俄罗斯超导混动飞机即将亮相能否实现抢先突破？，4月2日，俄罗斯副总理尤里·鲍里索夫表示：在2021莫斯科航展上，俄罗斯将展示最新的超导混合动力航空发动机。这一航空发动机已经搭载在以雅克-40为平台改造的验证机上。

　　两个月前，俄罗斯前景研究基金会就曾表示，其委托的SuperOx公司已经研制出了一款500千瓦动力的高温超导航空电动机，并且正在开展超导混合动力航空发动机的研究与测试工作。按照俄罗斯前景基金会的消息，俄罗斯已经首次进行了基于高温超导技术研制且完全由电池供电的电力推进系统试验。

　　超导动力系统被全球航空产业链公认为是能够改变航空制造既有格局、突破现有技术瓶颈的重要技术之一。那么，飞机为什么要使用混合动力？而超导磁体技术对于改善飞机的混动系统究竟有多大意义？

　　近几十年来，全球民用客货运喷气式飞机的设计发展表现出了非常强烈的趋同性：圆筒风格的机身，大展弦比的后掠翼安装在机身底部，机翼下吊挂2-4台发动机——而且越来越倾向于两台发动机。

　　在当前的推进系统原理下，只有这样的设计布局才在兼容传统机场的廊桥等地面设施的同时，赋予飞机最轻的结构重量、最好的气动效率以及最佳的座舱体验。

　　但如果跳出涡轮发动机对飞机设计带来的限制，采用高性能的电机动力系统，现有飞机设计上的很多缺陷都可以被根治，很多已经被认为难以继续提高的性能指标还有非常大的提升空间：

　　比如从热效率上看，涡扇发动机的热效率目前只能达到40%左右，提升空间已经非常小，而且每一次小幅度的性能提升都意味着代价昂贵。如果将涡扇发动机换成电机驱动的螺旋桨或者涵道风扇，飞机推进系统对能量的利用效率就可以得到非常大的提升。

　　另一个例子是，为了节省各方面的成本，当代运输类飞机一直倾向于选择数量最少、推力最大的双发方案。

　　但其中也隐含了相当的安全风险（如鸟击引发双发同时失效），也限制了飞机的性能设计——飞机设计师不敢、也不能充分利用发动机的吸气和喷流过程，对机翼进行减阻增升。

　　和涡轮发动机不同，电机效率高低与自身尺寸的相关性很弱，而且和飞机机体间不需要复杂的油液、气路、机械传动连接。因此电动力飞机，完全可以用多个小尺寸的涵道风扇来满足总的推进功率。

　　同时，由于电机的可靠性远高于涡轮发动机，而且多电机布局下，即便一至两个电机失效，对飞机整体动力带来的影响也有限……在分布式布局下，飞机设计师甚至可以把整个机翼都做成夹层结构，在机翼中间通铺一层小直径的电机驱动涵道风扇，把机翼气动效率提升到前所未有的地步，并有效降低全机噪声。

　　空客Efan2.0双座纯电动飞机，2015年首飞。但其性能在满电状态下只能续航1个小时。

　　但目前，类似电动力汽车发展历程，目前制约飞机推进系统电动化的最大瓶颈同样在于电池的储能密度过低：目前能量密度最高的锂电池也只能达到200W.h/kg，而航空煤油的燃烧值则高于42.5MJ/kg，在储能上比电池强好几十倍。

　　因此，现有的电池对飞机来说还是太大、太重……而随着飞机吨位与航程的不断提升，重量不断增加的电池组会迅速抵消掉飞机完全电动化带来的性能提升收益……

　　因此，在可见的未来，如果电池储能密度无法实现大的提升，在中大型飞机制造领域传统燃油动力系统依然具备压倒性的优势。

　　正是由于在充电和储能密度方面，现有电池尚未实现革命性的突破，因此诸多航空制造商将目光投向了“烧油发电电机推进”的混合动力方案，这是目前中大型飞机能够兼得“燃油储能+电推进”的最现实、性能也最优的技术方向，也正是俄罗斯不断推进超导混合动力系统的原因所在。

　　俄罗斯正在推进的超导混合动力系统飞机，亮点在于其混动系统使用了超导磁体。但其实对混动系统来说，超导磁体并不是其电机（包括发电机和电动机）不可或缺的要素，只是一个可能的性能加分项，并且这个加分的代价很可能高到得不偿失。

　　由于电机的效率很高，因此超导技术对其效率的提高并不明显。相比之下，超导电机主要的优势是在相同的扭矩、功率等指标下，让电机的体积缩减到原来的30~50%，并且重量更轻。

　　但是，要持续维持超导材料处于超导状态，条件非常苛刻。即使是所谓的高温超导材料，至少也需要在液氮的冷却下才能保持超导特性。

　　因此，超导电机的工作状态必须依赖一套非常精密复杂的冷却系统才能维持。而现有的超导电机更常使用液态的氦气或者氖气作为冷却介质——它们比液氮更冷，但稀有而昂贵。

　　GE研发的的36.5兆瓦超导电机。作为船舶动力系统，美国海军在2008年应用此系统进行了满负荷测试。

　　因此，超导电机的体积重量优势，需要对电机功率和尺寸的需求足够大的背景下，才能展现出一定的实用价值——而这个“足够大”的需求背景，最大起飞重量只有十几吨的雅克-40平台肯定是不够的，就算是100到200吨级的飞机，平台也依然不够大。

　　同时，由于超导材料高度依赖冷却系统，这也极大的削弱了电机固有的高可靠性优势。但飞机的动力系统，恰恰是所有交通载具中对可靠性要求最高的。

　　处于这样的原因，美欧此前所研发的超导电机动力系统，其主要的规划和验证性使用都集中在工业级用途，尤其是船舶动力方面。对于飞机来说，擅自启用超导电机动力系统，将对航空安全提出极大的挑战。

　　此外，除了以上技术方面的问题，超导材料、超导电机冷却系统等产品价格奇高，也客观上阻碍了超导混动系统的大规模市场化应用。

　　全球范围内来看，目前超导磁体在市场上最大的应用主题是核磁共振成像设备。由于核磁共振成像设备需要强力、且磁场分布非常均匀的先进磁体，因此，全球超过80%的核磁共振成像设备采用了超导磁体，是超导磁体目前最重要、产量最大的实际用途。

　　基于这样的现实，判断某个国家或者地区对超导磁体的应用水平高低，可以凭借一个直观的判断标准：看这个国家或地区的企业，是否具备设计、制造高性能核磁共振成像设备的能力，并且在保证可靠性的同时，把成本控制到一个较低的水平。

　　从这个角度来衡量，德国西门子、美国GE公司具有相当的优势：他们既是全球最主要的先进核磁共振设备制造商，也是先进超导电机的研制商。其超导电机的大量关键技术，都在核磁共振设备的超导磁体研发中经历了长期积累和实际使用验证。而俄罗斯在这一方面的研发实力则依然尚待提升。

　　但航空技术的发展，并不是一个“水到渠成”的过程，而需要魄力与投入，以战略考量与发展速度来击败可能的竞争对手。从这个角度来说，俄罗斯发展超导混动飞机，是有意识的寻找一个技术空白领域，集中技术与投资优势，期望达成“世界首个”的突破，同时提升相关领域的科技水平。与之相较，这样的动力系统必然在实用性和经济性上作出了巨大的让步和舍弃。