新能源应用于动力飞行器研究进展

李泽人

（南京市中华中学 江苏 南京 210000）

新能源应用于动力飞行器研究进展

李泽人

（南京市中华中学 江苏 南京 210000）

从十九世纪起，人类日渐面临着资源枯竭，环境恶化的威胁。一方面，人类工业化与城市化对能源的需要日渐加大，造成石油、煤炭、天然气等化石燃料供应日趋紧张；另一方面，由于人类过度的开采、挖掘及使用，导致日趋严重的环境危机，这些使得开发可持续的替代性能源即新能源迫在眉睫。如今，新能源的开发及运用在各个领域方兴未艾，尤其是新兴的动力飞行器工程领域。新能源运用于动力飞行器中的正面积极作用是巨大的，不仅可以有效解决传统燃料的不足，还可以有效优化当前我国能源结构，节约资源，保护环境，同时也革新了技术和理论，对维护国家能源安全等方面都发挥了巨大作用。但是，新能源在发展过程中也存在一定不足，这些不足和问题是我们动力飞行器领域新能源研发的发展方向和动力。

新能源技术；动力飞行器；应用分析；进展

1 新能源应用于动力飞行器的应用现状

传统能源的供应进展和环境问题是我国在新世纪面临的主要问题之一。据相关资料统计，全球消耗能源量160亿tce，其中可再生资源利用总量折合为12亿tce。2009年，在全球消耗的能源中，石油最多，占到35%，煤炭占29%，天然气占24%，核电占5%。到2016年，石油仍是全球的主要燃料，占全球能源消费的32.9%，煤炭仍然保持第二大燃料的位置，占全球能源消费的29.2%，天然气占23.8%，核电占6.8%。从数据分析来看，全球消耗的能源主要是化石能源。而化石能源为人类带来文明的同时，也带来地球环境的污染及气候的变化。一方面，随着我国工业化、城市化的建设速度加快，人类对传统能源的需求日渐加大，石油、煤炭等面临枯竭。另一方面，绿水青山不在，人类生存环境面临着恶化的威胁，这同时也极大地影响了我们人类城市化、工业化进程和经济的发展。

以我国为例，2009年我国能源消费量约为31亿tce，是第二能源消费大国，其中煤炭占69%，石油占20%，天然气占3.4%，核电、水电及其他能源占7.2%，但从人均能源消费水平来看我国能源消费量还很低，还没达到全球平均水平。随着中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升，预计到2020年，能源消耗量将达到到45亿tce。自1993年起，中国由能源净出口国变为净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的大增，目前净进口占比已达到50%以上，并处于逐年增长态势。因此，新能源的发展对中国来说更显迫切和重要。

新能源不仅是我国当前发展的需要，更是国际社会和其它国家经济发展的需要。在1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”上，新能源强调以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用。从我国的当前现状来讲，我国开发利用新能源起步较晚，但是我国在新能源开发应用上已经取得了佳绩，例如新能源汽车、光伏和风力发电厂、太阳能电池、磁悬浮列车等。

众所周知，我国近几年来新能源动力势头发展最猛的当属我们的新能源汽车。市场出现的产品类型越来越多，质量呈现高速发展。主要包括有：混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池汽车(FCEV)、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等。以新能源汽车为例，传统汽车动力用的是汽油或柴油，而新能源汽车采用氢气、乙烯、电能等。氢能源动力汽车是以氢气为主要能量替代了传统的燃料，排放出的是纯净水，其具有无污染、零排放、储量丰富等优势，是一种真正实现零排放的交通工具。电动汽车是以车载电源为动力，电动汽车还具备智能化和信息化的特点，提高了电动汽车的市场价值。

飞行器动力是指为专门提供飞行器的飞行动力和相关的技术的设备，主要指飞机的发动机，导弹和火箭的推力器等。飞行器用的发动机有活塞式发动机和燃气涡轮喷气式发动机两种，目前的发动机基本上都是燃气涡轮喷气式发动机，工作原理是加速流经发动机的空气，以此获得反作用推力。而加速空气的方法就是燃烧，将燃料（航空煤油）的化学能转为空气的动能。新能源飞机是以新能源为电源，通过电机带动螺旋桨、涵道风扇或其他装置产生前进动力的飞机。飞行器因所具备的动力设备不同，在选择燃料及技术上有很大的差异，如空气动力飞行器将周围的空气变为燃料，使用电磁等离子转换技术，将周围的空气转换为电力能源；电磁动力弹射器用4具电磁飞机弹射系统代替4具传统的蒸汽弹射装置，用电磁脉冲将飞机推至起飞速度，多用于军事领域；太阳能动力飞机使用了太阳能电池组，将光能转变为电能并通过电动力带动螺旋桨使飞机高空飞行；氢燃料发动机使用液氢燃料；液态天然气燃料发动机使用液态天然气为燃料，液态天然气属不可再生资源，目前全球天然气储量比石油大（可开采100～200年），可作为一种过渡性燃料。飞行器不仅有单一的动力飞行器，也有两个或者两个以上不同动力设备组成的飞行器，称为组合动力飞行器。2016年，我国正在自主开发研究组合动力飞行器，该飞行器集成涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机等多种动力，起飞时使用涡轮动力发动机，达到一定速度后使用冲压发动机，飞行器达到临近空间，便使用火箭发动机进入太空，未来的组合动力飞行器可实现天地间重复往返的航天运输。

实践证明，风能、太阳能、核能、氢能等具有相当大的发展潜力，是我国未来新能源发展战略的发展方向和动力。新能源技术和资源在动力飞行器上的运用，也是我们不懈追求的航天梦。

2 新能源应用于动力飞行器的基本意义

2.1 有效降低环境污染，补充传统能源

无论是新能源汽车还是运用于其他领域的新能源产业都是以保护环境，实现资源有限配置为首要目的。新能源动力飞行器也不例外。传统意义上，我们的飞行器大都是以火箭燃料热能为动力的，它的确都够满足我们对飞行器的要求，但是它对环境是具有一定的污染的，而且具有一定的不安全性。而新能源动力飞行器则大大改善了这些问题，它能够有效的保护环境，减少污染，轻便快捷无污染，同时也能够为我国的航天事业做出应有的贡献。

2.2 实现技术革新，满足当前发展的需要

以新能源动力为主的动力飞行器是当前我国飞行器动力技术革新发展的新方向和新领域。传统的飞行器已经不能满足我国现在发展的需要和要求，尤其是在飞行器民用和航空航天方面显得尤为突出。新能源动力飞行器极大地解决了这些问题，是我们研究和发展新能源动力飞行器的方向。可以毫不夸张的说，新能源技术的进步和革新对于我们人类的发展无论是经济物质上的发展还是我们人类环境保护方面、人文精神文化理论都有一定的指向性和价值意义。弥补了新能源这一新的专业领域和技术在实践和理论上的缺陷和不足，同时也补充了传统能源，有效的缓解了传统能源的枯竭。

3 结语

我国在新能源技术和资源研究领域取得了巨大发展和进步，尤其在新能源动力飞行器领域，既满足我国城市化、工业化和经济发展需要，又节约资源，保护生态环境，同时也有效的优化能源结构，革新了技术和理论。值得注意的是，全球的新能源的发展前景是巨大的，在运用新能源技术和资源的道路上，全球的新能源挖掘和利用还刚刚才开始。新型可再生能源的开发利用程度还很低，发展新能源以及新能源应用具有深远的意义。

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[2]姜光泰，祝明，梁浩全，武哲.基于可靠性的太阳能飞机多学科设计优化[J].南京航空航天大学学报，2012(04).

V212 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2018）02-0098-02