吞油量是和其设计结构有着紧密的关系。比如,飞机必须要具有足够强的推进力,才能在减小空气阻力的同时飞行;飞机的空气动力学设计,也需要能够保持极高的速度和抗风能力;此外,飞机还要满足舒适性、安全性等方面的需求,这也会加大净重。这些因素就促使了航空公司不得不选择高能耗、高污染的燃油作为动力系统。
而且,随着航空业的快速发展,飞机的规模和数量也在不断增加,进一步加剧了航空领域的能源需求。根据国际能源署发布的数据显示,全球航空业在2019年消耗的原油量已经超过700百万吨,相当于二氧化碳排放量约为2.3亿吨。如此高的消耗量,不仅对环境造成很大压力,也给航空公司带来了巨大的经济负担。
既然飞机的能源问题如此突出,那么为何不将其改为电驱动呢?高铁可以用电驱动,而飞机不能吗?
为何飞机不能像高铁一样用电驱动?
事实上,目前的技术瓶颈限制了航空业的电动化进程。主要原因有以下几点:
电池技术限制。目前,电动车所使用的锂电池虽然性能不断提高,但是储能密度仍然无法满足飞机的需求。以空客A320为例,其油箱容量约为23吨。如果要用电池来驱动该机型运行一个小时,需要更高能量储存密度的电池技术和更高效的电动驱动系统。
飞机尺寸对电力需求的影响。电动高铁的功率需求相对较小,而飞机由于飞行速度快,尺寸大,所需的驱动功率、能量密度也会随之增加。比如,一架波音747-8客机的爬升速度达到了每分钟9.92米,但它的重量达到了442,000磅,这就需要巨大的推力。
远距离航线的限制。电动飞机在短途航线上有些可行性,但是远距离航线则面临着能源密度和航程问题。因此,使用电池作为唯一的动力来源,在远距离航班上可能会面临着过重问题和续航不足的挑战。
未来发展前景
尽管飞机的电动化目前仍然面临诸多困难和挑战,但是氢燃料电池也已经成为了代表未来的一种新型能源。相较于传统的燃油,氢燃料电池具有零排放、无公害的特点,且能源密度极高(68.3MJ/kg)。目前,由欧洲航空防务集团EADS、空客等公司组成的Hydrogen and Fuel Cells Joint Undertaking(FCH JU)等科研机构已经投入不少资金和精力,进行了一系列的实验研究。其中FCH2 JU项目更是提出了使用氢燃料电池驱动喷气式飞机的构想。虽然在技术和成本等方面仍需要克服重重困难,但可以预料的是,当氢燃料电池技术日趋成熟时,也许我们就能够看到一种更加清洁、高效、环保的新型飞机。
综上所述,虽然飞机与高铁这两种交通工具有着截然不同的性质和需求,但是今天的科技发展使得我们可以很好的应对它们所面临的问题,未来的技术进步也将为其提供更多的发展空间。