由于ERA項目一向被視為NASA航空研究從基礎性向應用性轉變的突破口，代表著美國對2025年左右服役的下一代民機相關技術研究已進入實質性階段，其技術成果對美國乃至全球民機產業的發展將產生重要影響。

　　ERA項目研究概況

　　進入21世紀后，全球航空運輸量的迅猛增長使得航空業碳排放對環境的影響受到越來越多的重視。如何盡可能提高民機的環保性能，正受到外界越來越多的關注。為了滿足日益嚴格甚至苛刻的環保要求，以美國、歐盟為代表的航空強國和各大民機制造商紛紛開始制定應對策略。

　　美國為了維持其在世界民用飛機乃至整個航空科技領域的領先地位，NASA對于未來民機的環保性能同樣高度重視并提出了相應的具體指標。根據NASA在2005年對后20?30年內民機發展所作的規劃，美國未來民機發展將按時間順序分為N+1、N+2和N+3三個階段（即三代），分別代表近期（2015年）、中期（2020?2025年）和遠期（2030?2035年）。

　　其中，N+1代民機的油耗與現在相比將降低33%、噪聲比國際民航組織（ICAO）第4階段限制標準降低32分貝、氮氧化物排放比國際民航組織航空環境保護委員會第2級標準（CAEP2）減少70%；N+2代民機的這三項指標分別為40%、42分貝、80%；N+3代民機則分別為70%、62分貝和80%以上。為此，NASA陸續開展了一系列與綠色環保有關的航空前沿技術研究，并于2006年發起了“亞聲速固定翼”（SFW）研究項目，該項目在2009年正式升級為技術成熟度水平更高的ERA項目。

　　與許多早期的研究項目將目標集中于單獨降低燃油消耗、排放或者噪聲不同，ERA項目瞄準2025年左右服役的下一代民機，旨在開發那些能夠同時實現節油、減排和降噪的技術，這無疑會給設計工作帶來很多挑戰，因為這些指標相互之間可能會有影響。

　　ERA項目在2009年剛開始啟動時，就為節油、減排和降噪設定了明確的目標：降低輪擋間油耗50%（相比2005年最好水平），減少70%的巡航階段氮氧化物排放、75%的起降階段氮氧化物排放（相比CAEP6標準），以及降低累積噪聲裕度42分貝（相比ICAO第4階段標準）。

　　在EAR項目實施過程中，共對5種未來民機概念方案進行了評估。它們分別是采用直接驅動渦扇發動機的90座噴氣支線飛機；采用齒輪傳動渦扇（GTF）發動機的160座單通道飛機；采用GTF發動機的216座小型雙通道飛機；采用直接驅動渦扇或者GTF發動機的301座大型雙通道飛機；采用GTF發動機的400座超大型飛機。

　　為了使研究更加廣泛、深入，上述這些飛機設計方案既可采用傳統的圓筒狀機身加機翼布局，也可考慮采用非傳統的翼上安裝發動機（OWN）、混合翼身（HWB）以及中機身吊裝發動機（MFN）布局。最終，EAR項目共建立了13個飛機研究模型，進行了相關的降噪、節油和減排效果評估。

　　除了先進的構型布局之外，ERA項目還通過8個綜合演示子項目對氣動、結構、系統和推進等技術進行驗證測試，并利用研究結果建立起相關的系統級評估模型。

　　這8個綜合演示驗證子項目包括：

　　利用波音757環保驗證機進行的垂尾噴氣掃掠系統飛行試驗，該系統可幫助提高方向舵效率，達到減小垂尾尺寸、降低飛機重量的目的；利用波音757環保驗證機進行的一系列機翼前緣昆蟲吸積減輕技術飛行試驗，該技術有助于保持機翼層流流態；波音公司為混合翼身布局（HWB）飛機中央機體開發的“拉擠棒縫合高效組合結構”試驗；自適應柔性后緣變形機翼飛行試驗；通用電氣公司的高載荷壓氣機試驗；普惠公司的第二代GTF發動機和低氮氧化物多燃料燃燒室試驗；低噪聲襟翼和起落架降噪整流罩試驗；針對翼上安裝超高涵道比渦扇發動機布局（未來HWB和MFN布局可能采用的形式）對氣動效率和發動機使用影響的試驗。

　　當ERA項目于2015年底結束時，其在降噪、節油和減排三個方面達到了如下目標：

　　對于降噪目標來說，上述每個座級的飛機方案（各座級可采用不同布局）中，都至少有一種噪聲水平接近目標，而采用GTF發動機的160座級翼上安裝發動機（OWN）布局方案的降噪幅度最大，達到41.1%。

　　對于節油目標來說，ERA項目盡管沒能完全實現降低50%油耗的目標，但與此目標已經非常接近。例如，安裝GTF發動機的400座級混合翼身布局（HWB）方案的油耗降低了49.4%。

　　對于減排目標來說，ERA項目所評估的全部13個飛機研究模型中，12個均實現了降低75%氮氧化物排放的既定目標，這主要得益于發動機采用了ERA項目中的先進燃燒室技術成果。

　　ERA項目所取得的上述研究成果獲得了NASA和美國航空工業界的高度肯定。NASA蘭利研究中心負責ERA項目系統評估的官員克雷格·尼克爾在2016年1月的AIAA年會上公開表示，通過ERA項目對相關概念和技術的一系列驗證測試，充分證明2025年左右民機實現預期的節油、減排和降噪目標是完全可行的。NASA航空研究部副部長申金元則向外界透露，根據計算機模擬仿真結果，如果目前運營中的美國各航空公司機隊采用ERA項目所開發的上述技術，這些公司2025?2050年間的運營成本將會節省2550億美元。

　　對我國民機產業的啟示

　　對于我國民機產業來說，隨著ARJ21新支線飛機、C919窄體干線飛機項目的逐步推進，更高效、更節能、更環保的全新一代民機的開發工作必將在不久后提上議事日程，與其相關的新型民機概念方案探討論證以及部分關鍵技術預研也有必要及早開展。根據發達國家在未來民機領域研究的最新動向以及美國ERA、歐洲“凈潔天空”等項目的經驗，今后國內民機產業技術預研方面應尤其注意以下三點：

　　首先，“綠色環保”是未來民機產業不斷追求的目標。隨著世界航空客貨運周轉量持續、快速增長，由其所引起的環境污染問題使航空界面臨的環保壓力日益加大。近年來，包括國際環境組織、世界民航組織、各國政府、航空公司、航空制造企業在內的相關各方對民機環保性能的關注度不斷提高，在許多場合都將其視為一個重要議題。例如，歐盟已經將航空業納入了碳排放交易體系，從2012年起，所有進出歐盟的航班都開始遵循其擁有的碳配額，由此導致航空公司的成本每年增加35億美元（并且還會逐年遞增），各航空公司迫切需要效率更高、排放更少的新機型。

　　有鑒于此，“綠色環保”在今后相當長時間內將是世界民機技術發展的主要方向，更高的燃油效率、更低的噪音以及更少的污染物排放將會成為未來民機最顯著的特征，未來民機產品設計也將把提升環境效益作為主要目標。

　　考慮到歐美國家通過多年的探索和ERA、“凈潔天空”等項目的實施，在綠色航空技術領域的前瞻性預研積累較多，無疑會極大地增強其在未來民機市場上的競爭優勢，國產民機作為市場的新進入者，將會面臨非常嚴峻的環保挑戰，國內相關部門有必要及早考慮應對措施。

　　其次，新構型飛機對未來民機“綠色環保”目標的實現至關重要。在ERA項目實施過程中，研究人員通過一系列測試評估發現，大量新技術的綜合與集成將可以顯著降低未來民機產品的油耗和噪聲。但是，對于傳統的圓筒機身加機翼布局的飛機來說，這種提升是有限的，特別是在噪聲指標方面離預期目標還有不小的差距。

　　相反，先進翼身融合體布局等新構型飛機在燃油消耗和噪聲兩項指標上都具有達到甚至超越ERA項目所提指標的潛力。這表明傳統布局的民機在經過多年發展后，進一步提升性能的空間已經相當有限。以翼身融合體布局飛機、高巡航效率短距起降飛機、多電/全電飛機、電動飛機、桁架支撐機翼飛機和渦輪電力分布式推進系統飛機等為代表的采用全新布局和全新推進系統的飛機則很可能會成為未來民機的主要發展方向。這些研究方向值得國內民機工業部門高度重視，各種新構型、新布局、新能源民機概念方案的探討論證應盡早提上議事日程，與其相關的關鍵領域技術攻關也有必要及早開展。

　　最后，我國需要盡早制訂并實施與ERA類似的民機前沿技術研究計劃。近年來，除了前述的ERA、“潔凈天空”等旨在實現未來民機產品綠色環保要求的前沿技術研究計劃外，一些航空發達國家還先后實施了諸多與未來民機發展相關的基礎研究計劃。相比之下，我國在民機前沿技術方面尚未形成系統的研究體系，相關領域的技術儲備也十分薄弱。

　　因此，很有必要從國家層面加大對民機前沿技術研究的支持，圍繞“綠色環保”這一世界民機未來發展的主要方向，并結合國家的民用飛機產品發展戰略，瞄準今后20?30年國產民機發展目標，盡快制訂出與歐美國家類似的未來民機技術重大基礎研究計劃，以便系統地、有針對性地開展各種新型高效的綠色航空技術研究。

　　希望國家加大該領域的經費投入，以中國商飛、科研院所、高等院校為主體，積極開展部分關鍵領域的預先研究和技術攻關，解決一批制約未來綠色環保民機發展的瓶頸或關鍵問題，為未來實現國產民機技術跨越式發展提供有力支撐。（文/陳黎）