由于ERA項(xiàng)目一向被視為NASA航空研究從基礎(chǔ)性向應(yīng)用性轉(zhuǎn)變的突破口，代表著美國對2025年左右服役的下一代民機(jī)相關(guān)技術(shù)研究已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段，其技術(shù)成果對美國乃至全球民機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生重要影響。

　　ERA項(xiàng)目研究概況

　　進(jìn)入21世紀(jì)后，全球航空運(yùn)輸量的迅猛增長使得航空業(yè)碳排放對環(huán)境的影響受到越來越多的重視。如何盡可能提高民機(jī)的環(huán)保性能，正受到外界越來越多的關(guān)注。為了滿足日益嚴(yán)格甚至苛刻的環(huán)保要求，以美國、歐盟為代表的航空強(qiáng)國和各大民機(jī)制造商紛紛開始制定應(yīng)對策略。

　　美國為了維持其在世界民用飛機(jī)乃至整個(gè)航空科技領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，NASA對于未來民機(jī)的環(huán)保性能同樣高度重視并提出了相應(yīng)的具體指標(biāo)。根據(jù)NASA在2005年對后20?30年內(nèi)民機(jī)發(fā)展所作的規(guī)劃，美國未來民機(jī)發(fā)展將按時(shí)間順序分為N+1、N+2和N+3三個(gè)階段（即三代），分別代表近期（2015年）、中期（2020?2025年）和遠(yuǎn)期（2030?2035年）。

　　其中，N+1代民機(jī)的油耗與現(xiàn)在相比將降低33%、噪聲比國際民航組織（ICAO）第4階段限制標(biāo)準(zhǔn)降低32分貝、氮氧化物排放比國際民航組織航空環(huán)境保護(hù)委員會第2級標(biāo)準(zhǔn)（CAEP2）減少70%；N+2代民機(jī)的這三項(xiàng)指標(biāo)分別為40%、42分貝、80%；N+3代民機(jī)則分別為70%、62分貝和80%以上。為此，NASA陸續(xù)開展了一系列與綠色環(huán)保有關(guān)的航空前沿技術(shù)研究，并于2006年發(fā)起了“亞聲速固定翼”（SFW）研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目在2009年正式升級為技術(shù)成熟度水平更高的ERA項(xiàng)目。

　　與許多早期的研究項(xiàng)目將目標(biāo)集中于單獨(dú)降低燃油消耗、排放或者噪聲不同，ERA項(xiàng)目瞄準(zhǔn)2025年左右服役的下一代民機(jī)，旨在開發(fā)那些能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)油、減排和降噪的技術(shù)，這無疑會給設(shè)計(jì)工作帶來很多挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些指標(biāo)相互之間可能會有影響。

　　ERA項(xiàng)目在2009年剛開始啟動(dòng)時(shí)，就為節(jié)油、減排和降噪設(shè)定了明確的目標(biāo)：降低輪擋間油耗50%（相比2005年最好水平），減少70%的巡航階段氮氧化物排放、75%的起降階段氮氧化物排放（相比CAEP6標(biāo)準(zhǔn)），以及降低累積噪聲裕度42分貝（相比ICAO第4階段標(biāo)準(zhǔn)）。

　　在EAR項(xiàng)目實(shí)施過程中，共對5種未來民機(jī)概念方案進(jìn)行了評估。它們分別是采用直接驅(qū)動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的90座噴氣支線飛機(jī)；采用齒輪傳動(dòng)渦扇（GTF）發(fā)動(dòng)機(jī)的160座單通道飛機(jī)；采用GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的216座小型雙通道飛機(jī)；采用直接驅(qū)動(dòng)渦扇或者GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的301座大型雙通道飛機(jī)；采用GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的400座超大型飛機(jī)。

　　為了使研究更加廣泛、深入，上述這些飛機(jī)設(shè)計(jì)方案既可采用傳統(tǒng)的圓筒狀機(jī)身加機(jī)翼布局，也可考慮采用非傳統(tǒng)的翼上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)（OWN）、混合翼身（HWB）以及中機(jī)身吊裝發(fā)動(dòng)機(jī)（MFN）布局。最終，EAR項(xiàng)目共建立了13個(gè)飛機(jī)研究模型，進(jìn)行了相關(guān)的降噪、節(jié)油和減排效果評估。

　　除了先進(jìn)的構(gòu)型布局之外，ERA項(xiàng)目還通過8個(gè)綜合演示子項(xiàng)目對氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和推進(jìn)等技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證測試，并利用研究結(jié)果建立起相關(guān)的系統(tǒng)級評估模型。

　　這8個(gè)綜合演示驗(yàn)證子項(xiàng)目包括：

　　利用波音757環(huán)保驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行的垂尾噴氣掃掠系統(tǒng)飛行試驗(yàn)，該系統(tǒng)可幫助提高方向舵效率，達(dá)到減小垂尾尺寸、降低飛機(jī)重量的目的；利用波音757環(huán)保驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行的一系列機(jī)翼前緣昆蟲吸積減輕技術(shù)飛行試驗(yàn)，該技術(shù)有助于保持機(jī)翼層流流態(tài)；波音公司為混合翼身布局（HWB）飛機(jī)中央機(jī)體開發(fā)的“拉擠棒縫合高效組合結(jié)構(gòu)”試驗(yàn)；自適應(yīng)柔性后緣變形機(jī)翼飛行試驗(yàn)；通用電氣公司的高載荷壓氣機(jī)試驗(yàn)；普惠公司的第二代GTF發(fā)動(dòng)機(jī)和低氮氧化物多燃料燃燒室試驗(yàn)；低噪聲襟翼和起落架降噪整流罩試驗(yàn)；針對翼上安裝超高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)布局（未來HWB和MFN布局可能采用的形式）對氣動(dòng)效率和發(fā)動(dòng)機(jī)使用影響的試驗(yàn)。

　　當(dāng)ERA項(xiàng)目于2015年底結(jié)束時(shí)，其在降噪、節(jié)油和減排三個(gè)方面達(dá)到了如下目標(biāo)：

　　對于降噪目標(biāo)來說，上述每個(gè)座級的飛機(jī)方案（各座級可采用不同布局）中，都至少有一種噪聲水平接近目標(biāo)，而采用GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的160座級翼上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)（OWN）布局方案的降噪幅度最大，達(dá)到41.1%。

　　對于節(jié)油目標(biāo)來說，ERA項(xiàng)目盡管沒能完全實(shí)現(xiàn)降低50%油耗的目標(biāo)，但與此目標(biāo)已經(jīng)非常接近。例如，安裝GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的400座級混合翼身布局（HWB）方案的油耗降低了49.4%。

　　對于減排目標(biāo)來說，ERA項(xiàng)目所評估的全部13個(gè)飛機(jī)研究模型中，12個(gè)均實(shí)現(xiàn)了降低75%氮氧化物排放的既定目標(biāo)，這主要得益于發(fā)動(dòng)機(jī)采用了ERA項(xiàng)目中的先進(jìn)燃燒室技術(shù)成果。

　　ERA項(xiàng)目所取得的上述研究成果獲得了NASA和美國航空工業(yè)界的高度肯定。NASA蘭利研究中心負(fù)責(zé)ERA項(xiàng)目系統(tǒng)評估的官員克雷格·尼克爾在2016年1月的AIAA年會上公開表示，通過ERA項(xiàng)目對相關(guān)概念和技術(shù)的一系列驗(yàn)證測試，充分證明2025年左右民機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的節(jié)油、減排和降噪目標(biāo)是完全可行的。NASA航空研究部副部長申金元?jiǎng)t向外界透露，根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬仿真結(jié)果，如果目前運(yùn)營中的美國各航空公司機(jī)隊(duì)采用ERA項(xiàng)目所開發(fā)的上述技術(shù)，這些公司2025?2050年間的運(yùn)營成本將會節(jié)省2550億美元。

　　對我國民機(jī)產(chǎn)業(yè)的啟示

　　對于我國民機(jī)產(chǎn)業(yè)來說，隨著ARJ21新支線飛機(jī)、C919窄體干線飛機(jī)項(xiàng)目的逐步推進(jìn)，更高效、更節(jié)能、更環(huán)保的全新一代民機(jī)的開發(fā)工作必將在不久后提上議事日程，與其相關(guān)的新型民機(jī)概念方案探討論證以及部分關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研也有必要及早開展。根據(jù)發(fā)達(dá)國家在未來民機(jī)領(lǐng)域研究的最新動(dòng)向以及美國ERA、歐洲“凈潔天空”等項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，今后國內(nèi)民機(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)預(yù)研方面應(yīng)尤其注意以下三點(diǎn)：

　　首先，“綠色環(huán)�！笔俏磥砻駲C(jī)產(chǎn)業(yè)不斷追求的目標(biāo)。隨著世界航空客貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量持續(xù)、快速增長，由其所引起的環(huán)境污染問題使航空界面臨的環(huán)保壓力日益加大。近年來，包括國際環(huán)境組織、世界民航組織、各國政府、航空公司、航空制造企業(yè)在內(nèi)的相關(guān)各方對民機(jī)環(huán)保性能的關(guān)注度不斷提高，在許多場合都將其視為一個(gè)重要議題。例如，歐盟已經(jīng)將航空業(yè)納入了碳排放交易體系，從2012年起，所有進(jìn)出歐盟的航班都開始遵循其擁有的碳配額，由此導(dǎo)致航空公司的成本每年增加35億美元（并且還會逐年遞增），各航空公司迫切需要效率更高、排放更少的新機(jī)型。

　　有鑒于此，“綠色環(huán)�！痹诮窈笙喈�(dāng)長時(shí)間內(nèi)將是世界民機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要方向，更高的燃油效率、更低的噪音以及更少的污染物排放將會成為未來民機(jī)最顯著的特征，未來民機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)也將把提升環(huán)境效益作為主要目標(biāo)。

　　考慮到歐美國家通過多年的探索和ERA、“凈潔天空”等項(xiàng)目的實(shí)施，在綠色航空技術(shù)領(lǐng)域的前瞻性預(yù)研積累較多，無疑會極大地增強(qiáng)其在未來民機(jī)市場上的競爭優(yōu)勢，國產(chǎn)民機(jī)作為市場的新進(jìn)入者，將會面臨非常嚴(yán)峻的環(huán)保挑戰(zhàn)，國內(nèi)相關(guān)部門有必要及早考慮應(yīng)對措施。

　　其次，新構(gòu)型飛機(jī)對未來民機(jī)“綠色環(huán)�！蹦繕�(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。在ERA項(xiàng)目實(shí)施過程中，研究人員通過一系列測試評估發(fā)現(xiàn)，大量新技術(shù)的綜合與集成將可以顯著降低未來民機(jī)產(chǎn)品的油耗和噪聲。但是，對于傳統(tǒng)的圓筒機(jī)身加機(jī)翼布局的飛機(jī)來說，這種提升是有限的，特別是在噪聲指標(biāo)方面離預(yù)期目標(biāo)還有不小的差距。

　　相反，先進(jìn)翼身融合體布局等新構(gòu)型飛機(jī)在燃油消耗和噪聲兩項(xiàng)指標(biāo)上都具有達(dá)到甚至超越ERA項(xiàng)目所提指標(biāo)的潛力。這表明傳統(tǒng)布局的民機(jī)在經(jīng)過多年發(fā)展后，進(jìn)一步提升性能的空間已經(jīng)相當(dāng)有限。以翼身融合體布局飛機(jī)、高巡航效率短距起降飛機(jī)、多電/全電飛機(jī)、電動(dòng)飛機(jī)、桁架支撐機(jī)翼飛機(jī)和渦輪電力分布式推進(jìn)系統(tǒng)飛機(jī)等為代表的采用全新布局和全新推進(jìn)系統(tǒng)的飛機(jī)則很可能會成為未來民機(jī)的主要發(fā)展方向。這些研究方向值得國內(nèi)民機(jī)工業(yè)部門高度重視，各種新構(gòu)型、新布局、新能源民機(jī)概念方案的探討論證應(yīng)盡早提上議事日程，與其相關(guān)的關(guān)鍵領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)也有必要及早開展。

　　最后，我國需要盡早制訂并實(shí)施與ERA類似的民機(jī)前沿技術(shù)研究計(jì)劃。近年來，除了前述的ERA、“潔凈天空”等旨在實(shí)現(xiàn)未來民機(jī)產(chǎn)品綠色環(huán)保要求的前沿技術(shù)研究計(jì)劃外，一些航空發(fā)達(dá)國家還先后實(shí)施了諸多與未來民機(jī)發(fā)展相關(guān)的基礎(chǔ)研究計(jì)劃。相比之下，我國在民機(jī)前沿技術(shù)方面尚未形成系統(tǒng)的研究體系，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)儲備也十分薄弱。

　　因此，很有必要從國家層面加大對民機(jī)前沿技術(shù)研究的支持，圍繞“綠色環(huán)�！边@一世界民機(jī)未來發(fā)展的主要方向，并結(jié)合國家的民用飛機(jī)產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)今后20?30年國產(chǎn)民機(jī)發(fā)展目標(biāo)，盡快制訂出與歐美國家類似的未來民機(jī)技術(shù)重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃，以便系統(tǒng)地、有針對性地開展各種新型高效的綠色航空技術(shù)研究。

　　希望國家加大該領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)投入，以中國商飛、科研院所、高等院校為主體，積極開展部分關(guān)鍵領(lǐng)域的預(yù)先研究和技術(shù)攻關(guān)，解決一批制約未來綠色環(huán)保民機(jī)發(fā)展的瓶頸或關(guān)鍵問題，為未來實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)民機(jī)技術(shù)跨越式發(fā)展提供有力支撐。（文/陳黎）