由于ERA項目一向被視為NASA航空研究從基礎性向應用性轉(zhuǎn)變的突破口，代表著美國對2025年左右服役的下一代民機相關(guān)技術(shù)研究已進入實質(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

　　進入21世紀后，全球航空運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航空科技領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，NASA對于未來民機的環(huán)保性能同樣高度重視并提出了相應的具體指標。根據(jù)NASA在2005年對后20?30年內(nèi)民機發(fā)展所作的規(guī)劃，美國未來民機發(fā)展將按時間順序分為N+1、N+2和N+3三個階段（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(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(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，旨在開發(fā)那些能夠同時實現(xiàn)節(jié)油、減排和降噪的技術(shù)，這無疑會給設計工作帶來很多挑戰(zhàn)，因為這些指標相互之間可能會有影響。

　　ERA項目在2009年剛開始啟動時，就為節(jié)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項目實施過程中，共對5種未來民機概念方案進行了評估。它們分別是采用直接驅(qū)動渦扇發(fā)動機的90座噴氣支線飛機；采用齒輪傳動渦扇（GTF）發(fā)動機的160座單通道飛機；采用GTF發(fā)動機的216座小型雙通道飛機；采用直接驅(qū)動渦扇或者GTF發(fā)動機的301座大型雙通道飛機；采用GTF發(fā)動機的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(tǒng)的圓筒狀機身加機翼布局，也可考慮采用非傳統(tǒng)的翼上安裝發(fā)動機（OWN）、混合翼身（HWB）以及中機身吊裝發(fā)動機（MFN）布局。最終，EAR項目共建立了13個飛機研究模型，進行了相關(guān)的降噪、節(jié)油和減排效果評估。

　　除了先進的構(gòu)型布局之外，ERA項目還通過8個綜合演示子項目對氣動、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和推進等技術(shù)進行驗證測試，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個綜合演示驗證子項目包括：

　　利用波音757環(huán)保驗證機進行的垂尾噴氣掃掠系統(tǒng)飛行試驗，該系統(tǒng)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)保驗證機進行的一系列機翼前緣昆蟲吸積減輕技術(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）飛機中央機體開發(fā)的“拉擠棒縫合高效組合結(jié)構(gòu)”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)動機布局（未來HWB和MFN布局可能采用的形式）對氣動效率和發(fā)動機使用影響的試驗。

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

　　對于降噪目標來說，上述每個座級的飛機方案（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)動機的160座級翼上安裝發(fā)動機（OWN）布局方案的降噪幅度最大，達到41.1%。

　　對于節(jié)油目標來說，ERA項目盡管沒能完全實現(xiàn)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%。

　　對于減排目標來說，ERA項目所評估的全部13個飛機研究模型中，12個均實現(xiàn)了降低75%氮氧化物排放的既定目標，這主要得益于發(fā)動機采用了ERA項目中的先進燃燒室技術(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(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年左右民機實現(xiàn)預期的節(jié)油、減排和降噪目標是完全可行的。NASA航空研究部副部長申金元則向外界透露，根據(jù)計算機模擬仿真結(jié)果，如果目前運營中的美國各航空公司機隊采用ERA項目所開發(fā)的上述技術(shù)，這些公司2025?2050年間的運營成本將會節(jié)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)來說，隨著ARJ21新支線飛機、C919窄體干線飛機項目的逐步推進，更高效、更節(jié)能、更環(huán)保的全新一代民機的開發(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展。根據(jù)發(fā)達國家在未來民機領(lǐng)域研究的最新動向以及美國ERA、歐洲“凈潔天空”等項目的經(jīng)驗，今后國內(nèi)民機產(chǎn)業(yè)技術(shù)預研方面應尤其注意以下三點：

　　首先，“綠色環(huán)�！笔俏磥砻駲C產(chǎn)業(yè)不斷追求的目標。隨著世界航空客貨運周轉(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，所有進出歐盟的航班都開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時間內(nèi)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成為未來民機最顯著的特征，未來民機產(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多年的探索和ERA、“凈潔天空”等項目的實施，在綠色航空技術(shù)領(lǐng)域的前瞻性預研積累較多，無疑會極大地增強其在未來民機市場上的競爭優(yōu)勢，國產(chǎn)民機作為市場的新進入者，將會面臨非常嚴峻的環(huán)保挑戰(zhàn)，國內(nèi)相關(guān)部門有必要及早考慮應對措施。

　　其次，新構(gòu)型飛機對未來民機“綠色環(huán)�！蹦繕说膶崿F(xiàn)至關(guān)重要。在ERA項目實施過程中，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產(chǎn)品的油耗和噪聲。但是，對于傳統(tǒng)的圓筒機身加機翼布局的飛機來說，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，先進翼身融合體布局等新構(gòu)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(tǒng)布局的民機在經(jīng)過多年發(fā)展后，進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、電動飛機、桁架支撐機翼飛機和渦輪電力分布式推進系統(tǒng)飛機等為代表的采用全新布局和全新推進系統(tǒng)的飛機則很可能會成為未來民機的主要發(fā)展方向。這些研究方向值得國內(nèi)民機工業(yè)部門高度重視，各種新構(gòu)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)也有必要及早開展。

　　最后，我國需要盡早制訂并實施與ERA類似的民機前沿技術(shù)研究計劃。近年來，除了前述的ERA、“潔凈天空”等旨在實現(xiàn)未來民機產(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)達國家還先后實施了諸多與未來民機發(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(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前沿技術(shù)研究的支持，圍繞“綠色環(huán)�！边@一世界民機未來發(fā)展的主要方向，并結(jié)合國家的民用飛機產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)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似的未來民機技術(shù)重大基礎研究計劃，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)保民機發(fā)展的瓶頸或關(guān)鍵問題，為未來實現(xiàn)國產(chǎn)民機技術(shù)跨越式發(fā)展提供有力支撐。（文/陳黎）