美國(guó)初創(chuàng)飛機(jī)制造商 Electra 日前發(fā)布一款面向 2050 年的下一代干線(xiàn)客機(jī)概念機(jī)型，這一混合動(dòng)力方案可搭載逾百名乘客，通過(guò)電氣化、先進(jìn)氣動(dòng)布局以及機(jī)體與動(dòng)力一體化設(shè)計(jì)，在提升效率的同時(shí)降低排放。該項(xiàng)目是美國(guó)航天局（NASA）“面向環(huán)境可持續(xù)性的先進(jìn)飛機(jī)概念”（AACES 2050）計(jì)劃的一部分，目標(biāo)是在兼容現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的前提下，探索新一代環(huán)?？蜋C(jī)的可行路徑。

不同于在傳統(tǒng)機(jī)體上“外掛”電動(dòng)機(jī)的思路，Electra 試圖從機(jī)體結(jié)構(gòu)和推進(jìn)系統(tǒng)整體入手，將氣動(dòng)設(shè)計(jì)與推進(jìn)布局進(jìn)行深度耦合，以同時(shí)提升燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境表現(xiàn)。這一概念機(jī)基于麻省理工學(xué)院此前提出的 D8“綠色客機(jī)”研究方案，其最顯著的外形特征是所謂“雙泡”（double-bubble）機(jī)身：兩段圓筒狀機(jī)體并聯(lián)融合在一起，類(lèi)似于將 20 世紀(jì) 40 年代波音 377 Stratocruiser 的結(jié)構(gòu)“橫置”90 度后的現(xiàn)代演繹。

Electra 指出，“雙泡”機(jī)身并不僅僅是為增加艙內(nèi)空間而不增加機(jī)身長(zhǎng)度，更關(guān)鍵的是讓機(jī)身本身承擔(dān)大量升力，使整體布局接近某種形式的翼身融合設(shè)計(jì)。通過(guò)讓機(jī)身參與升力生成，可明顯減輕機(jī)翼的結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，從而縮小機(jī)翼尺寸，帶來(lái)阻力與重量上的雙重收益。

真正的“巧思”體現(xiàn)在其混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)上。在機(jī)翼下方，設(shè)計(jì)保留了兩臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，它們負(fù)責(zé)提供大部分推力，并通過(guò)集成的兆瓦級(jí)發(fā)電機(jī)為機(jī)體中的電力系統(tǒng)供能。在機(jī)身尾部，則布置了三臺(tái)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇，這些風(fēng)扇嵌入機(jī)身后段，與前方渦扇發(fā)電系統(tǒng)形成一套整體的渦輪—電力混合推進(jìn)架構(gòu)。

從直觀(guān)感受來(lái)看，這種布局似乎有些“多此一舉”：既然渦扇可以直接產(chǎn)生推力，為何還要先發(fā)電，再驅(qū)動(dòng)電動(dòng)風(fēng)扇，在中間加入多重能量轉(zhuǎn)換損耗？Electra 給出的答案藏在氣動(dòng)設(shè)計(jì)之中——這套系統(tǒng)關(guān)鍵在于利用機(jī)體表面的邊界層氣流，重獲原本會(huì)在機(jī)體尾流中被白白浪費(fèi)的能量。

在這套方案中，翼下渦扇通過(guò)短艙掛架懸掛于機(jī)翼之下，刻意遠(yuǎn)離機(jī)體表面的邊界層，以吸入與飛機(jī)飛行速度一致、流場(chǎng)較為均勻的自由來(lái)流空氣，從而保持傳統(tǒng)意義上“干凈”的進(jìn)氣條件。與此同時(shí)，機(jī)身表面會(huì)形成一層較厚、速度較低的邊界層氣流，這股低能量氣流沿機(jī)體向后發(fā)展，若任其自然脫落，將在尾部形成湍流尾跡，拖累飛機(jī)整體氣動(dòng)效率。

Electra 的 AACES 2050 概念機(jī)在機(jī)尾將三臺(tái)電動(dòng)風(fēng)扇直接嵌入機(jī)身結(jié)構(gòu)，使其主動(dòng)吸入這股低能量邊界層氣流，在流動(dòng)完全脫體形成尾流之前對(duì)其重新“加能”。通過(guò)這一“尾部再加速”過(guò)程，原本會(huì)以尾流渦旋形式損失掉的能量得以部分回收，機(jī)體尾跡得以“收束”，阻力顯著降低，從而提升整體推進(jìn)效率，減少燃油消耗與排放，并允許采用更小、更輕的發(fā)動(dòng)機(jī)配置。

Electra 強(qiáng)調(diào)，這一構(gòu)想在理論上頗為優(yōu)雅，但在工程實(shí)踐層面仍面臨多重挑戰(zhàn)，包括兆瓦級(jí)電力在機(jī)體內(nèi)長(zhǎng)距離傳輸?shù)陌踩c效率、電機(jī)與電力電子設(shè)備的熱管理，以及尾部電動(dòng)風(fēng)扇可能帶來(lái)的噪聲問(wèn)題等。這些關(guān)鍵技術(shù)能否在成本與可靠性約束下實(shí)現(xiàn)工程化，是未來(lái)十余年內(nèi)必須逐步攻克的難題。

Electra 產(chǎn)品戰(zhàn)略總監(jiān) Parker Vascik 博士表示，電氣化的價(jià)值在于可以讓設(shè)計(jì)者將推進(jìn)單元放置在以往無(wú)法布置發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，從而在整個(gè)布局層面獲得更大的自由度和收益。他指出，這一概念的目標(biāo)不僅是紙面上的高效率，而是要在保持與現(xiàn)有航空公司運(yùn)營(yíng)模式及機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施兼容的前提下，提出“可真正建造、獲得適航認(rèn)證并投入使用的方案”。