歐洲航空航天研發(fā)計(jì)劃“潔凈天空”于4月2日公布了“未來民用飛機(jī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力復(fù)合材料”（SORCERER）項(xiàng)目的最新動(dòng)態(tài)，該項(xiàng)目旨在評估復(fù)合材料層壓板中電子系統(tǒng)的集成度。
SORCERER項(xiàng)目始于2017年，將在2020年7月結(jié)束，總預(yù)算為160萬歐元，該項(xiàng)目探索了在飛機(jī)復(fù)合材料中集成電能存儲(chǔ)功能以形成飛機(jī)結(jié)構(gòu)組件的潛力。SORCERER為“潔凈天空”計(jì)劃的多功能機(jī)身演示驗(yàn)證項(xiàng)目做出了貢獻(xiàn)，該項(xiàng)目的重點(diǎn)是驗(yàn)證將機(jī)身、客艙、貨艙和系統(tǒng)集成化的高潛力組件，力爭廣泛使用熱塑性復(fù)合材料，并研究如何預(yù)裝或使用這種多功能系統(tǒng)和材料。
“潔凈天空2”計(jì)劃官員Jimmy Tchen表示，SORCERER項(xiàng)目也是未來電動(dòng)和混合動(dòng)力推進(jìn)飛機(jī)的重要技術(shù)。在儲(chǔ)能方面，存在巨大挑戰(zhàn)。使能量存儲(chǔ)部件重量最小化的傳統(tǒng)方式是盡可能的增加電池的能量密度，但這種方法不可避免的帶來安全隱患。SORCERER中采用的方法則是開發(fā)可以將儲(chǔ)能功能與結(jié)構(gòu)集成，同時(shí)減少重量和體積的多功能材料。
SORCERER項(xiàng)目部分由歐洲著名的“地平線2020”計(jì)劃資助。項(xiàng)目具體工作由倫敦帝國理工學(xué)院（ICL）牽頭的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)承擔(dān)，并由哥德堡的查爾默斯理工大學(xué)、斯德哥爾摩皇家技術(shù)學(xué)院（KTH）、馬德里的IMDEA材料研究所共同支持完成。為完成這一項(xiàng)目，大致需要完成三項(xiàng)相互關(guān)聯(lián)的研究工作。
第一項(xiàng)工作，帝國理工學(xué)院正在研究和探索與結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器及其在航空航天平臺(tái)中的應(yīng)用相關(guān)的關(guān)鍵問題。這意味著創(chuàng)造一款結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器，需要面對功率和能量密度提高、封裝和層壓材料混雜以及多功能設(shè)計(jì)方法等相關(guān)課題。
第二項(xiàng)主要工作是研究與結(jié)構(gòu)電池相關(guān)的技術(shù)問題，這項(xiàng)工作由查默斯理工大學(xué)主要負(fù)責(zé)。在這項(xiàng)工作中，候選的材料將根據(jù)未來飛機(jī)的工作環(huán)境或運(yùn)行條件進(jìn)行評估。
最后一項(xiàng)研究內(nèi)容是由斯德哥爾摩皇家技術(shù)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一系列與利用離子嵌入碳纖維產(chǎn)生結(jié)構(gòu)能量相關(guān)的技術(shù)研究，為能量收集提供解決方案。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是提高效率和功率輸出，其最終目標(biāo)是使該技術(shù)達(dá)到3級(jí)技術(shù)成熟度（TRL 3）。
關(guān)于項(xiàng)目的進(jìn)展情況，“潔凈天空”的Tchen表示，就技術(shù)成熟度而言，結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器要比其他兩項(xiàng)技術(shù)更加成熟。成熟度最低的技術(shù)是能量收集，可能最終只會(huì)完成實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的演示驗(yàn)證。針對結(jié)構(gòu)電池技術(shù)的研究，目前研究人員正在全力探索和研發(fā)全尺寸的演示驗(yàn)證件。
在SORCERER中開發(fā)的結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器的圖示
項(xiàng)目合作伙伴IMDEA制造的結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器演示器
對于設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器，SORCERER團(tuán)隊(duì)計(jì)劃制造飛機(jī)門框梁，該結(jié)構(gòu)是帶有嵌入式結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)部件。不過，這種做法又引出了另一個(gè)問題：如果飛機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)際上也是一種電池，這是否意味著機(jī)身結(jié)構(gòu)由于具備了儲(chǔ)能功能而導(dǎo)致使用壽命有限。
SORCERER項(xiàng)目主管、倫敦帝國理工學(xué)院復(fù)合材料教授兼復(fù)合材料中心負(fù)責(zé)人Emile Greenhalgh表示，理論上與電池具有的使用壽命相同，這的確是一個(gè)潛在的問題。不過，正在研發(fā)中的新技術(shù)，覆蓋了各種不同的能源，不僅僅只是電池。例如，帝國理工學(xué)院的研究工作主要集中在超級(jí)電容器上，超級(jí)電容器雖然存儲(chǔ)的能量并沒有電池那么多，但卻有非常長的使用壽命。
Greenhalgh教授補(bǔ)充表示，完成這個(gè)項(xiàng)目并不是僅僅研發(fā)嵌入式電池，而是創(chuàng)造一種本質(zhì)上可以起到雙重作用的材料。該項(xiàng)目基于過去十年英國、西班牙（結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器）、瑞典（結(jié)構(gòu)電池）在相關(guān)研究工作中積累的全球領(lǐng)先的技術(shù)和能力，并總結(jié)了早前歐盟研究計(jì)劃中資助的STORAGE項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。這一系列計(jì)劃將助力未來的航空運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)完全電氣化，這也是空客等制造商和航空組織的長期愿景，空客公司希望在2050年前后擁有100座全電動(dòng)飛機(jī)。
盡管SORCERER項(xiàng)目是“朝著使電動(dòng)航空器成為現(xiàn)實(shí)”邁出的重要一步，但“潔凈天空”計(jì)劃負(fù)責(zé)人表示，距離最終目標(biāo)仍然有很長的路要走。如果直接將傳統(tǒng)電池應(yīng)用于100座級(jí)別的飛機(jī)中，則電池的性能需要比現(xiàn)有電池高出至少10倍，這不僅意味著需要采用獨(dú)特的、但尚未成熟的化學(xué)成分制造電池，同時(shí)也意味著飛機(jī)將攜帶高度集中的能量源——其能量密度相當(dāng)于炸藥——因此這種方法存在安全隱患，需要進(jìn)行大量的研究和測試。
Greenhalgh表示，正在研究的替代方案將傳統(tǒng)電池方案中的能量集中度大大降低，將避免安全問題，同時(shí)能夠整體降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量，減小對環(huán)境的影響。在電動(dòng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)技術(shù)研發(fā)方面，亞洲、美國等國家和地區(qū)均投入了大量資源，不過歐洲目前在該領(lǐng)域技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先地位。如果將這項(xiàng)技術(shù)保留在歐洲，這將為歐洲交付全球第一架全電動(dòng)飛機(jī)創(chuàng)造最佳條件。
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