【复材资讯】为电动飞机开发多功能复合材料学术资讯

来源：中国复合材料学会

欧洲航空航天研发计划“洁净天空”于4月2日公布了“未来民用飞机的结构动力复合材料”项目的最新动态，该项目旨在评估复合材料层压板中电子系统的集成度。

该项目探索了在飞机复合材料中集成电能存储功能以形成飞机结构组件的潜力。此项目为“洁净天空”计划的多功能机身演示验证项目做出了贡献，它的重点是验证将机身、客舱、货舱和系统集成化的高潜力组件，力争广泛使用热塑性复合材料，并研究如何预装或使用这种多功能系统和材料。

相关负责人表示，此项目也是未来电动和混合动力推进飞机的重要使能技术。在储能方面，存在巨大挑战。使能量存储部件重量最小化的传统方式是尽可能的增加电池的能量密度，但这种方法不可避免的带来安全隐患。项目中采用的方法则是开发可以将储能功能与结构集成，同时减少重量和体积的多功能材料。

为完成这一项目，大致需要完成三项相互关联的研究工作。

第一项工作，正在研究和探索与结构超级电容器及其在航空航天平台中的应用相关的关键问题。这意味着创造一款结构超级电容器，需要面对功率和能量密度提高、封装和层压材料混杂以及多功能设计方法等相关问题。

第二项主要工作是研究与结构电池相关的技术问题。在这项工作中，候选的材料将根据未来飞机的工作环境或运行条件被评估。

最后一项研究内容是由一系列与利用离子嵌入碳纤维产生结构能量相关的技术研究，为能量收集提供解决方案。这项工作的重点是提高效率和功率输出，其最终目标是使得该技术达到3级技术成熟度(TRL 3)。

关于项目的进展情况，相关人员表示，就技术成熟度而言，结构超级电容器要比其他两项技术更加成熟。成熟度最低的技术是能量收集，可能最终只会完成实验室规模的演示验证。针对结构电池技术的研究，目前研究人员正在全力探索和研发全尺寸的演示验证件。

对于设计一种结构超级电容器，团队计划制造飞机门框梁，该结构是带有嵌入式结构超级电容器的结构部件。不过，这种做法又引出了另一个问题：如果飞机结构实际上也是一种电池，这是否意味着机身结构由于具备了储能功能而导致使用寿命有限？

项目主管表示，理论上与电池具有使用的寿命相同，这的确一个潜在的问题。不过，正在研发中的新技术，覆盖了各种不同的能源，不仅仅只是电池。

教授补充表示，完成这个项目并不是仅仅研发嵌入式电池，而是创造一种本质上可以起到双重作用的材料。该项目基于过去很多在相关研究工作中积累的全球领先的技术和能力，并总结了较早研究计划中资助的成功先驱项目所带来的经验教训。这一系列计划将助力未来的航空运输实现完全电气化，这也是空客等制造商和航空组织的长期愿景。

尽管项目是“朝着使电动航空成为现实”迈出的重要一步，但负责人则表示，距离最终目标仍然由很长的路要走。如果直接将传统电池应用于100座级别的飞机中，则电池的性能需要比现有的高出至少10倍，这不仅意味着需要采用独特的、但尚未成熟的化学成分制造电池。同时也意味着飞机将携带高度集中的能量源——其能量密度相当于火炸药——因此这种方法存在安全隐患，需要进行大量的研究和测试。

教授表示，正在研究的替代方案将传统电池方案中的能量集中度大大降低，将避免安全问题，同时能够整体降低飞机结构重量，减小对环境的影响。

文章来源：复材模压网

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来源：CSCM_OFFICE 中国复合材料学会

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