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A380新型客机达燃效提高20％，堪比环保车标准 |
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| http://cn.newmaker.com
8/5/2011 11:16:00 AM
日中环保生态网
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在全球首次实现100公里3升油的燃效，也就是每升油可驱动33.3公里——这并不是混合动力车的燃效，而是欧洲飞机制造企业空中客车公司（Airbus）开发并于2007年投入商业运营的全球最大客机“A380”的燃效。
飞机的燃效包括燃料消耗量除以飞行距离所得到的飞机本身的燃效值，以及该数值进一步除以坐席数所得到的每位旅客对应的燃效值。
机身一半为复合材料
空中客车所说的“每升油33公里”,指的是人均燃效。客机一直在通过实现大型化以及改进设计，逐步提高人均燃效，2005年的平均燃效已达到了“100公里5升”。采用双层坐席、可容纳500多名乘客的大型机A380的面世，使每位乘客飞行100公里所需的燃料一下降到了2.9升（525名乘客，航行距离为5000海里的国际航线。1海里=1852米）。
虽然汽车燃效通常指的是每辆车的燃效值，不能简单地与其进行比较,但也可以说大型客机的燃效已经达到环保车标准。
提高飞机燃效的方法主要有三种，分别是提高喷气发动机的效率、提高机身的空气动力性能以及减轻机身重量。
虽然发动机及空气动力性能也正在逐步进行改进，但近几年，新材料的采用得到了迅速发展。以前，机身材料以铝合金为中心，而目前碳纤维复合材料（CFRP)的比例逐渐提高。所谓碳纤维复合材料，就是碳纤维浸渍热硬化性树脂后形成的固体。用碳纤维复合材料代替铝合金能够使机身重量减轻约15%。
虽然碳纤维复合材料多用于体育用品等小型部材，但随着大型部材一体成型制造技术的开发，飞机也开始采用这一材料。
A380中,碳纤维复合材料占其重量的25%。主要用于尾翼及压力隔板等。预计此材料在目前正在开发的中型机“A350-XWB”上的比例将达到52%。
比空中客车早一步使碳纤维复合材料比例达到50％的，是波音公司的新型中型机“787 Dreamliner”。该机包括机身及主翼等重要部材在内都从铝合金换成了碳纤维复合材料。使用东丽公司的碳纤维，目前正由三菱重工业公司、川崎重工业公司以及富士重工业公司将其制成部材。
与上一代此类机型相比，787的燃效提高了约20％。在提高的这20%当中，通过采用碳纤维复合材料而实现的轻量化、以及空气动力性能的提高等机身方面因素占9个百分点、新型发动机效率的提高占8个百分点、机身与发动机的相互优化配置占3个百分点.
日本三菱飞机公司（名古屋市港区）开发的小型飞机“三菱支线客机（Mitsubishi Regional Jet，MRJ）”，与原有该类机型相比，燃效也可提高20%以上。其中，约一半是由于采用美国普拉特•惠特尼公司（Pratt & Whitney）制造的新型喷气发动机，剩余一半则是通过减轻重量以及改进空气动力设计而实现的。
设立三菱飞机公司、负责制造三菱支线客机的三菱重工业，在碳纤维复合材料部材制造方面拥有全球屈指可数的技术。在该机的开发阶段，最初也打算与波音787一样，机身及主翼也采用碳纤维复合材料，并对此进行了探讨。不过，最终仅有尾翼采用了该材料。
机身和主翼暂不采用该材料是因为考虑到了维护保养性。碳纤维复合材料的缺点是，在使用过程中如果撞到地面设施，很难了解其破损度，需要专用的检查装置。而如果使用铝合金，凹陷处等通过目测便能很容易的发现。另外，如果想强化破损风险较大的部位、使其具有足够大的强度，较厚的部分便会变多，重量较轻的优点随之减少。
2050年的目标是二氧化碳减半
由于787等中大型飞机通过加厚进行强化的部位比例相对较小，因此能够发挥出重量较轻的材料的优势。“如果机身较小，碳纤维复合材料的缺点就相对比较突出，无法发挥出轻量化的效果”，三菱飞机市场营销组代理部长福原裕悟说道。
最终对提高燃效贡献最大的是新型喷气发动机。这是被称为“齿轮涡轮风扇发动机（Geared Turbo Fan Engine,GTF）”的革新性产品，三菱飞机首次决定将其用于商用机。
如下图所示，喷气发动机由前面的风扇以及压缩涡轮构成。从原理上来说，风扇越大效率越高，燃效也会随之提高。不过，如果风扇变大，风扇外周的转速接近音速，噪音会增加，因此实现大型化有一定的限度。 
●齿轮涡轮风扇发动机的工作原理
利用齿轮箱内的变速器，降低涡轮轴的转速，并传导到风扇轴，从而可减缓风扇的转动。
在齿轮涡轮风扇发动机中，齿轮（变速器）夹在压缩涡轮的主轴和风扇轴之间，能够使风扇独立于主轴改变转速。这样一来，便可在通过风扇的大型化提高燃效的同时，减少噪音的产生。齿轮涡轮风扇发动机技术由于结构复杂，出现故障的风险较高。三菱飞机慎重评估了普拉特•惠特尼的齿轮涡轮风扇发动机技术，最终决定加以采用。
空中客车日本公司的日本市场公关总监（Communication Director）野坂孝博坦言，“由于原油价格高涨以及全球变暖对策的实施，新型飞机的燃效需要比以前的机型提高20%。不过中小型飞机的提高空间正逐渐变小”。
空中客车提出了该公司制造的飞机所排放的二氧化碳到2050年之前减少一半的目标。将以此为目标，发布采用大胆设计的概念机，并对采用燃料电池作为辅助电源等进行探讨。要进一步提高燃效，似乎需要全新的构思。（《日经环保》记者：金子宪治）
用语解说
热硬化性树脂
树脂（塑料）包括加热会变软并熔解的热可塑性树脂、以及加热会变硬的热硬化性树脂。碳纤维复合材料（CFRP）是把碳纤维浸渍名为环氧树脂的热硬化性树脂，然后放入压热器（高压釜）中，经过高达几百度以及几十个气压的高温高压处理制造而成的。不过最近，使用热可塑性树脂制造碳纤维复合材料的研究取得了一定进展。虽然使用热可塑性树脂会提高生产效率，也易于进行再成型，但目前存在强度下降的课题。
燃料电池
由电解质和电极构成，可从氢和氧的反应过程直接获得电力的发电装置。与利用燃料燃烧产生的热膨胀来驱动活塞及涡轮转动的引擎发电机相比，发电效率较高。由于大部分飞机使用主发动机的部分动力进行发电，从机内获取电力，因此会降低效率。如果喷气发动机仅用于提供推动力、电力由燃料电池提供的话，还可提高整个系统的效率。
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