由于ERA項目一向被視為NASA航空研究從基礎性向應用性轉變的突破口，代表著(zhù)美國對2025年左右服役的下一代民機相關(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產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生重要影響。

　　ERA項目研究概況

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

　　美國為了維持其在世界民用飛機乃至整個(gè)航空科技領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，NASA對于未來(lái)民機的環(huán)保性能同樣高度重視并提出了相應的具體指標。根據NASA在2005年對后20?30年內民機發(fā)展所作的規劃，美國未來(lái)民機發(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）和遠期（2030?2035年）。

　　其中，N+1代民機的油耗與現在相比將降低33%、噪聲比國際民航組織（ICAO）第4階段限制標準降低32分貝、氮氧化物排放比國際民航組織航空環(huán)境保護委員會(huì )第2級標準（CAEP2）減少70%；N+2代民機的這三項指標分別為40%、42分貝、80%；N+3代民機則分別為70%、62分貝和80%以上。為此，NASA陸續開(kāi)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）研究項目，該項目在2009年正式升級為技術(shù)成熟度水平更高的ERA項目。

　　與許多早期的研究項目將目標集中于單獨降低燃油消耗、排放或者噪聲不同，ERA項目瞄準2025年左右服役的下一代民機，旨在開(kāi)發(fā)那些能夠同時(shí)實(shí)現節油、減排和降噪的技術(shù)，這無(wú)疑會(huì )給設計工作帶來(lái)很多挑戰，因為這些指標相互之間可能會(huì )有影響。

　　ERA項目在2009年剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，就為節油、減排和降噪設定了明確的目標：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標準），以及降低累積噪聲裕度42分貝（相比ICAO第4階段標準）。

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

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

　　除了先進(jìn)的構型布局之外，ERA項目還通過(guò)8個(gè)綜合演示子項目對氣動(dòng)、結構、系統和推進(jìn)等技術(shù)進(jìn)行驗證測試，并利用研究結果建立起相關(guān)的系統級評估模型。

　　這8個(gè)綜合演示驗證子項目包括：

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

　　當ERA項目于2015年底結束時(shí)，其在降噪、節油和減排三個(gè)方面達到了如下目標：

　　對于降噪目標來(lái)說(shuō)，上述每個(gè)座級的飛機方案（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，而采用GTF發(fā)動(dòng)機的160座級翼上安裝發(fā)動(dòng)機（OWN）布局方案的降噪幅度最大，達到41.1%。

　　對于節油目標來(lái)說(shuō)，ERA項目盡管沒(méi)能完全實(shí)現降低50%油耗的目標，但與此目標已經(jīng)非常接近。例如，安裝GTF發(fā)動(dòng)機的400座級混合翼身布局（HWB）方案的油耗降低了49.4%。

　　對于減排目標來(lái)說(shuō)，ERA項目所評估的全部13個(gè)飛機研究模型中，12個(gè)均實(shí)現了降低75%氮氧化物排放的既定目標，這主要得益于發(fā)動(dòng)機采用了ERA項目中的先進(jìn)燃燒室技術(shù)成果。

　　ERA項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蘭利研究中心負責ERA項目系統評估的官員克雷格·尼克爾在2016年1月的AIAA年會(huì )上公開(kāi)表示，通過(guò)ERA項目對相關(guān)概念和技術(shù)的一系列驗證測試，充分證明2025年左右民機實(shí)現預期的節油、減排和降噪目標是完全可行的。NASA航空研究部副部長(cháng)申金元則向外界透露，根據計算機模擬仿真結果，如果目前運營(yíng)中的美國各航空公司機隊采用ERA項目所開(kāi)發(fā)的上述技術(shù)，這些公司2025?2050年間的運營(yíng)成本將會(huì )節省2550億美元。

　　對我國民機產(chǎn)業(yè)的啟示

　　對于我國民機產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)ARJ21新支線(xiàn)飛機、C919窄體干線(xiàn)飛機項目的逐步推進(jìn)，更高效、更節能、更環(huán)保的全新一代民機的開(kāi)發(fā)工作必將在不久后提上議事日程，與其相關(guān)的新型民機概念方案探討論證以及部分關(guān)鍵技術(shù)預研也有必要及早開(kāi)展。根據發(fā)達國家在未來(lái)民機領(lǐng)域研究的最新動(dòng)向以及美國ERA、歐洲“凈潔天空”等項目的經(jīng)驗，今后國內民機產(chǎn)業(yè)技術(shù)預研方面應尤其注意以下三點(diǎn)：

　　首先，“綠色環(huán)�！笔俏磥�(lái)民機產(chǎn)業(yè)不斷追求的目標。隨著(zhù)世界航空客貨運周轉量持續、快速增長(cháng)，由其所引起的環(huán)境污染問(wèn)題使航空界面臨的環(huán)保壓力日益加大。近年來(lái)，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)在內的相關(guān)各方對民機環(huán)保性能的關(guān)注度不斷提高，在許多場(chǎng)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(kāi)始遵循其擁有的碳配額，由此導致航空公司的成本每年增加35億美元（并且還會(huì )逐年遞增），各航空公司迫切需要效率更高、排放更少的新機型。

　　有鑒于此，“綠色環(huán)�！痹诮窈笙喈旈L(cháng)時(shí)間內將是世界民機技術(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(huì )成為未來(lái)民機最顯著(zhù)的特征，未來(lái)民機產(chǎn)品設計也將把提升環(huán)境效益作為主要目標。

　　考慮到歐美國家通過(guò)多年的探索和ERA、“凈潔天空”等項目的實(shí)施，在綠色航空技術(shù)領(lǐng)域的前瞻性預研積累較多，無(wú)疑會(huì )極大地增強其在未來(lái)民機市場(chǎng)上的競爭優(yōu)勢，國產(chǎn)民機作為市場(chǎng)的新進(jìn)入者，將會(huì )面臨非常嚴峻的環(huán)保挑戰，國內相關(guān)部門(mén)有必要及早考慮應對措施。

　　其次，新構型飛機對未來(lái)民機“綠色環(huán)�！蹦繕说膶�(shí)現至關(guān)重要。在ERA項目實(shí)施過(guò)程中，研究人員通過(guò)一系列測試評估發(fā)現，大量新技術(shù)的綜合與集成將可以顯著(zhù)降低未來(lái)民機產(chǎn)品的油耗和噪聲。但是，對于傳統的圓筒機身加機翼布局的飛機來(lái)說(shuō)，這種提升是有限的，特別是在噪聲指標方面離預期目標還有不小的差距。

　　相反，先進(jìn)翼身融合體布局等新構型飛機在燃油消耗和噪聲兩項指標上都具有達到甚至超越ERA項目所提指標的潛力。這表明傳統布局的民機在經(jīng)過(guò)多年發(fā)展后，進(jìn)一步提升性能的空間已經(jīng)相當有限。以翼身融合體布局飛機、高巡航效率短距起降飛機、多電/全電飛機、電動(dòng)飛機、桁架支撐機翼飛機和渦輪電力分布式推進(jìn)系統飛機等為代表的采用全新布局和全新推進(jìn)系統的飛機則很可能會(huì )成為未來(lái)民機的主要發(fā)展方向。這些研究方向值得國內民機工業(yè)部門(mén)高度重視，各種新構型、新布局、新能源民機概念方案的探討論證應盡早提上議事日程，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(kāi)展。

　　最后，我國需要盡早制訂并實(shí)施與ERA類(lèi)似的民機前沿技術(shù)研究計劃。近年來(lái)，除了前述的ERA、“潔凈天空”等旨在實(shí)現未來(lái)民機產(chǎn)品綠色環(huán)保要求的前沿技術(shù)研究計劃外，一些航空發(fā)達國家還先后實(shí)施了諸多與未來(lái)民機發(fā)展相關(guān)的基礎研究計劃。相比之下，我國在民機前沿技術(shù)方面尚未形成系統的研究體系，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前沿技術(shù)研究的支持，圍繞“綠色環(huán)�！边@一世界民機未來(lái)發(fā)展的主要方向，并結合國家的民用飛機產(chǎn)品發(fā)展戰略，瞄準今后20?30年國產(chǎn)民機發(fā)展目標，盡快制訂出與歐美國家類(lèi)似的未來(lái)民機技術(shù)重大基礎研究計劃，以便系統地、有針對性地開(kāi)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)費投入，以中國商飛、科研院所、高等院校為主體，積極開(kāi)展部分關(guān)鍵領(lǐng)域的預先研究和技術(shù)攻關(guān)，解決一批制約未來(lái)綠色環(huán)保民機發(fā)展的瓶頸或關(guān)鍵問(wèn)題，為未來(lái)實(shí)現國產(chǎn)民機技術(shù)跨越式發(fā)展提供有力支撐。（文/陳黎）