航空运输排放的二氧化碳量约占全球二氧化碳总排放量的3%，但鲜为人知的是，飞机高空巡航时释放的二氧化碳、微尘、氮氧化物和其他污染物，对气候的影响要比地面上高五倍。
飞机制造商长期以来一直在努力使飞行更加环保。技术不断改进的喷气发动机、改善空气动力学的特殊涂层；对创新燃料如SAF（可持续航空燃料）或低碳航空燃料的投资，大大降低了能源消耗和污染物排放。但这些尚不足以抵消航空旅行的影响，据国际航空运输协会（IATA）消息，民航业在经历疫情期间的下降之后，正在全球范围内迅速恢复。因此，要达到预期设定的严苛排放目标，包括到2050年航空公司实现净零碳的Fly Net Zero承诺或欧盟的Flightpath 50计划（到2050年二氧化碳排放量比2000年减少75%），很可能只有通过对混合动力或全电动推进系统的大规模研究和投资才能实现。
为促使下一代飞机可持续发展，飞机的很多元素必须改变：包括推进系统、结构和飞行策略等。HBK可帮助工程师更加自信地测试和验证他们的设计，以确保适航性，从而实现这些创新。
电池功率——限制性因素？
长期以来，电力推进系统一直被认为不适合航空运输。然而，创新型初创企业成功地在小范围内证明了其可行性，从而给大型飞机制造商及其推进系统供应商带来了压力，使他们再三思考后开始投资研发。例如，西门子推出了一个50公斤的电机，输出功率为260千瓦，可以直接驱动两吨以下的小型飞机。
与燃气涡轮喷气机相比，电动发动机的优势显而易见：
不过，能源供应和储存至关重要。存储同样的能量，采用市面上的锂离子电池要比燃油重60倍，能量密度也明显较低（250-270Wh/kg vs 12,000Wh/kg）。此外，温度管理也是一大挑战。尽管电池效率正以每年约5-8%的速度提高，已经适合中短途飞行，但专家们表示，开发用于纯电动长途飞行的新电池技术将需要几十年时间和庞大的预算。
纯电动还是混合动力？续航里程是决定性的因素
在过去十年中，许多纯电动或混合动力项目已经启动，其中大部分仍在开发中。与他们的目标日期相比，大多数项目都被延迟，一些被取消了，但也有一些已经获得认证并投入生产。
例如，纯电力驱动的VTOLs（垂直起降）或多螺旋桨飞机，可用作空中运输出租车，这将开辟一个全新的细分市场，其载客数不多，限乘5人，但MTOW为2000公斤，最大航程为300公里。自主版本目前已经问世。
另一个纯电力驱动实验飞机的例子是NASA的X-57 Maxwell, 它由锂离子电池提供动力，由12个高升力电动马达提供升力；在巡航模式下由2个大型翼尖电机推动飞机。地面测试预计于2022年5月完成，该项目正接近首次试飞。
针对大型商用飞机的倡议集中在混合电动推进系统上，该系统能够实现更长的航程，同时节省燃料并减少排放。然而，它们的开发将需要更多的时间，在2030年前不太可能投入使用。虽然它们展示了前景，但不一定会流行起来，比如2017年由空客、劳斯莱斯和西门子发起的E-FanX项目。该计划采用一个2兆瓦的电机取代4个燃气轮机中的一个。其余的喷气发动机为发电机提供动力，以生产电力。该项目于2020年终止。
总之，在可预见的未来，燃气涡轮机仍将是标准的远程推进系统。SAF的使用将有助于在一定程度上减少气候影响。更长距离的飞机将使用混动系统。混动系统的燃料消耗预计将下降约25%。座位数少的纯电动中短程飞机已经或将很快投入使用。尽管大约30年的产品生命周期很可能使电动或混合动力推进系统在2050年之前无法全面使用，但专家预测，到2035年，大约45%的飞机将至少使用混合动力。该技术有可能从根本上改变航空运输。
测试电动飞机推进系统
与传统的飞机推进系统一样，测试与验证在整个设计和原型设计阶段至关重要。然而，测试传统的和分布式电力推进系统之间存在重大的差异。例如，NASA的X-57飞机的电池必须经过验证，以确保它们能安全地为整个飞行过程提供动力，并且温度升高不会导致热失控。工程师们必须测试和验证电力推进的每一个组件以及整个电力系统，以预测任何系统集成挑战。虽然缺乏纯电动或混合动力推进系统的标准化测试，但其他如GVT（地面振动测试）是适航认证的强制性测试，无论是何种推进系统。这就提出了一个挑战。
效率测试
电力推进系统通常由电源（电池）、逆变器、电机（马达）、旋转轴和螺旋桨组成。评估各个组件并了解它们如何相互作用，对于效率优化至关重要。整个系统效率越高，飞行距离就越长。为了评估其效率，需要在启动、稳定状态和故障事件期间运行测试。需要确定的数值有：推力、速度、电功率、扭矩、电池输出、逆变器输出、螺旋桨输出，以及共振、噪音、温度和空气密度/速度。
来源：HBK声学与振动
