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在航空業(yè)，大部分混合動力設(shè)計(jì)基于串行體系結(jié)構(gòu)，首先是燃油引擎（內(nèi)燃機(jī)或是渦輪機(jī)）驅(qū)動發(fā)電機(jī)，然后發(fā)電機(jī)為電動機(jī)提供動力，在轉(zhuǎn)動推進(jìn)器的同時為電池充電。在這個方案中，電池提供起飛所需的爆發(fā)動力，這樣就可以讓技術(shù)人員將燃料引擎調(diào)整到理想的運(yùn)行速度。懸掛在機(jī)翼上的大型噴氣發(fā)動機(jī)只用來保障飛機(jī)起飛，在其他時間基本都處于閑置狀態(tài)，而且還增加了飛機(jī)的重量。

當(dāng)然，混合動力還有其他優(yōu)點(diǎn)。通過電纜分布動力，混合動力設(shè)計(jì)可以把推進(jìn)器放在任何想放的位置，而不必將所有組件都布置在巨大的引擎附近。有些混合動力設(shè)計(jì)設(shè)想將推進(jìn)器放在機(jī)身尾部，甚至放在垂直穩(wěn)定翼的頂部。

目前，有兩大聯(lián)盟正致力于研究混合動力。在歐洲，除了“城市空中巴士”項(xiàng)目之外，空客公司還和西門子、勞斯萊斯組成了聯(lián)盟。在美國，波音和捷藍(lán)航空參加了由位于華盛頓柯克蘭的初創(chuàng)公司Zunum Aero管理的一項(xiàng)競爭項(xiàng)目。兩大聯(lián)盟都聲稱將于本世紀(jì)20年代初期實(shí)現(xiàn)空中混合動力。

空客集團(tuán)計(jì)劃從改造現(xiàn)有飛機(jī)入手，他們選擇的是英國宇航公司型號為146的一架100座飛機(jī)，在其4個翼吊短艙中，有一個放置的不是引擎，而是一個2兆瓦的電動機(jī)。機(jī)身中有一臺小型燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動發(fā)電機(jī)（可以減小空氣阻力），為電動機(jī)提供動力。如果電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障，3個傳統(tǒng)動力推進(jìn)器能保證飛機(jī)安全飛行。據(jù)報(bào)道，空客公司準(zhǔn)備在明年的巴黎國際航空展上展示這款混合動力飛機(jī)。

美方聯(lián)盟則對其計(jì)劃守口如瓶。2017年8月，通用航空發(fā)布了一份白皮書，概括了其在混合動力電動發(fā)電機(jī)方面進(jìn)行的實(shí)質(zhì)性工作。在一次地面試驗(yàn)中，通用航空公司用一臺額定功率為1兆瓦的電動機(jī)驅(qū)動了直徑3.3米的螺旋槳。另一次試驗(yàn)中，它使用通用F110型噴氣發(fā)動機(jī)中的壓縮機(jī)驅(qū)動1兆瓦的發(fā)電機(jī)，引擎同時持續(xù)產(chǎn)生推力。

雖然關(guān)于兩大聯(lián)盟更詳細(xì)的消息很少，但它們還是在采訪中很清楚地說明，它們正致力于4大類技術(shù)的改進(jìn)：電池容量、電動機(jī)和發(fā)電機(jī)重量、電力電子的效率以及機(jī)身材料和設(shè)計(jì)。比如在歐洲聯(lián)盟中，西門子致力于改進(jìn)發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電子設(shè)備。此外，西門子已對部分小型飛機(jī)進(jìn)行全電動設(shè)計(jì)改造，確信將部件組裝到飛機(jī)內(nèi)，即可對它們進(jìn)行整體優(yōu)化。

“通過研究從飛行員到螺旋槳等所有環(huán)節(jié)，我們正在積累整體電推進(jìn)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。”西門子電動飛機(jī)部主管弗蘭克?安東（Frank Anton）說道，“要了解這些，唯一的方法是實(shí)際操作。”

相較而言，電動機(jī)體積小、重量輕，有很多可選部件。你可以在機(jī)翼上安裝一系列小型推進(jìn)器，縮短起飛距離。NASA甚至在研究沿著機(jī)翼邊緣安裝一堆螺旋槳的設(shè)計(jì)，這樣就可以按需引導(dǎo)操縱面的氣流，提高升阻比。結(jié)果就是機(jī)翼變得更短、更窄。

安東說：“若將電力從推進(jìn)力中分離出來，瞬間你就會擁有各種矢量推力的應(yīng)用�！�

降低電動系統(tǒng)重量的關(guān)鍵挑戰(zhàn)有以下兩個：首先，必須提升電池的能量密度，這是一個漸進(jìn)過程，直到鋰離子電池完全被某種全新的技術(shù)所替代，如金屬空氣電池；第二，電動機(jī)以及電動發(fā)電機(jī)的功率密度也要提升。當(dāng)然，這是西門子的專長。

西門子在全特技飛機(jī)的前端安裝了公司自己生產(chǎn)的SP260D航空電動機(jī)，其重50千克、功率為260千瓦，功率重量比高達(dá)5.2千瓦/千克。（半特技飛機(jī)的功率重量比與其大致相同，但體積僅為其一半多。）2016年，艾克斯特330LE于德國丁斯拉肯場地首次公開飛行；2017年創(chuàng)下電動飛機(jī)時速340公里/小時的紀(jì)錄。西門子的工程師們正在努力研究如何進(jìn)一步提升電動機(jī)的功率密度。

在布達(dá)佩斯研究中心，巴拉茲把我?guī)У揭婚g實(shí)驗(yàn)室的工作臺前，遞過來一個被鋸成兩半的電動機(jī)。這是定子的一半；定子是旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子周邊的固定部分。鋸開的表面里嵌有銅繞組的矩形橫截面，看起來就像墻上堆砌的磚塊。這種直線結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高功率的關(guān)鍵，能防止空氣間隙干擾電線與液體冷卻外殼間的熱傳導(dǎo)。因此，必須要將熱量轉(zhuǎn)移出去，否則電線絕緣就會被損壞，進(jìn)而造成短路。

巴拉茲表示：“我們需要比圓形電線更均勻的熱傳導(dǎo)，也希望電絕緣性能更好，這些對航空電機(jī)來說很重要。”而西門子在日本供應(yīng)商古河電氣工業(yè)株式會社專門定制了這種電線。

工程師們每天進(jìn)行著這些枯燥乏味的研究工作，將重量一克一克地減輕。這種手工方法讓這些人造寶石比勞力士手表都昂貴。當(dāng)我拿起一個掂一下它的重量時，巴拉茲表現(xiàn)出了明顯的擔(dān)心。于是，我趕緊小心地把東西放回去了。

巴拉茲告訴我，再過幾年，每年都會制造出數(shù)以千計(jì)的電動機(jī)用于空中出租車，西門子及其所有制造空中出租車的競爭對手預(yù)言的這種車輛將像蝗蟲一樣穿行在城市中。那時電動機(jī)的單位成本將會下降，可能會低于當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)引擎的水平，盡管內(nèi)燃機(jī)里有成百上千的零部件及無數(shù)復(fù)雜的機(jī)械交互作用。

最終，革命性的改進(jìn)將取代點(diǎn)滴的雕琢。一個重大突破是20世紀(jì)80年代初，通用汽車公司和住友特殊金屬株式會社分別在電動機(jī)中引入了超強(qiáng)釹磁鐵。下一個重大變革就要瞄準(zhǔn)超導(dǎo)線纏繞電磁鐵的機(jī)器了。