据美媒11月2日报道,受全球航空旅行需求不断增加的推动,近几十年来,航空业的排放量增长速度超过了铁路、公路或航运。扭转这一趋势的解决方案却迟迟未能出现:可持续航空燃料(SAF)如果生产和使用得当,可以使航班的排放量减少80%,这可能是航空业到2050年实现净零排放目标所需减排量的三分之二。但是,可持续航空燃料供不应求,即使在最佳情况下,到2024年,它也只占所有喷气燃料使用的0.53%,远未达到能产生影响的水平。
当航空公司和监管机构急于寻找为航空业脱碳的方法时,一些工程师提出,需要一种全新的飞机外形来大幅节省燃油消耗,从而减少排放。这摒弃了100年来一直是商业航空主流的“管身加机翼”设计,转而采用所谓的“翼身融合”设计,在这种设计中,机翼区域占据了机身的大部分,打造出一种外形独特的飞机。
2020年,空中客车公司制造了一架小型遥控翼身融合验证机,以测试该公司称可以节省多达20%燃料的设计。2023年,总部位于加利福尼亚州的JetZero公司宣布计划制造一架采用类似设计的飞机,可搭载200多名乘客,并雄心勃勃地计划于2030年投入使用。
现在,总部位于圣地亚哥的纳提鲁斯公司也加入了这场竞赛,推出了“地平线”飞机,这是一种翼身融合飞机,旨在搭载约200名乘客,同时产生的排放量减少一半,燃油消耗减少30%,与目前的波音737和空中客车A320飞机(即其旨在与之竞争的机型)相比更具优势。
纳提鲁斯公司首席执行官兼联合创始人阿列克谢·马蒂尤舍夫表示:“‘地平线’飞机所针对的窄体市场,在未来20年里将是最大的市场。鉴于我认为该行业所面临的所有挑战,我认为现在有机会打造出类似波音或空中客车的飞机。”
纳提勒斯地平线客机(Natilus Horizon)凭借其混合翼机身设计,旨在将排放量减少50%,并将有效载荷提高40%。
全新的乘客体验
纳提鲁斯公司成立于2016年,此前曾宣布推出一架名为“科纳”的无人驾驶货机,也采用了同样的创新外形。马蒂尤舍夫说,翼身融合设计起源于20世纪90年代的美国主要航空航天制造商麦克唐纳·道格拉斯公司,该公司于1997年与波音公司合并。波音公司从未将翼身融合飞机商业化,但研究过这一概念,并制造了一架名为X-48的无人驾驶原型机。
据纳提鲁斯公司称,“科纳”已经获得了400份订单,将在未来两年内建造并试飞全尺寸模型。其中许多技术将转移到“地平线”飞机上,“地平线”将配备常规的驾驶舱和机组人员,据马蒂尤舍夫称,将于2030年投入使用,这是一个极其雄心勃勃的目标,因为一款全新飞机在短短六年内从设计到获得全面认证是前所未有的。
“翼身融合设计的一个挑战是稳定性和控制性,”他解释道,“我认为这就是麦克唐纳·道格拉斯公司和波音公司真正栽跟头的地方,如何稳定飞机?”
他说,实现稳定的一种方法是采用复杂的飞行控制系统,基本上是计算机,马蒂尤舍夫指出,这曾给波音737 Max带来过问题。
另一种方法是空气动力学,即飞机表面的设计,这是纳提鲁斯公司所选择的方法,也是据马蒂尤舍夫称其与JetZero的区别所在。
这种新外形带来了一些至关重要的好处。他表示,新外形使阻力降低了30%,但与此同时,你还能够减轻飞机的重量,以容纳相同数量的乘客或货物,这是非常独特的。飞机更小,发动机也更小,从而减少了燃油消耗。因此,当把这两点结合起来时,每个乘客座位的排放量减少了约50%。
该飞机旨在与现有的机场基础设施集成,适用于波音 737 或空客 A320 的任何地方。
不再像管子一样的更大机身,为机舱内不同的布局提供了可能性。马蒂尤舍夫解释道,我们比传统飞机的地板空间多30%左右,所以我认为我们的很多客户都在考虑提升乘客体验。能否恢复休息室?在飞机上,为长途飞行腾出其他空间是否可行?
“地平线”并非一切全新;例如,该飞机将使用现有的发动机技术,没有为氢动力或电动选项留出空间。马蒂尤舍夫说:“航空业有个笑话,不要把全新的发动机装在全新的飞机上,那太冒险了。”出于同样的原因,“地平线”被设计成可以停放在波音737或空中客车A320停放的地方,无需改变机场基础设施。
纳提勒斯公司表示,由于机舱空间更大,该飞机将极大提升乘客体验。
未知领域
据航空新闻有限公司的航空分析师加里·克里奇洛表示,一系列交付延误使航空公司不得不一直等到 2030 年代后期才能获得新飞机,这为新入局者打破现状创造了“机会之窗”。
他说:“不过,这个窗口非常狭,运营商的一个关键卖点在于机组人员资质的通用性。737 Max 和 A320neo 的成功在很大程度上要归功于它们能够轻松融入现有的 737 和 A320 运营:机组人员过渡到这两种机型几乎不需要额外培训。”
然而,每个新机型都存在磨合问题,对于一个未经测试的新制造商和一种尚未得到验证的新设计而言,这几乎在所难免。“地平线飞机将拥有完全不同的座位和货物装载方案,并且需要完全不同的飞行和客舱机组。避免这种运营上的麻烦,并在问题发生时提供可靠且大规模的支持,或许是纳提勒斯公司面临的最大挑战,因为这关系到其能否说服潜在客户购买地平线飞机,而不是继续等待更传统的 737 Max 或 A320neo 替代机型。”
克里奇洛还指出了该飞机在获得航空管理部门认证方面可能遇到的障碍。任何全新设计的飞机,其开发和认证的前期成本都非常巨大。在认证方面,传统飞机如 737 Max 7 和 10、777-X、A321neo XLR都面临过,并且在某些情况下仍面临制造商最初时间表上的重大监管延误。而像混合翼机身这样独特的设计,我预计监管机构会更加谨慎。
马秋舍夫深知纳提勒斯正在踏入未知领域,他表示,关于如何建造全尺寸的混合翼机身,还有很多问题,因为我们现在只有风洞数据和按比例缩小的原型机,但还没有人真正建造过全尺寸的混合翼机身。
随着纳提勒斯目前正在研制全尺寸原型机,其中一些问题或许很快就会得到解答。