第六代航空发动机横空出世（新能源航空发动机）

陈光/文

无需空中加油使飞机在空中长时间飞行是航空工程师的一大梦想。为此，有两种途径可供选择：一是利用高能燃料替代传统的航空煤油；二是利用电能、核能、太阳能等新能源。这些新型能源具有环保无污染、储量充足等优点。

以该类能源为动力的飞行器可以实现不着陆的长期不间断巡航飞行，人员与物资的转运、补充则通过短距转运飞行器实施，从而可形成重要城市及洲际的环球定期航班，并可作为高空无限航时的侦察、通信中继、环境监测、气象观察等军民用飞行器的动力装置，可部分代替卫星的功能。

一旦在一些关键技术和原理上取得突破，新型能源动力发动机很有可能将在二十一世纪的航空动力技术上占据重要的一席之地。

目前美国正在研制的太阳能无人机“太阳神”号（图10-13）以二次高能电池和太阳辐射能为动力，在机翼和安定面上装有16128片硅太阳能电池，共有１４个推进器，在理想的阳光照射下输出功率达到40千瓦。2001年7、8月进行了试验飞行，最大飞行高度29公里，留空时间18个小时。

燃料电池电动发动机。燃料电池是将燃料的化学能直接转变为电能，通过电动机驱动螺旋桨或旋翼。燃料电池由燃料、氧化剂、电极、电解液四部分以及控制等系统组成。

燃料有烃类、天然气、氢、甲醇等。燃料电池的工作原理与一般的电池是类似的，都是通过电极上的“氧化-还原反应”使化学能转变为电能。

它们的区别在于：一般的电池的反应物质是预先放在电池里的，这些反应物消耗完之后，电池就不能继续供电。而燃料电池的反应物质是放在电池之外的，当燃料和氧化剂连续输入电池中时，燃料电池就可源源不断地发出电来。

由于电动飞机不依赖石油燃料，没有一氧化碳和二氧化碳的排放，红外辐射极小，无污染、无噪声，有利于隐身。因此，电动飞机对于军民用飞机都有很大的诱惑力。

2002年8月21日，美国NASA展出了一架150公斤重的由燃料电池驱动的电动飞机样机。2002年11月，采用燃料电池和普通蓄电池的飞机开始试飞，2003年12月，完全由燃料电池为驱动的电动飞机有可能首飞蓝天。

微波动力。 微波是一种波长从1毫米至1米、频率从300兆赫至300000兆赫的电磁波。微波能够有效地传输能量。

微波动力飞机的原理是：地面上的微波站将能量很高的微波发射给空中的飞机，飞机将其天线所接收的微波再转换成电能，驱动电机带动螺旋桨；也可以用微波能量直接加热喷气发动机的压缩空气。

1987年9月，第一架高空无人驾驶微波飞机在加拿大渥太华郊外的机场成功地飞行了20分钟。

以后，美国设计的“阿波罗”号轻型飞机是一种用微波作动力的有人驾驶喷气飞机，可以爬高到12000米。而且还备有自带燃料，以便在大气层外飞行。

日本在研制微波飞机方面也取得了许多成果，已经研制了性能更先进的微波供能飞机。他们采用最新的半导体技术和相控阵天线自动定向技术，能够使微波传送得更远、定向精度更高，特别适合卫星上的微波传送。

人类还在设想用微波能量发射航天飞机，这样所需的经费仅为用火箭发射经费的二十分之一。

尽管微波飞机可大大节省传统燃料，减少燃气的污染。但是，它却带来了另外一种污染，即对人体和环境都十分有害的电磁波污染。此外，这种飞机的造价（主要是地面微波发射设备）较贵，而且飞机的载重也有待提高。

原子能发动机。原子能发动机是利用核燃料核聚变所发出的巨大热量对工质进行加热，以获得大量高温燃气高速排出产生反作用推力的发动机。因核能矿物中凝聚了极大的能量，可以长期使用而耗量极少。

缺点是在核裂变过程中会辐射出大量对人体、设备都有严重危害的射线。为保护乘员健康，必须在反应堆外安装笨重的铅、钢和混凝土等防护层，致使飞机的结构重量过大而难以满足航空的要求。所以，虽然经过60多年的研究，但至今尚没有投入使用。