歐洲航空航天研發(fā)計劃“潔凈天空”于4月2日公布了“未來民用飛機的結構動力復合材料”（SORCERER）項目的最新動態(tài)，該項目旨在評估復合材料層壓板中電子系統(tǒng)的集成度。
SORCERER項目始于2017年，將在2020年7月結束，總預算為160萬歐元，該項目探索了在飛機復合材料中集成電能存儲功能以形成飛機結構組件的潛力。SORCERER為“潔凈天空”計劃的多功能機身演示驗證項目做出了貢獻，該項目的重點是驗證將機身、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合材料，并研究如何預裝或使用這種多功能系統(tǒng)和材料。
“潔凈天空2”計劃官員Jimmy Tchen表示，SORCERER項目也是未來電動和混合動力推進飛機的重要技術。在儲能方面，存在巨大挑戰(zhàn)。使能量存儲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)可以將儲能功能與結構集成，同時減少重量和體積的多功能材料。
SORCERER項目部分由歐洲著名的“地平線2020”計劃資助。項目具體工作由倫敦帝國理工學院（ICL）牽頭的聯合團隊承擔，并由哥德堡的查爾默斯理工大學、斯德哥爾摩皇家技術學院（KTH）、馬德里的IMDEA材料研究所共同支持完成。為完成這一項目，大致需要完成三項相互關聯的研究工作。
第一項工作，帝國理工學院正在研究和探索與結構超級電容器及其在航空航天平臺中的應用相關的關鍵問題。這意味著創(chuàng)造一款結構超級電容器，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計方法等相關課題。
第二項主要工作是研究與結構電池相關的技術問題，這項工作由查默斯理工大學主要負責。在這項工作中，候選的材料將根據未來飛機的工作環(huán)境或運行條件進行評估。
最后一項研究內容是由斯德哥爾摩皇家技術學院領導的一系列與利用離子嵌入碳纖維產生結構能量相關的技術研究，為能量收集提供解決方案。這項工作的重點是提高效率和功率輸出，其最終目標是使該技術達到3級技術成熟度（TRL 3）。
關于項目的進展情況，“潔凈天空”的Tchen表示，就技術成熟度而言，結構超級電容器要比其他兩項技術更加成熟。成熟度最低的技術是能量收集，可能最終只會完成實驗室規(guī)模的演示驗證。針對結構電池技術的研究，目前研究人員正在全力探索和研發(fā)全尺寸的演示驗證件。
在SORCERER中開發(fā)的結構超級電容器的圖示
項目合作伙伴IMDEA制造的結構超級電容器演示器
對于設計一種結構超級電容器，SORCERER團隊計劃制造飛機門框梁，該結構是帶有嵌入式結構超級電容器的結構部件。不過，這種做法又引出了另一個問題：如果飛機結構實際上也是一種電池，這是否意味著機身結構由于具備了儲能功能而導致使用壽命有限。
SORCERER項目主管、倫敦帝國理工學院復合材料教授兼復合材料中心負責人Emile Greenhalgh表示，理論上與電池具有的使用壽命相同，這的確是一個潛在的問題。不過，正在研發(fā)中的新技術，覆蓋了各種不同的能源，不僅僅只是電池。例如，帝國理工學院的研究工作主要集中在超級電容器上，超級電容器雖然存儲的能量并沒有電池那么多，但卻有非常長的使用壽命。
Greenhalgh教授補充表示，完成這個項目并不是僅僅研發(fā)嵌入式電池，而是創(chuàng)造一種本質上可以起到雙重作用的材料。該項目基于過去十年英國、西班牙（結構超級電容器）、瑞典（結構電池）在相關研究工作中積累的全球領先的技術和能力，并總結了早前歐盟研究計劃中資助的STORAGE項目的經驗教訓。這一系列計劃將助力未來的航空運輸實現完全電氣化，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座全電動飛機。
盡管SORCERER項目是“朝著使電動航空器成為現實”邁出的重要一步，但“潔凈天空”計劃負責人表示，距離最終目標仍然有很長的路要走。如果直接將傳統(tǒng)電池應用于100座級別的飛機中，則電池的性能需要比現有電池高出至少10倍，這不僅意味著需要采用獨特的、但尚未成熟的化學成分制造電池，同時也意味著飛機將攜帶高度集中的能量源——其能量密度相當于炸藥——因此這種方法存在安全隱患，需要進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，同時能夠整體降低飛機結構重量，減小對環(huán)境的影響。在電動飛機結構技術研發(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域技術水平處于世界領先地位。如果將這項技術保留在歐洲，這將為歐洲交付全球第一架全電動飛機創(chuàng)造最佳條件。
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