德国宇航中心开展基于编队飞行的航空环保项目

据德国宇航中心网站2021年6月23日刊文，德国宇航中心（DLR）研究团队与汉堡工业大学、亚琛工业大学合作，共同开展编队飞行对气候影响（FORMIC）项目研究工作。

FORMIC项目原理源自候鸟迁徙案例。在候鸟迁徙过程中，候鸟善于在飞行中保存体力（能量）。它们会排成V字形，编队飞行中后排的候鸟基本是在前排候鸟产生的尾流中滑翔，这种编队设计/应用可使候鸟在长途旅行中节省能量。DLR研究团队拟将候鸟迁徙中的上述原理应用到商用航空领域中。通过实施FORMIC项目，研究人员使用软件工具来计算哪些长途飞行适合由两架飞机组成的编队实现。DLR研究表明，编队飞行可减少多达5%的燃料消耗，以及约25%的升温气候影响。

在实际航空运营过程中，一架飞行中的飞机后部总会产生两个反向旋转的空气漩涡，称为尾部气流漩涡。在起飞和降落时，这种气流会使其他飞机遭遇风险。所以飞机在同一条跑道上起飞和降落过程时，必须间隔一定时间。然而，在巡航飞行中，飞机尾部气流漩涡通常是非常稳定的。在编队飞行中，通过一种特殊的机动，可使后方的飞机进入由前方飞机造成的上升气流（尾部气流漩涡）中，自动驾驶仪可将两架飞机保持在相对安全的位置，并处于安全控制之中。后方飞机利用尾部气流漩涡产生的升力的原理又称为高效空气尾流滑翔（AWSE），即后方飞机在前方飞机的尾部气流漩涡中上滑翔。由于尾部气流漩涡提供了能量，后方飞机可以减少推力消耗。通过这种方式节省的燃料反过来又减少了温室气体的排放，达到优化影响气候的目的。

DLR研究团队研究证实，两架飞机编队飞行作为一种可行手段，确实较两架独立飞行的飞机产生的温室气体排放量更少。飞机燃料燃烧过程中产生的烟尘大量排放之后，在大气中遇到潮湿空气，就会凝结成凝结尾迹（又称飞机云）。从物理角度来说，飞机云会对气候产生影响。因为云层阻塞了大气中的热量，这是导致全球变暖的因素之一。两架飞机编队飞行形成的综合尾迹较两架单独飞行飞机产生的尾迹更小，与大气中的水分融合后，飞机云对气候的影响也较小。DLR研究团队使用AirClim工具实现了尾迹影响准确计算，由此可推断由于排放和凝结尾迹造成的全球平均地面温度的变化趋势。

在实际应用中，尤其是新冠疫情之前，全球每天都有数千架次航班，多种类型的飞机在全球范围内运行。如何实现编队飞行对于全球空中交通管理是一项重大挑战。DLR研究团队开发了MultiFly软件工具，可识别合适的编队飞行飞机。为了便于实施，DLR研究团队最初只研究了构建同一型号飞机的长途编队飞行任务。编队飞行在飞机长途飞行中燃料节约的潜力最大。MultiFly工具可计算两架飞机在哪里相遇/组成编队，其编队飞行的路线，以及它们在哪里分开，前往各自的目的地机场。该编队飞行操作成功的决定性因素是找到飞机间的最佳配对，即使是从不同的地点出发，也能尽可能长时间地实现编队飞行。MultiFly软件还能计算预期燃油消耗量和减排量。MultiFly软件作为FORMIC项目的落地产品，对于航空环保项目实施具有突出重要的现实意义。

本期责编：王妍

中国航空工业发展研究中心