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(jié)構(gòu)動力復(fù)合材料”（SORCERER）項目的最新動態(tài)，該項目旨在評估復(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，該項目探索了在飛機復(fù)合材料中集成電能存儲功能以形成飛機結(jié)構(gòu)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(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(shù)。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(jié)構(gòu)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(xué)院（ICL）牽頭的聯(lián)合團隊承擔，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。為完成這一項目，大致需要完成三項相互關(guān)聯(lián)的研究工作。
第一項工作，帝國理工學(xué)院正在研究和探索與結(jié)構(gòu)超級電容器及其在航空航天平臺中的應(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)計方法等相關(guān)課題。
第二項主要工作是研究與結(jié)構(gòu)電池相關(guān)的技術(shù)問題，這項工作由查默斯理工大學(xué)主要負責。在這項工作中，候選的材料將根據(jù)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(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(shù)達到3級技術(shù)成熟度（TRL 3）。
關(guān)于項目的進展情況，“潔凈天空”的Tchen表示，就技術(shù)成熟度而言，結(jié)構(gòu)超級電容器要比其他兩項技術(shù)更加成熟。成熟度最低的技術(shù)是能量收集，可能最終只會完成實驗室規(guī)模的演示驗證。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)全尺寸的演示驗證件。
在SORCERER中開發(fā)的結(jié)構(gòu)超級電容器的圖示
項目合作伙伴IMDEA制造的結(jié)構(gòu)超級電容器演示器
對于設(shè)計一種結(jié)構(gòu)超級電容器，SORCERER團隊計劃制造飛機門框梁，該結(jié)構(gòu)是帶有嵌入式結(jié)構(gòu)超級電容器的結(jié)構(gòu)部件。不過，這種做法又引出了另一個問題：如果飛機結(jié)構(gòu)實際上也是一種電池，這是否意味著機身結(jié)構(gòu)由于具備了儲能功能而導(dǎo)致使用壽命有限。
SORCERER項目主管、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(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(zhì)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(jié)構(gòu)超級電容器）、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)了早前歐盟研究計劃中資助的STORAGE項目的經(jīng)驗教訓(xùn)。這一系列計劃將助力未來的航空運輸實現(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座全電動飛機。
盡管SORCERER項目是“朝著使電動航空器成為現(xiàn)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(yīng)用于100座級別的飛機中，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特的、但尚未成熟的化學(xué)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(jié)構(gòu)重量，減小對環(huán)境的影響。在電動飛機結(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。如果將這項技術(shù)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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