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“环境责任航空”（ERA）是美国国家航空航天局（NASA）近年实施的一项旨在减少未来民机噪声、氮氧化物排放和油耗的高技术成熟度等级研究项目.该项目于2009年正式启动,2015年底结束,历时6年,耗资6.5亿美元（其中,NASA和美国工业界分别投资4亿、2.5亿美元）.在2016年1月于圣地亚哥举行的美国航空航天学会（AIAA）年度航宇技术大会上,NASA首次向外界公布了ERA项目的研究成果.
由于ERA项目一向被视为NASA航空研究从基础性向应用性转变的突破口,代表着美国对2025年左右服役的下一代民机相关技术研究已进入实质性阶段,其技术成果对美国乃至全球民机产业的发展将产生重要影响.
ERA项目研究概况
进入21世纪后,全球航空运输量的迅猛增长使做到航空业碳排放对环境的影响受到越来越多的重视.如何尽可能提高民机的环保性能,正受到外界越来越多的关注.为了满足日益严格甚至苛刻的环保要求,以美国、欧盟为代表的航空强国和各大民机制造商纷纷开始制定应对策略.
美国为了维持其在世界民用飞机乃至整个航空科技领域的领先地位,NASA对于未来民机的环保性能同样高度重视并提出了相应的具体指标.根据NASA在2005年对后20～30年内民机发展所作的规划,美国未来民机发展将按时间顺序分为N+1、N+2和N+3三个阶段（即三代）,分别代表近期（2015年）、中期（2020～2025年）和远期（2030～2035年）.
其中,N+1代民机的油耗与现在相比将降低33%、噪声比国际民航组织（ICAO）第4阶段限制标准降低32分贝、氮氧化物排放比国际民航组织航空环境保护委员会第2级标准（CAEP2）减少70%；N+2代民机的这三项指标分别为40%、42分贝、80%；N+3代民机则分别为70%、62分贝和80%以上.为此,NASA陆续开展了一系列与绿色环保有关的航空前沿技术研究,并于2006年发起了“亚声速固定翼”（W）研究项目,该项目在2009年正式升级为技术成熟度水平更高的ERA项目.
与许多早期的研究项目将目标集中于单独降低燃油消耗、排放或者噪声不同,ERA项目瞄准2025年左右服役的下一代民机,旨在开发那些能够同时实现节油、减排和降噪的技术,这无疑会给设计工作带来很多挑战,因为这些指标相互之间可能会有影响.
ERA项目在2009年刚开始启动时,就为节油、减排和降噪设定了明确的目标：降低轮挡间油耗50%（相比2005年最好水平）,减少70%的巡航阶段氮氧化物排放、75%的起降阶段氮氧化物排放（相比CAEP6标准）,以及降低累积噪声裕度42分贝（相比ICAO第4阶段标准）.
在EAR项目实施过程中,共对5种未来民机概念方案进行了评估.它们分别是采用直接驱动涡扇发动机的90座喷气支线飞机；采用齿轮传动涡扇（GTF）发动机的160座单通道飞机；采用GTF发动机的216座小型双通道飞机；采用直接驱动涡扇或者GTF发动机的301座大型双通道飞机；采用GTF发动机的400座超大型飞机.
为了使研究更加广泛、深入,上述这些飞机设计方案既可采用传统的圆筒状机身加机翼布局,也可考虑采用非传统的翼上安装发动机（OWN）、混合翼身（HWB）以及中机身吊装发动机（MFN）布局.最终,EAR项目共建立了13个飞机研究模型,进行了相关的降噪、节油和减排效果评估.
除了先进的构型布局之外,ERA项目还通过8个综合演示子项目对气动、结构、系统和推进等技术进行验证测试,并利用研究结果建立起相关的系统级评估模型.
这8个综合演示验证子项目包括：
利用波音757环保验证机进行的垂尾喷气扫掠系统飞行试验,该系统可帮助提高方向舵效率,达到减小垂尾尺寸、降低飞机重量的目的；利用波音757环保验证机进行的一系列机翼前缘昆虫吸积减轻技术飞行试验,该技术有助于保持机翼层流流态；波音公司为混合翼身布局（HWB）飞机机体开发的“拉挤棒缝合高效组合结构”试验；自适应柔性后缘变形机翼飞行试验；通用电气公司的高载荷压气机试验；普惠公司的第二代GTF发动机和低氮氧化物多燃料燃烧室试验；低噪声襟翼和起落架降噪整流罩试验；针对翼上安装超高涵道比涡扇发动机布局（未来HWB和MFN布局可能采用的形式）对气动效率和发动机使用影响的试验.
当ERA项目于2015年底结束时,其在降噪、节油和减排三个方面达到了如下目标：
对于降噪目标来说,上述每个座级的飞机方案（各座级可采用不同布局）中,都至少有一种噪声水平接近目标,而采用GTF发动机的160座级翼上安装发动机（OWN）布局方案的降噪幅度最大,达到41.1%.
对于节油目标来说,ERA项目尽管没能完全实现降低50%油耗的目标,但与此目标已经非常接近.例如,安装 GTF发动机的400座级混合翼身布局（HWB）方案的油耗降低了49.4%.
对于减排目标来说,ERA项目所评估的全部13个飞机研究模型中,12个均实现了降低75%氮氧化物排放的既定目标,这主要做到益于发动机采用了ERA项目中的先进燃烧室技术成果.
ERA项目所取做到的上述研究成果获得了NASA和美国航空工业界的高度肯定.NASA兰利研究中心负责ERA项目系统评估的官员克雷格·尼克尔在2016年1月的AIAA年会上公开表示,通过ERA项目对相关概念和技术的一系列验证测试,充分证明2025年左右民机实现预期的节油、减排和降噪目标是完全可行的.NASA航空研究部副部长申金元则向外界透露,根据计算机模拟仿真结果,如果目前运营中的美国各航空公司机队采用ERA项目所开发的上述技术,这些公司2025～2050年间的运营成本将会节省2550亿美元.
航空论文参考资料：
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