当你第一次坐在电动飞机的驾驶舱内时，你不会感觉到任何异样。但当你按下启动按钮时，你立刻就会发现：好静啊。没有轰鸣声，也没有发动机的震动，只有供电的嗡嗡声和螺旋桨转动发出的轻声低鸣。你可以轻松地同身边的人交谈，而不用佩戴耳机。噪音的减少对机上人员和地面人员来说都是福音。
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发动机的加速不再通过节流阀而是通过变阻器，同时，可在极大范围内调整转速的发动机产生的高转矩可直接推动螺旋桨工作，不会在传输中损失任何动能。重20千克的发动机可用双手拿起，且其仅高10厘米，直径为30厘米，而动力相当的内燃机的重量差不多是它的7倍，且尺寸约为120厘米×90厘米×90厘米。这是因为电动机的效率惊人，其可将95%的电能转换为动能，电动飞机飞行1小时仅花费3美元的电费，而装有单个汽油引擎的飞机则需要40美元。由于电动机中只有一个移动部件，所以电动飞机的保养费用更低，同时，对于双座飞机而言，其购买费用也更低。
让专业驾驶员最为震惊的是价格，而不是它的降噪效果。飞行是一项昂贵的活动。正如技术专家反复证明的那样，在将一种产品的成本大幅缩减后，你就创造了一种全新的产品。看看你口袋里不超过300美元的超级电脑就知道了。
我们是位于科罗拉多州恩格尔伍德的ByeAerospace公司，我们设计并生产了双座电动飞机，称它为“太阳飞行者”（SunFlyer）。我们预计在今年下半年试飞该电动飞机。该电动飞机旨在用于飞行员的训练，在该应用中，载重量和飞行时间（3小时以上）都不是问题，成本才是主要问题。但我们相信，训练飞行员对电动飞机而言仅是一个开端。随着电池技术的发展，工程师开始设计将电机同发动机结合在一起的混合推进系统，使大型飞机转换为电驱动。电动飞机将逐步取代大多数短途、中枢辐射型通勤航班，使航行变得不再昂贵和嘈杂；最终，其将涵盖各大市区并促成便捷、低成本的全新航空业的兴起。
我永远不会忘记第一次体验电气动力的经历，那是在特斯拉汽车公司成立早期（2005年左右）。我当时被邀请参观特斯拉在旧金山湾区的研究室，在那儿我同试车驾驶员一同体验了该公司的第一辆测试样车。回想当时的电动器件，电机又大又重，变速箱、逆变器和电池的做工都相当粗糙，我实在想不通为什么要用电动车替代汽油车。但当驾驶员踩动加速踏板，汽车像火箭般向前突进时，我改变了想法。
电动飞机是依托电动汽车技术而发展的，而电动汽车技术又得益于手机行业对电池技术和电源管理软件的发展。2007年，我成立了Bye Aerospace公司，并主要借助以下三大方面的发展成果来进行电动飞机的生产：第一，锂电池性能的改进；第二，高效及轻量的电机和控制器；第三，空气动力学设计，尤其是使用狭长低阻的机身配备符合空气动力学的高效长翼（用重量极轻且坚固的碳复合材料构建而成）。
我们的第一个项目叫作SilentFalcon，一架重14千克的固定机翼太阳能电动无人机。我们对动力系统进行了改进，以满足长时间飞行对电机功率峰值的要求；我们添加了更多的锂电池为飞机上升提供最大动力。我们设计并建造了一个气动轨道发射器，这样飞机起飞时就可以不使用其自身动力。当飞机到达指定高度时，其长达4.2米的机翼上的太阳能板会为电池补充少量的电能，供飞机飞行5到7个小时。太阳能板的电流转换率为11%，可将机载电池单独供应的飞行时间有效延长1倍。现在，太阳能电池的最高效率达到了26%，足以使飞机飞行10到12个小时。
Silent Falcon可搭载多种负荷，包括传统及红外摄像机和传感器，以用于监测边境地区、检查输电线路、收集森林火灾情况及众多其他用途。其可以完全自主飞行，你只需给它大体上设定行进方向、飞行高度和区域，然后按下起飞按钮即可。SilentFalcon于2015年投入生产，成为全球首个商业版太阳能电动无人驾驶飞机（UAV）。
我们的下一个项目是将同全球各分包商合作开发电动推进系统，用于已有的全尺寸飞机——赛斯纳172（Cessna 172）四座飞机，也是全球最受欢迎的飞机。在对改造后的塞斯纳进行了几十次短途试飞后，我们转而开发具有特定用途的单座电动飞机。针对每一架测试样机，我们都会进行20多次的试飞。
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我们要解决的第一个问题就是找到一个重量适当的高效电机。多年前，在电动飞机发展初期，曾有飞行员试想（或真的实施过）安装一个传统电机。但由于电机外壳太重，液体冷却系统过于繁杂且变速箱结构复杂，使得传统电机过于沉重。为解决这一问题，我们一直同Enstroj、Geiger、西门子和UQM等专注于为电动飞机设计电机的公司进行合作。
这些针对航空领域优化设计的电机在很多方面与传统电机不同。它们的重量更轻，因为它们在低速启动时所需的动力较少。飞机在跑道上缓慢加速比汽车在信号灯变灯后快速启动更为容易。飞机电机也无需沉重的电机外壳，因为它和汽车电机不同，不会因路面坑洼的颠簸而频繁遭到撞击，也无须承受振动及高扭矩力。
特斯拉汽车发动机的峰值动力转速约为7000转每分，这对汽车而言很正常。但对推进器来说，就需要缩短达到峰值动力转速的时间，在1/3的转数处达到峰值，约为2000转每分。为在转速较低时达到峰值而使用复杂变速箱增加自重的做法是不可取的；因此，供应商向我们提供了绕组合理的电机及可达到所需峰值的电机控制器。因此，在转速达到2000转每分时，电机可直接驱动推进器。同时，我们的发电装置的功率也从每千克1至2千瓦发展到每千克至少5千瓦。
更值得一提的是，锂电池技术在过去15年的稳步发展使得我们的项目成为现实。ByeAerospace公司一直同松下和陶氏柯卡姆公司进行合作；目前我们使用的是LG化学的18650锂电池组，之所以这么叫它是因为它直径18毫米、长65毫米，只比标准5号电池略大一点。LG化学的电池在能量密度方面世界领先，为每千克260瓦时，约是我们开始研究电动飞机时所使用电池的2.5倍。单个电池的放电能力也十分强劲，可达到约10安培。我们330千克的电池组可以轻松地实现正常飞行，稳定输出功率为18到25千瓦，在起飞时更可高达80千瓦。该电池组的能量储备总额为83千瓦时。
一般来说，在飞行结束时峰值功率的需求达到最大化，因为此时充电能力下降，电压也在降低。同样重要的是，电池可以快速充电；我们需要的只是目前用于电动汽车的超级充电接口。
在飞机中使用锂电池，须采取远高于汽车所需要的安全措施。例如，使用封装系统储存热量，同时须将产生的蒸气排出。在使用过程中，应用电子安全系统监控各电池状态，避免过欠压的发生。电池管理系统监控所有相关情况，并将相关数据反馈至驾驶舱的综合信息管理系统。
如飞行途中电池出现故障，则驾驶舱内的报警灯将会闪烁，飞行员此时可通过电子操作或手动断开电池连接。在此情况下，如果是教练机的话，飞行员可通过滑翔回到附近的飞机场。
特斯拉Roadster最先实行的重要预防措施就是用气隙分开各电池；这样一个电池过热后，不会影响到邻近的电池。电池可通过空气予以充分冷却，但针对特定条件下（例如，在地势险峻的菲尼克斯天港国际机场全功率起飞并进行大角度攀爬）会产生大量热能的电机和控制器，我们使用液体冷却。
机体设计依托先进的复合材料，使得机翼和机身重量更轻，且更为坚固。在保证操作简便的同时，我们使用先进的空气动力学设计工具对机身翼型和机翼造型进行低阻力设计。运用空气动力学设计电力推进系统时的最主要成果就是飞机前端的整流罩。电机位于推进器和驾驶舱中间，由于电机较小，整流罩便可向下调整为一个锥形，使得整个机身更为流畅。这样与单引擎的赛斯纳等传统飞机相比，空气阻力就减少了15%。同时，由于电机与汽油机相比排出的热量较少，所以较小的进气口设计便可满足空气冷却的要求。冷却阻力也相应减少，（我们觉得）外形更为美观。
飞机圆滑的前段设计也提高了推进器的效率。在传统飞机上，其推进器的内旋大多被其后的巨大电机所阻挡。而在设计合理的电动飞机上，整个推进器的叶片均裸露在外，可提供更为强劲的动力。额外的优势：飞机在制动时可像电动汽车一样产生能量。当飞行员减速或下降时，推进器将作为风车，而此时电机就作为发电机来为电池充电。特别是在针对一般飞行及飞行员训练等机场飞行模式时，这种方法可节省约13%的能量。换句话说，如果飞机降落时显示飞行时耗费了8.7度电，则实际耗费了10度电——推进器发电系统在机场飞行模式时产生了大约1.3度电。
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Sun Flyer等教练机迎来商业契机是因为合格航线飞行员预计存在大量缺口。去年，波音公司做出了一个令人吃惊的预测：在2035年之前，全球需要再增加61.7万名商业飞行员。而当前全球的商业飞行员总量约为13万。
飞行员的缺乏是由多种原因导致的。从全球各大军事基地离开的飞行员越来越少。同时，从私营飞行员学校取得商业飞行员执照的费用过高，而且目前所要求的总飞行时间增加，约为1500小时。此外，通用航空制造商协会的数据显示，常用教练机（美国一般是赛斯纳或派珀飞机）的平均使用年龄为50年。
Sun Flyer是由我们的子公司——航空电动飞机公司（AEAC）——生产的，目前来说是独一无二的，但过不了多久就会有其他电动飞机了。NASA宣布了一项计划，准备研发试验性的电动飞机——X-57电动研究飞机，它将是NASA在5年时间内设计的首款新型试验飞机。（由于NASA是政府机构，其设计的飞机不会成为SunFlyer的商业竞争对手。）在过去几年，空客公司曾多次试飞其小型电动试验飞机，但现在它开始转向混合电动商业运输方向（我稍后将谈到这方面的内容）。斯洛维尼亚滑翔机和轻型运动飞机（LSA）制造商Pipistrel公司曾在多年前试飞过电动飞机样机。但这种飞机的未来发展不甚乐观，因为美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲航空安全局（EASA）均不允许将电动或其他动力驱动的轻型运动飞机作为商业教练机使用。
目前，我们专注于教练机市场。目前，AEAC正与得州奥斯汀的Redbird Flight Simulations公司进行合作，研发综合训练系统。美国俄克拉荷马州图尔萨的斯巴达航空技术学院已预定了25架Sun Flyer飞机，并交付了定金，同时与我们签订了一份训练协议，承诺帮助我们开发完整训练系统。还有其他飞行学校和飞行员个人已表示出购买意向并缴纳定金，共涉及100多架Sun Flyer飞机；另有100份定金正在商谈阶段。
Sun Flyer飞机将获得美国FAA的认证，因为其符合标准类别——昼夜可视飞行规则的规定，且其总重量未超过限定的864千克。同时，飞机的性能也不会降低：我们的目标爬升速率为每分钟430米；而赛斯纳172的爬升速率则为每分钟210米。
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我们为什么不设计大型的商业电动飞机呢?主要原因是能量和速度的比例。电动飞机体形越大、速度越快，其所需的电池数量就会更多、电池总重量会更重。所产生的问题和所有移动物体所面临的问题一样：交通工具收到的阻力与其速度的平方成正比。速度加倍，则阻力增加到原来的4倍。对于速度相对较慢的飞机（如教练机），电动飞机极具竞争力；但要为速度和重量比我们的电动飞机高出许多的飞机提供动力，就需要电池有足够的能量密度，而这一技术的发展将花费数年。
在纯电动技术发展成熟的过程中，我们可以使用混合电动力，其在飞机中的运行原理和在汽车中一样。由于起飞时需要的动力是飞行过程中的4倍，那么就可以使电机以峰值功率运行来获得那部分额外动力；这是可能实现的，因为电机有较为广泛的能效范围。起飞之后，我们可以利用小型内燃机以最佳转速来给电池充电并维持飞行速度。这样做的一个额外好处是，使用电机起飞可大幅降低噪声。
将双座SunFlyer 2和四座SunFlyer 4变成可行的商业现实是一项历史性的任务，我们正在为此而努力。仍有些人觉得这是不可能的。而我说，要完成任何意义重大而恒久的事情，都需要做出敢为人先的尝试。感谢远见家和先锋者的存在，电动飞机不再只是一个让人感兴趣的可能。它们是真实存在的。
作者：George Bye
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