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航空电子设备将成为未来航空电气化的核心

来源:中国航空报发表时间:2025-10-22 16:09:11浏览量:112

随着监管机构和社会大众对净零排放航空的要求日益增大,以及航空公司追求环境声誉和成本效益的双重压力,追求更安静、更清洁的天空不再仅仅是发动机的事,也事关飞机的“大脑”。电气化正成为人们关注的焦点。

航空电子设备将成为未来航空电气化的核心

一些分析师认为,电动飞机的崛起是一股颠覆性力量,即将颠覆传统的航空经济学。随着新的、更清洁的技术取代老旧的、依赖化石燃料的机型,电动飞机的价值和租赁率可能会发生巨变。他们认为,电气化是一个新时代的曙光,它可能会迅速重塑机队规划、区域航线和投资者预期。

另一些人则警告称,电动飞机在短期内被过度炒作。他们指出电池技术落后、航程有限以及监管障碍等问题表明,其真正产生影响仍需多年时间。但即使是怀疑论者也承认,电动飞机的长期发展轨迹清晰可见:电动航空即将到来,当它全面到来时,将彻底改变行业格局。

每一次电力推进技术的进步背后,都离不开航空电子设备的革命,从智能系统能够管理电源、监测电池健康状况,到协调无缝的混合动力转换。在这个新时代,航空电子设备不仅仅是支持创新,它就是创新本身。

这一转变的核心在于推进噪声和排放的挑战。虽然电动飞机拥有接近局部零排放和极低噪声的诱人前景,但只有通过能够精确控制能量流、热状态和冗余协议的航空电子设备,才能释放其真正的潜力。

航空电子设备将成为未来航空电气化的核心

如今,接近每千克400瓦时的功率密度最终可能实现可行的区域飞行,但要在空中有效地管理这些功率,需要尖端的机载电子设备。

早期的电动教练机已经证明,航空电子设备可以通过集成电池组实现安全、可重复的运行。这些飞机不仅依赖于推进技术,还依赖于能够实时处理功率分配、故障检测和飞行条件调整的航空电子设备套件。

同样,城市空中交通平台(多旋翼电动垂直起降飞机)依赖于高度自动化的飞行控制系统、电池管理单元和传感器融合技术,这些技术使得在人口稠密的地区实现安全垂直起降成为可能。

混合动力推进系统正在进一步推动这一进程,而航空电子设备也在其中扮演着至关重要的角色。例如,混合动力螺旋桨飞机配置为电动方式起飞和爬升,在巡航时内燃机接管推进工作。

这些模式之间的转换必须无缝、安全且高效,而这只有通过先进的混合动力控制架构才能实现,该架构可以控制功耗、监控环境变量并根据任务概况平衡能源。

即使是传统飞机也开始加入电气化浪潮。改装项目开始将传统部件替换为电动子系统,这些子系统有望减少温室气体排放、提高效率,并由于运动部件减少而降低维护需求。但真正的转变并非机械性的,而是数字化的。这些改造需要新的航空电子接口、智能配电单元以及系统集成,以便飞行员和飞行控制系统能够管理新的故障模式。

这种“更电气化”的飞机架构并非全新概念。波音787是早期的先驱,它用电力驱动系统(例如,环境控制系统)取代了液压和气动系统。但自那时起,航空电子开发人员正在探索全飞机微电网,即根据飞行需求、任务类型甚至预测性电池诊断来分配电力的智能配电网络。

现代飞机航空电子设备也在不断发展,以适应电力电子领域的新现实。快速切换、实时负载平衡和智能热管理如今已成为当务之急。开发人员正在大力投资实现这些功能的宽带隙半导体(如碳化硅和氮化镓),从而打造比前代产品更轻、更快、更高效的航空电子系统。

但挑战依然严峻。电动航空的梦想仍在与电池化学成分的权衡取舍中挣扎:电池的能量密度越高,确保热稳定性、长寿命和安全性就越困难。这给航空电子设备带来了巨大的压力,它们既要“看好门”,又要充当“疏导员”,防止电池热失控的同时,还要管理冗余故障转移,并使飞行员能够诊断和应对飞行途中的电气设备异常。

认证是另一个障碍,航空电子设备将在其中发挥核心作用。电动飞机不符合传统类别,其故障模式(例如,电弧、电池故障和逆变器故障)需要新的标准。目前监管机构正在缓慢适应,一些监管机构正在探索监管“沙盒”,以便在受控条件下进行真实飞行测试。这些测试平台严重依赖于能够每秒记录和分析数千个数据点以供后续审查和标准制定的航空电子设备。

充电基础设施也正在受到航空电子设备需求的影响。飞机需要与地面系统通信,以验证电量水平、管理电池更换,并在起飞前验证电力传输的完整性。这种程度的互联互通需要新的协议、安全的数据链路以及与机场系统的集成,而这又是航空电子设备发挥关键作用的另一个领域。

航空电子设备将成为未来航空电气化的核心

尽管面临重重障碍,但发展势头势不可挡。所有主要的飞机原始设备制造商都在探索电动或混合动力设计,新的航空电子系统也应运而生,以支持这些配置。电动垂直起降飞机公司正在推出专为短途垂直起降设计的集成飞行管理和能源系统,而支线飞机原型机则配备了针对电动性能指标(而不仅仅是传统的燃油消耗)进行优化的驾驶舱显示器和控制逻辑。

各国政府正在通过拨款、碳补偿挂钩激励措施和试点项目,为这项以航空电子设备主导的创新提供资金。航空公司也在积极投资,他们加入可持续发展联盟,并将电动飞行目标纳入其“绿色”目标。这些努力不仅取决于推进系统的突破,还取决于确保这些系统在实际条件下可靠运行的航空电子平台。

短期内,混合动力飞机预计将引领潮流,减少短途航线的燃油消耗和排放。或许十年内,城市景观中将会出现安静的电动空中出租车,它们由能够自适应导航和即时能量重新分配的自主航空电子系统引导。未来,长途飞行或许会随之而来,但前提是航空电子技术能够与推进技术和材料科学同步成熟。

航空革命不会仅仅由新型机翼或发动机来预示。它将由飞行员在屏幕上看到的内容、飞行计算机如何做出决策以及能量如何在智能机身中流动来定义。电动飞机在天空中飞过的嗡鸣声或许是未来航空业最主要的声音,而在这声音的背后,是由航空电子设备组成的一支“管弦乐队”,承担着复杂的协同工作。

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关键词: 航空电子设备 航空电气化 航电 节能减排

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