飞机设计的创新
总体而言，自二十世纪中叶以来，量产飞机的设计并未发生根本性变化。 几十年来，大型飞机一直采用“管翼式”结构，波音747和空客830系列便是这一结构的典型代表。同样，自燃气轮机问世以来，固定翼量产飞机的推进系统也未发生显著变化。而自20世纪40年代首款大规模量产直升机——西科斯基R-4问世以来，旋翼机的设计也基本保持不变。
话虽如此，航空航天业从来不乏激进的实验性飞机，例如沃特V-173“飞行煎饼”、采用前掠翼设计的格鲁曼X-29，以及麻省理工学院的离子风力驱动原型机。这种创新传统持续推动着航空航天设计与技术的发展。
如今，航空航天产业创新的核心驱动力是可持续发展，即提高效率和减少排放。在上一篇文章中，我们探讨了为实现航空航天产业脱碳而对替代能源进行的探索。本文将探讨航空航天产业在两个关键设计领域——空气动力学和推进系统——中的创新如何致力于解决可持续发展问题。具体而言，我们将重点关注机翼设计的创新以及分布式电动推进系统的应用。
机翼设计
飞机的排放量主要受空气动力学效率的影响，该效率可通过飞机的升阻比来定义。因此，通过降低阻力可以提高空气动力学效率。降低阻力的最大突破口或许在于机翼设计。正因如此，多年来不断涌现出旨在最大限度提高空气动力学效率的机翼设计。
这种设计的一个例子就是鸭翼布局。典型的鸭翼布局是在飞机前部布置小型机翼（即鸭翼），并与位于飞机后部的机翼相结合。虽然鸭翼布局的影响复杂多样，但可用于降低飞机的总体阻力。然而，这反过来又会与飞机的稳定性形成权衡。 但随着机翼设计的不断改进，我们很可能看到鸭翼在量产飞机上得到更广泛的应用。
一种旨在提高气动效率的、略显激进的机翼设计范例是“融合翼”。顾名思义，融合翼设计将飞机机身与机翼融为一体，使得飞机的整个机身都用于产生升力。 目前，美国公司JetZero正在研发一种融合翼设计（请勿与英国政府旨在到2050年实现航空业净零排放的战略相混淆）。JetZero声称，其设计可将燃油排放量减少一半，相比于典型的商用客机。
最后一个机翼设计示例是采用撑杆或桁架支撑的机翼。在此结构中，机翼通过连接机翼与机身的撑杆或桁架获得结构支撑。这种额外的结构支撑使得能够采用更长、更细长的机翼，从而在飞行中产生更小的阻力。 采用这种机翼配置的飞机实例包括波音X-66，其验证机计划于2028年首飞。
分布式电力推进
飞机设计领域的另一项相对较新的创新是分布式电动推进（DEP）。DEP通常采用一组由三个或更多个独立控制的电动推进单元组成。有些DEP系统使用数量众多的推进单元，有时甚至达到两位数。 这些推进单元通常沿飞机机翼的翼展范围分布。DEP可通过多种机制提高飞机效率，例如气动-推进耦合，即气动力和推力之间的相互作用，从而减少阻力并增加升力。 DEP还能通过推进单元的冗余设计提高安全性，并降低噪音，因此采用DEP技术的飞机特别适合超短程和城市运输。此类飞机的例子包括Lilium喷气机和空客CityAirbus NextGen。采用DEP技术的大型飞机例子包括空客E-Thrust和美国宇航局（NASA）的N3-X。
综合创新：空气动力学与推进技术
未来的飞机很可能将空气动力学和推进技术方面的创新相结合。上述飞机就体现了这一点。另一个例子是空客“Racer”号，它于今年完成了首飞。 乍看之下，“空客Racer”似乎是一架传统的直升机。然而，与传统直升机不同的是，“Racer”采用了创新的箱式机翼设计，以提高气动效率并产生升力；此外，它还配备了主旋翼和两台推力式螺旋桨来产生推力。这些技术的结合显著提升了效率，据称与最大起飞重量同级别的传统直升机相比，其燃油消耗可减少20%。
摘要
很难想象在未来几十年里，飞机的外观会发生显著变化。然而，在追求可持续发展的过程中，我们很可能会看到一些曾经被视为激进的设计元素逐渐融入量产飞机之中。无论如何，正如历史和当代发展所表明的那样，飞机设计领域的创新潜力是巨大的。
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“如今，航空航天业创新的核心驱动力是可持续发展；即提高效率和减少排放。”
