可持续发展AVIATION:THE JOURNEY净零 CONTENTSINTRODUCTION3重新设计飞机的新能源使飞机更节能可持续的在役操作可持续供应链5111721273338下一代航空可持续的航空航天创新文化结论 可持续航空 ： 实现净零的旅程fl ight 的未来将与今天看起来非常不同 ， 并希望更可持续。海拔 (例如 ， 增加臭氧形成的氮氧化物 ， 以及通过形成轨迹来捕获热量的水蒸气) 意味着它们对全球变暖有一个巨大的影响。对于飞机 ， 煤油最终将让位给其他推进器来源 ， 无论是电、氢燃料电池 ， 还是可持续的生产的燃料。同时 ， fl 的性质本身将是转型 ， 作为新的空中运输方式 ， 如空中出租车- 从一开始就设计了可持续性 - 通过认证 fi 阳离子并投放市场。在每个部门解决这个问题越来越紧迫。全球平均温度已经比去年同期上升了约 1.1 C工业水平 ， 根据政府间小组的说法气候变化 （ IPCC ） ， 接近 1.5 C 的极限 ， 巴黎协议希望保持下去。这一切都将产生深远的影响。新的推进机制可能会打开更多的 e fl 有效的平面设计 ， 这可能会从根本上改变具有 100 年历史的航空模板。材料科学的创新对于飞机设计来说 ， 回收利用也可能是革命性的。上无论是新的还是旧的设计 ， 新的传感器和数据都将逐渐增加优化一切 - 从机翼上的空中交通到空中交通路线 - 在为了进一步挤压能源效率。所有这些都将有对全球燃料、材料供应链的前所未有的影响和制造业。航空致力于成为解决方案的一部分 ， 全球航空业已同意到 2050 年净零排放。最大的影响将来自可持续燃料 - 各种正在探索的方法。例如 ， 空中客车公司的目标是 fi 实现零 -到 2035 年排放飞机 ， 并正在研究氢燃烧和燃料电池。波音、空客和其他公司正在探索可持续发展航空燃料 (SAFs) 。各种初创企业正在探索全电动和氢动力飞机 - 最近已经证明成功是可能的。这不可能很快发生。航空至少负责据国际统计 ， 全球二氧化碳排放量的 2%能源署 (IEA) ， 尽管这些排放量很高可持续航空 ： 净零之旅凯捷工程3 然而 ， 还需要其他变化来减少排放和所需能量 - 来自空气动力学设计和较轻的材料 ，更有效的计算机辅助 fl 灯光和路线规划。可持续航空是一项必须解决的复杂挑战我们现在正处于航空史上的关键时刻。我们需要一个大规模的、协调的 e ff ort ， 并重新激活航空先驱的热情。我们必须重新点燃这种精神创新 ， 由紧迫感驱动 ， 因为失败不是一个选项 ， 时钟在滴答作响。下面 ， 我们将介绍这必须完成。供应也必须改变 ， 更换肮脏的原材料和污染拥有清洁生物材料的工厂 ， 回收利用 (“循环经济 ”) ，和使用可再生能源的供应商。然而 ， 所有这些都必须发生在航空航天增长的时期 ，受新需求 (特别是在亚洲) 的影响 ， 并增加了 fl eet 的规模。一个波音和空客的评估估计飞机的数量将在未来 20 年内翻一番。但是 ， 为了满足碳预算与《巴黎协定》兼容 ， 这增加了航空运输数量必须与减排保持平衡 - 而且很可能在不久的将来 ， 与航空公司、机场、消费者和政府都在施加压力。那么 ， 我们如何使航空成为解决方案的一部分 ？在本系列的每件作品中 ， 我们将介绍各种脱碳方法航空。可持续航空 ： 净零之旅凯捷工程4 1. 重新设计AIRCR AF T FOR新能源消息来源 99%脱碳飞机推进航空脱碳的最大和最重要的杠杆是寻找绿色推进源。燃烧航空燃料 - 这目前主要是石油衍生的煤油 - 代表估计99% 的航空排放 - 下游所谓的 “范围 3 ”排放量 (即在用产品的排放量) 。航空排放是主要是石油衍生的煤油可持续航空燃料是一种选择 ， 具有 fi t 的优势与大多数现有的发动机设计一起工作。但是全新的推进系统 ， 如氢和电 ， 需要全新的飞机动力总成的设计 ， 从发动机到油箱和运输 ， 以及动力传输到螺旋桨。在一些在这种情况下 ， 可能需要对飞机进行大规模的重新设计。这并不容易。开始做这件事的公司路径看到多年的工作之前 ， 他们可以得到绿色的飞机转化为常规 fl 光。前面有一个工程挑战航空从未见过的规模和紧迫性。尽管如此 ， 大大小小的公司都在承担挑战。时间至关重要 ， 不仅因为时钟在滴答作响气候变化 ， 也是因为到达那里的公司fi rst 将具有显著的 fi 不能优势。这不仅仅意味着fi 安装新飞机 ， 但也要对现有的 fl 进行改造sustainability. For example, just a year ’ s jump on competitors可能意味着很多订单 ， 在其他人赶上之前。那么 ， 公司如何加速这项工程研发过程?可持续航空 ： 净零之旅凯捷工程6 未来的挑战脱碳推进有一系列的选择 ， 每个有自己的挑战。我们将总结机遇和在讨论解决方案之前 ， 每个挑战。重要的是要确保 SAF 是从生物来源 (如林业剩余物) 不与其他需要的部门竞争使用相同的住所 ， 如造纸业。欧盟和美国正在寻求不同的方法来应对这一挑战。你可以阅读更多关于可持续供应链的重要性第 4 条.因此 ， 它可能需要重新设计飞机容纳更大的油箱。例如 ， 这可能会产生通过移动燃料储存来改善飞机的机会 -例如 ， 将其从机翼中取出。然后可以制造机翼更薄 ， 产生更少的阻力 ， 提高燃油效率。它也围绕设计、工程和储氢罐、燃料喷射和引擎本身 - 这需要修改 fi 来处理这种新的燃料来源。可持续航空燃料最简单和最有前途的短期解决方案是可持续的航空燃料 (SAF) ， 一类从生物质或从碳捕获中去除空气中的二氧化碳或排放物并将其化学加工成煤油的前体。根据到国际航空运输协会 (IATA) ， 苏丹武装部队可以贡献约 65% 的减排量航空业需要在 2050 年达到净零。氢气作为燃料源 ， 氢气可以直接燃烧 ， 也可以用于氢燃料电池发电。H2 （ 无论是燃烧还是用于燃料电池 ） 也会产生尾迹 / 水蒸气 ， 这种云的散布 (尾迹卷云) 可以捕获从下面的地球辐射的热量 ，增加变暖。燃烧它也会产生氮气氧化物 (“NOx ”) 可能是烟雾、酸雨和人类的呼吸问题 ， 尽管它产生的这些问题较少比煤油。由于起步较晚 ， 氢气的时间线较短 ， 很可能在 2030 年代开始看到主要的航空部署。当燃烧后 ， 氢气与氧气反应产生能量和水蒸气 ， 因此没有碳排放。如果氢是从绿色来源生产的 ， 从理论上讲 ， fl 光可能是碳中性 (尽管我们不太可能完全消除氢的生产、储存和运输产生的排放基础设施 ） 。在重新设计方面 ， 苏丹武装部队是一个简单的选择。苏丹武装部队可以 “介入 ” -这意味着它可以与传统的喷气燃料混合 ，在某些情况下 （... 更多在未来 ） ， 取代传统的喷气燃料completely. This means that SAF requires little to no redesign. Airbus已经有商用和军用飞机能够高达 50% 的 SAF 混合 ， 目标是到 2030 年达到 100% 。英国国防部已经开始接受来自其燃料供应商的高达 50% 的降价已经展示了 100% 的 SAF fl 能力。氢也可以用来为燃料电池提供动力 ， 燃料电池可以驱动电动动力总成 ， 并且没有废物排放。 A最近的测试 fl 灯很少 ， 包括来自初创公司的ZeroAviaandUniversal Hydrogen ， 很有前途。主要货币押注于技术也是如此 ； 空中客车公司希望部署其氢燃料电池 -到 2035 年大规模为发动机提供动力。值得一提的是 ，然而 ， 这些燃料电池的重量可能会限制它们单通道飞机和中程。氢的能量密度是质量的三倍比煤油 ， 这使得氢作为一种能源非常有吸引力carrier. However, it has less energy by volume than kerosene:六倍少的气体在高压 （ 700 巴 ） 和三液体 （ 需要将其冷却至 - 253 ° C ） 。所以液态氢更可行 ， 但仍需要更多储存空间比燃料更多 ， 这将挑战飞机外形和建筑。还应该注意的是 ， SAF 可以在碳中性的情况下生产。方式 ， 但在地面上取出二氧化碳并在高空返回- 所以 ， 虽然比煤油好很多 ， 而且很棒过渡燃料 ， SAF 不是一个完全绿色的解决方案。值得一提的是 ， SAF 的生产途径（ 因此它的可伸缩性 ） 是一个重要因素。例如 ， 它的可持续航空 ： 净零之旅凯捷工程7 电动动力系统电力推进电气化的第二个挑战将是重新设计平面子系统和控制面与电动机和传输线取代液压传输线。这些有不同的 ff ering对现有液压控制和主要控制的操作注意事项将需要做的工作是将它们改造成现有的飞机。与电动汽车 (EV) 一样 ， 电池可以为发动机和be charged at airports in - between operations. The main constraint是电池本身 ， 很重。这减少了 fl 的重量e fl 效率和 - 多亏了物理定律 - 放置了一个鞋面限制在任何给定的平面之前可以存储多少能量对 fl Y 来说太重了。This may nonetheless be viable. ‘ Electri fi cation ’ can be used on具有任何类型发动机的飞机 （ 例如常规 ， SAF ， H2 ） ，与传统的相比 ， 提供了潜在的减肥液压系统 ， 并可能从飞机的发电厂 ， 以及更简单的安装和维护(由于移动部件较少) ， 同时可以说有更多的 ff精确控制尽管如此 ， 电力推进已经证明了Promise in smaller aircraft. Pipistrel claims to be the fi rst company要获得电动飞机 (Velis Electro) 的认证 ， 请返回2020 年。最近 ， 在 2022 年 9 月 ， 总部位于美国的 Eviation Aircraft展示了它声称是 “世界上第一个全电动的 fi客机 ， 预计服务日期为 2027 年 ， 并计划用于 150 - 250 英里之间的通勤和货运 fl 灯。混合动力电动混合动力电力推进 (其中车辆使用电力与其他推进源相结合) 已经证明了自己在汽车领域。飞机可以使用电力驱动为了更好的能源管理 ， 例如 ， 在滑行期间 ， 或在与飞机的其他发动机一起提供帮助在起飞和上升期间。那么主要的工程挑战将是挤压电池存储和电子效率之外的最佳电子效率 ， 以及使它们重量更轻 ， 以扩大电动范围飞机。进步可能来自新的电池化学更轻 ， 更强大 ， 像锂硫。还有很多从更好的热管理中获得改进 ，这也有助于延长电池寿命。空中客车公司声称混合动力电力推进可以减少燃料每 fl 光消耗 5% 。当与其他缺乏峰值的电源相结合煤油的功率输出。可持续航空 ： 净零之旅凯捷工程8 数字推动者 ： 更快地到达那里The challenges above will clearly take energy and research. Given航空航天的安全关键性质 ， 他们也将需要大量的在允许乘客靠近他们之前进行测试。一些这只是必须做的 ， 但一些元素可以加快通过新的数字工程方法。基于模型的系统工程 (MBSE) 的应用建模以支持系统需求、设计、分析、veri fi 阳离子和验证 (V & V) 活动 '- 允许设计人员采取整体观点 ； 从整体上分析飞机系统在它的整个生命周期中 ， 并确定相互作用在其组件之间。数字方法可以帮助加速项目 ， 加快验证和验证 fi 阳离子 (V & V)certi fi 阳离子过程 ， 例如 ， 通过允许更多的测试和评估工作要以数字方式完成。数字设计工具可以帮助范围设计和架构 ，工程 ， 以及电气、机械系统和物理域 ， 以及它们应该如何加入。建模 - 当由航空航天进入专家设计 - 可以帮助优化和De fi n