为了节省能源和解决污染问题，航空业正在从鸟类身上学习一些令人惊讶的空气动力学线索。飞机制造巨头空中客车公司正在开发一种名为“fello’fly”的系统，其中两架商用飞机模仿迁徙的鸟类，以前后紧随的方式串联飞行。该公司表示，这种安排可以使后续飞机每次飞行减少高达 10% 的燃料需求。
Fello’fly 的灵感来自于一些鸟类，特别是鹅，经常编队飞行以节省能量的方式。像鸟类一样，移动的飞机在机翼产生漩涡时，会在身后留下扰动空气的尾迹。这些漩涡以圆形运动移动并向外扩展直到消散，在尾迹周围产生上升气流。如果第二架飞机以特定的距离跟随领头飞机，并稍微偏离尾迹中心，这种上升气流将提供额外的升力。
这种助力使后续飞机能够减少发动机推力、燃料消耗和排放。但是，为了获得这些好处，航空公司必须小心地定位自己：如果后续飞机离领头飞机的路径中心太近，漩涡实际上会将其向下推而不是向上推。飞机还必须大大缩短它们通常保持的距离。“Fello’fly 运营将把纵向‘尾对尾’间隔从海洋空域的约 55 公里减少到 3 公里，”项目负责人、空中客车公司高级工程师 Nick Macdonald 说。
来源：Brown Bird Design；来源：空中客车公司
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这家跨国公司在 7 月份对该系统进行了三次测试。两架空中客车 A350 飞机在法国西部大西洋空域飞行，保持 3 公里的间隔飞行了 4 个小时。“这些测试表明，可以在自动驾驶仪上将飞机稳定在尾迹上升气流中，并且燃油节省是显着的，”Macdonald 说。
Fello’fly 旨在与来自不同航空公司的兼容飞机一起工作，这些飞机恰好在同一时间在同一空域。对于下一阶段的测试，该测试旨在制定安全协议，并计划最早于明年在大西洋上空进行，空中客车公司最近与法国蜜蜂航空公司和北欧航空公司 (SAS) 签署了协议。其他计划参与者包括国际空中导航服务提供商，例如法国航空导航服务局 (DSNA)、英国国家航空服务控股公司（原国家空中交通服务公司）和总部位于比利时的欧洲航空安全组织 (EUROCONTROL)。
飞机如此靠近飞行将需要精心协调以防止事故和过度湍流，并且这种协调将需要在地面上开始。未参与 fello’fly 项目的航空公司飞行员 David Mrak 表示，挑战可能包括制定两架飞机之间的交战规则，决定空中交通管制员的角色，保持所有相关方之间的沟通，制定处理紧急情况或恶劣天气的计划，以及分配经济利益。“例如，对于设想在 fello’fly 飞行中出现两家不同航空公司的情况，问题就变成了‘谁来节省燃料？’”Mrak 说。
欧洲航空安全组织 (EUROCONTROL) 正在与空中客车公司就该项目展开合作。该组织将专注于编纂起飞前阶段的要求和程序，包括加强飞机与空中交通管制员之间的通信。负责处理空域数据维护、飞行计划和流量管理的欧洲航空安全组织 (EUROCONTROL) 运营主管 Giovanni Lenti 表示，严格的运营规则，结合专业的软件，将有助于应对此类挑战，并有助于选择要配对的飞机。“空中客车公司正在开发该软件，该软件将通过[考虑到各自的飞行计划]帮助寻找合适的合作伙伴并配对飞机，”他说。
一对使用 fello’fly 的飞机将分别起飞，然后它们的飞行员将依靠机载系统安全地将两架飞机编队。Lenti 说，目前，空中交通管制员主要负责保持同一高度两架飞机之间的水平间隔。但是，“为了将距离缩短到大约 1.5 海里（约 3 公里），这对于 fello’fly 是必要的，”他补充说，“这将必须通过使用新的机载技术来完成，该技术嵌入在飞机的航空电子设备中，由飞行员完成。”
尽管最小间隔听起来可能很危险，但 Mrak 认为，让飞机如此靠近彼此飞行可能并非不可能。“作为飞行员，我们接受了广泛的培训，”他说。“编队飞行是适当的培训和协议的问题。”
Lenti 说，作为进一步的安全保障，空中交通管制员必须保持一条专用航线为空，低于两架飞机约 305 米。这样，如果任何一架飞机遇到需要改变飞行高度的问题，它可以立即脱离配对并下降到安全高度。
空中客车公司还必须应对这样一个事实，即如此近距离飞行可能会给乘客舒适度带来过多的湍流。但 Macdonald 声称，之前的 fello’fly 测试已经解决了这个问题。他说，这些测试发现，如果后续飞机停留在领头飞机尾迹上升气流中的合适位置，它只会经历类似于飞机在正常运行期间通常遇到的湍流。
空中客车公司希望在 2025 年左右在商业航空运营中推广这一概念，尽管 Leni 指出，最初它只会用于海洋航线，以避免更繁忙的空中交通。“在开始时，不可能在大陆拥挤的航线上实施它，”他说。“然而，在海洋上，它可以很好地工作——为后续飞机节省大量燃料。”
Mrak 估计，如果该系统有效，“它可能会为航空公司每次跨大西洋飞行节省数千英镑[几公吨]的燃料。” 根据空中客车公司的说法，每节省一公吨燃料，意味着二氧化碳排放量减少约三公吨。
本文的标题为“Tight Flight”的版本已改编为收录在 2021 年 2 月号的《大众科学》杂志中。