[转帖]21世纪的航空推进系统

为满足未来航空运输发展的更高要求，NASA确认了一系列迎接21世纪民用航空运输挑战的新推进系统。这些推进系统包括能力多样的超高涵道比智能发动机、基于微型/超微型发动机的分布式矢量推进系统和基于燃料电池的电推进系统。NASA计划分阶段研究这些推进技术
　　为进一步降低燃油消耗 和有害污染及噪声，未来的燃气涡轮发动机（智能发动机）技术将重点发展以下三大领域：智能计算和控制、带主动（或被动）控制以增强/优化性能的灵巧部件和使发动机性能在整个飞行包线范围内达到最佳的自适应循环和系统。
　　智能计算和控制
　　除目前推进系统采用的多学科（气动、热力和结构）物理基建模方法外，下一代计算方法将具有以下几个新特点：智能计算环境将利用不同的学科为个体情况提供基于需要的信息；可计算由几何、工作条件和数值误差变化造成的计算结果的不确定性程度；能选择最佳的处理器数目进行计算；在设计或分析中能采用具有理想保真度的适当算法。
　　目前，NASA格林研究中心正在开发一种称为数值推进系统仿真（NPSS）的适合所有推进系统设计和分析的计算环境。
　　 NPSS的发展重点是多学科，如热力学、气动力学、结构和传热学的综合。NPSS的未来是建立一个能在低成本的计算平台上用一夜功夫对整个发动机进行仿真的"数值试验台"。
　　在传感器和控制领域，为达到更好的安全性和减少维修成本，基于物理基的多学科模拟研究成果将用于实时的发动机状态监控和管理。自适应的机载发动机模型、先进的部件设计技术与嵌入材料内部的纳米传感器、信息技术能力（计算机处理速度、数据采集和传播等）的发展将使发动机的实时状态监控和性能优化成为可能。最终，可实现连续的发动机状态实时监控。
　　航空推进系统的未来发展方向是，采用与自然神经系统相似的生物感应"智能发动机"，使驾驶舱内不同发动机系统功能的指示更加自主，这将使复杂性不断增大的飞机运行更安全。
　　降低噪声和污染的灵巧部件
　　为改善性能（增加负荷和适用性），减少噪声和有害污染，未来灵巧部件的研究方向是采用主动和被动的控制方法。NASA的研究已证明，采用主动或被动控制压气机的放气可大大改善旋转失速和喘振不稳定性。最近，NASA还证明，在叶片吸力面一侧喷入或抽吸气流可使叶片的负荷和效率大大增加。
　　为降低噪声，需要研究的主要部件包括风扇、进气道和尾喷管。带尾缘吹风的自吸入风扇可大大减少转子-静子间的干扰，同时，也可大大降低宽带噪声。进气道和尾喷管技术的发展重点是降低噪声和减小对推进系统适用性的不利影响。先进的建模技术也将使设计者利用自然声学现象（如噪声的地面反射/散发）来降低未来飞机噪声测定点的可感噪声，使之低于社区环境的噪声标准。增强掺混的技术（如锯齿形喷管技术和自然吸气引射器）将被优化，在不影响性能的情况下，被动地降低喷管的喷气噪声。另外，主动噪声控制（如脉冲声学衬垫）也将在未来的进气道和喷管系统上采用。
　　未来燃烧室的设计将向贫油燃烧方向发展。燃油/空气混合物的主动控制将有助于减少NOx的排放。
　　自适应循环和系统
　　为使发动机性能在整个飞行包线范围内达到最佳的自适应循环和系统，应为未来涡轮发动机研究以下4项技术。
　　 一是流动控制与管理
　　由于发动机内附面层气流的主动和被动再分布可使机械作动和泄漏损失减到最小，这对推进系统的总体性能和重量有重大影响。
　　为此，正在研究的技术有：利用射流进行涡轮流动面积控制和主动封严，以使发动机的涵道比在起飞和巡航之间重新得到优化，这将使减少起飞污染和提高巡航燃油效率的设计限制得到调和；采用回流部件或同轴流路的新推进系统构形，以最大限度地从射流技术获得好处；引射器设计方法的进步也将改进射流发动机的自适应性；进气道和喷管附面层的噪声射流控制可与主动脉冲减噪衬垫结合，使一项综合技术获得双重用途。
　　 二是变形结构
　　这包括：未来主动/被动形状记忆材料和气动弹性设计能力或"变形"结构将用于发动机的各种部件；结合防冰技术，进气道唇口半径/锐度做成在起飞和巡航状态之间可以改变，在不影响高巡航效率的同时，可保持起飞时的高流量和低阻力；采用形状记忆材料的进气道和喷管收缩面积的变化将在没有机械作动部分重量的前提下，改进发动机的性能和适用性；叶轮机应用形状记忆材料可使叶型弯度和前缘锐度改变，使负荷和效率最优，适用性更好。
　　 三是自适应材料
　　主要包括：未来的材料系统将设计成不仅有自身的特性，而且有独特的功能；通过主动和/或被动激励，晶界的尺寸可改变，可防止部件的失效；在表面脱层、氧化和剥落时，涂层的化学编码特性将使其被动地提供自愈合防护；未来的基体纤维（用于金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料中）不仅增强结构，而且将用作与智能发动机控制交换信息的内置导管。
　　高传导率的纤维，如碳纳米管将模拟神经中枢，被动地搜集部件的诊断数据。这些相同的纤维也用于提供信息和调整结构，以优化工作特性或防止/控制部件的失效。
　　 四是自适应循环
　　主要包括：改变热力循环和结构流路使推进系统具有自适应性；采用先进材料的叶片排对转的同轴转子发动机将扩大变循环发动机的极限；对转叶片排将进一步减少叶轮机的转速，使噪声特性更好的叶尖带箍的对转风扇成为可能。其他改进的布来顿循环将包括用于超高压燃烧的离轴核心机和在不影响巡航最佳循环条件下提供最大起飞推力的插入式循环。
　　目前，人们还在研究涡轮间甚至是涡轮级间的燃烧结构，这种结构在不同的任务下对循环的自适应性有较大影响。这些改进的布来顿循环也固有地提供更贫油的燃烧并使污染减少，但存在稳定性方面的挑战。
　　综合基础技术和自适应技术的最新一代涡扇发动机将为超高涵道比结构，有三转子的对转同心核心机和分级的涡轮间燃烧。
　　超低的污染和噪声以及性能、操纵性和安全性/耐久性将通过先进材料系统实现的自主智能控制系统来控制。
　　分布式矢量推进系统
　　未来与飞机机体一体化的推进和动力系统结构将以分布式推进为核心，即用大量小型、微型或超微型的推进系统取代少数分散的发动机。分布式推进系统包括三种类型：分布式发动机（包括小型、微型和超微型发动机系统）、共用核心机多风扇/推进器和分布式排气系统。
　　 分布式发动机
　　分布式发动机包括在飞机机翼或机身上安装的小型或微型发动机，或者嵌入飞机表面进行流量/环流控制并提供推力的超微型发动机。
　　这种发动机的优点有：用小到微型发动机的分布式推进系统吸取附面层，可使飞机的总燃料消耗减少3%～5%之多；用超微型发动机给低动量附面层流动充能的混合系统可进一步获得性能方面的好处；超微型发动机可提供分布式推进并具有更高推重比的潜力；分布式发动机将使多种性能更好、运行效率更高的有吸引力的飞机机体结构成为可能；更大的发动机生产率、更低的研制成本和更短的研制周期以及取消机上发动机维修的外场可更换件，可使寿命期成本降低50%；发动机裕度和半裕度推进控制将提高飞机的安全性；机体结构的两用可大大减轻总系统的重量，同时采用分散布置的发动机可大大减少总系统的噪声。
　　但是，由于尺寸很小，低雷诺数流动效应、发动机的制造误差及其相应对密封和间隙的影响、需要非润滑的空气轴承、三维叶轮机造型和燃烧效率都是这些推进系统的主要技术难题。另外，高的旋转速度(最高可超过2×106转/分)也是影响这些超微型发动机结构/机械设计的因素。
　　超微型发动机的关键技术包括：革新的燃烧技术、碳化硅和其他改进三维设计的先进超微型发动机材料的加工工艺、与亚微米传感器耦合的综合自主控制技术。
　　 共用核心机
　　 多风扇/推进器
　　共用核心机多风扇/推进器要求用一个中心发动机核心机驱动多个推力风扇。这种结构的优点是使超高涵道比发动机的推进效率更高，无需为适应一个单独的大型涡扇发动机而对飞机机体做根本的改变(如上单翼设计)。
　　这种结构主要存在动力传输的重量和损失问题。这些问题通过可变齿轮箱技术或在风扇叶片上安装叶尖涡轮叶片予以缓解。这些问题也可通过直接传动的串列风扇而不是并列排列的结构来回避。另一种可能的结构是用核心机排气驱动两个与串列风扇相连的离轴涡轮。多风扇核心机将要求发展新的独立进气道，以达到涵道比和飞机一体化方面的好处。这将要求轻重量的结构，可能还需要流动控制，以使重量最轻、进气道性能损失最小。
　　在研究阶段，利用"燃气涡轮革新"计划获得的科技（气体动力学、机械、材料、结构、制造等）成果，可解决各种分布式推进系统都存在的共同的性能挑战（如低雷诺数流动、附面层干扰和燃料管理系统）。
　　未来亚声速和高超声速运输机用高度综合的分布式推进系统将具有V/STOL和推进可控飞机（PCA）的能力，并具有智能化、自修复的特性。
　　 分布式排气系统
　　分布式排气系统要求用一个主发动机和一个或多个涵道喷管策略地分配飞机上的推力。分布式排气结构在性能方面存在喷管粘性损失，因而只有在显示出对低速升力和/或巡航阻力极端的敏感性后，才能在飞机系统上找到自己的位置。因此，分布式排气系统将更适用于超声速巡航，在这种状态下，起飞噪声大小和持续超声速巡航阻力是最主要的考虑因素。
　　民用超声速巡航飞行器的高长宽比喷管具有减少噪声和降低喷管重量的潜力。
　　预计，用一个机翼后缘二维掺混器/引射器喷管和相对低的排气高度下最多可减少跑道侧面噪声10分贝。
　　另外，对同样的喷管压比来说，高长宽比造成喷管尺寸更短，并有与机翼分摊结构负荷的可能。这相当于使喷管重量和推进系统有关的巡航阻力减少了50%。这种结构也将通过机翼后缘襟翼吹风和推力矢量提高低速升力，并减少所需的起飞跑道长度和噪声。
　　采用分布/推力矢量排气和超微型发动机进行流动控制的混合系统也很有吸引力。为减少由于增大喷管表面和增加内部流动转弯引起的性能损失，可用超微型发动机进行附面层控制和冷却，这种方法可能被动地利用了喷管的废热来驱动超微型发动机。废热回收将降低排气温度，增加主分布式推进系统的效率。
　　超微型发动机还通过主喷管的射流"重构"进行虚拟的形状控制，这将减少或取消机械作动，同时减少内部的粘性损失和废热。
　　替代能源推进系统
　　 21世纪的航空推进系统将从今天依靠化学燃烧的能源逐渐转向一个采用混合能源的系统，最后将转向大部分依赖于电化学能源。
　　向绿色发动机过渡的第一步是实验性地发展以燃料电池为动力装置的无人机和通用航空飞机。
　　燃料电池是一种不经过燃烧，将氢直接转化为电能和热量的电化学设备，其效率是内燃发动机的两倍以上。燃料电池是绿色发动机，因为它以氢为能源，排气中只有水，污染非常小；结构简单，可靠性更高，有利于提高安全性和降低维修成本，而且，它还可以大大减少推进系统的噪声；燃料电池技术还允许设计者发展非传统的动力装置和机体结构。
　　目前，燃料电池正逐渐成为小飞机推进和辅助动力装置（APU）的可行选择，并且也有可能成为未来大尺寸民用飞机的推进系统。美国波音公司计划在波音737飞机上验证一种基于燃料电池的辅助动力装置，并可能在2010年以后在民用飞机上采用。
　　同时发展的还有基于固态氧化物燃料电池（SOFC）的先进的APU。波音公司预计，这种电池可使效率提高45%，相当于一架典型的波音777飞机每年节省340500千克燃油。
　　预计，燃料电池技术将在2010年左右完全成熟并得到实际应用。
　　燃料电池的主要挑战是燃料电池和动力管理系统的重量和氢燃料系统的体积。热管理是燃料电池动力实用的关键，需要更严格的模拟。要使电动飞机在经济上可行，必须建立一个高效的、安全的机场氢燃料供给设施。
　　为了使全电推进有生命力，对基于微机电技术的分布式矢量推进、超微型燃料电池和其他电化学与纯储电设备（如超级电池和电容器）的投资要足够的少，而且生产的数量要足够的多。这些设备将设置在飞机内，充分利用结构负荷分摊和双功能系统（即分布式推进和控制）的优势。
　　随着电子工业的不断发展，这些和其他电气元件（如高温超导体）的能力和经济承受性将不断改善。
　　未来的电推进亚声速运输机将有可能采用小型分布式的电动机和风扇。与沿翼展分布排列的发动机结构相似，这些结构将利用远距离的风扇和电动机，提供向前的推进力，并可能与吹气式机翼/襟翼耦合，以提供起飞时的高升力。
　　这种结构的主要优点是采用一种中央高效的核心发电设备。它可能是燃料电池或中央燃气涡轮APU。与独立的分布式燃料供应系统（分布式发动机有可能采用）相比，向远距离风扇传输电力是一种更安全、更高效的途径。在APU的结构中，剩余的APU电力也用于飞行，以满足乘客/飞机对电力和通信不断增加的需求。为满足未来航空运输发展的更高要求，NASA确认了一系列迎接21世纪民用航空运输挑战的新推进系统。这些推进系统包括能力多样的超高涵道比智能发动机、基于微型/超微型发动机的分布式矢量推进系统和基于燃料电池的电推进系统。NASA计划分阶段研究这些推进技术
　　为进一步降低燃油消耗 和有害污染及噪声，未来的燃气涡轮发动机（智能发动机）技术将重点发展以下三大领域：智能计算和控制、带主动（或被动）控制以增强/优化性能的灵巧部件和使发动机性能在整个飞行包线范围内达到最佳的自适应循环和系统。
　　智能计算和控制
　　除目前推进系统采用的多学科（气动、热力和结构）物理基建模方法外，下一代计算方法将具有以下几个新特点：智能计算环境将利用不同的学科为个体情况提供基于需要的信息；可计算由几何、工作条件和数值误差变化造成的计算结果的不确定性程度；能选择最佳的处理器数目进行计算；在设计或分析中能采用具有理想保真度的适当算法。
　　目前，NASA格林研究中心正在开发一种称为数值推进系统仿真（NPSS）的适合所有推进系统设计和分析的计算环境。
　　 NPSS的发展重点是多学科，如热力学、气动力学、结构和传热学的综合。NPSS的未来是建立一个能在低成本的计算平台上用一夜功夫对整个发动机进行仿真的"数值试验台"。
　　在传感器和控制领域，为达到更好的安全性和减少维修成本，基于物理基的多学科模拟研究成果将用于实时的发动机状态监控和管理。自适应的机载发动机模型、先进的部件设计技术与嵌入材料内部的纳米传感器、信息技术能力（计算机处理速度、数据采集和传播等）的发展将使发动机的实时状态监控和性能优化成为可能。最终，可实现连续的发动机状态实时监控。
　　航空推进系统的未来发展方向是，采用与自然神经系统相似的生物感应"智能发动机"，使驾驶舱内不同发动机系统功能的指示更加自主，这将使复杂性不断增大的飞机运行更安全。
　　降低噪声和污染的灵巧部件
　　为改善性能（增加负荷和适用性），减少噪声和有害污染，未来灵巧部件的研究方向是采用主动和被动的控制方法。NASA的研究已证明，采用主动或被动控制压气机的放气可大大改善旋转失速和喘振不稳定性。最近，NASA还证明，在叶片吸力面一侧喷入或抽吸气流可使叶片的负荷和效率大大增加。
　　为降低噪声，需要研究的主要部件包括风扇、进气道和尾喷管。带尾缘吹风的自吸入风扇可大大减少转子-静子间的干扰，同时，也可大大降低宽带噪声。进气道和尾喷管技术的发展重点是降低噪声和减小对推进系统适用性的不利影响。先进的建模技术也将使设计者利用自然声学现象（如噪声的地面反射/散发）来降低未来飞机噪声测定点的可感噪声，使之低于社区环境的噪声标准。增强掺混的技术（如锯齿形喷管技术和自然吸气引射器）将被优化，在不影响性能的情况下，被动地降低喷管的喷气噪声。另外，主动噪声控制（如脉冲声学衬垫）也将在未来的进气道和喷管系统上采用。
　　未来燃烧室的设计将向贫油燃烧方向发展。燃油/空气混合物的主动控制将有助于减少NOx的排放。
　　自适应循环和系统
　　为使发动机性能在整个飞行包线范围内达到最佳的自适应循环和系统，应为未来涡轮发动机研究以下4项技术。
　　 一是流动控制与管理
　　由于发动机内附面层气流的主动和被动再分布可使机械作动和泄漏损失减到最小，这对推进系统的总体性能和重量有重大影响。
　　为此，正在研究的技术有：利用射流进行涡轮流动面积控制和主动封严，以使发动机的涵道比在起飞和巡航之间重新得到优化，这将使减少起飞污染和提高巡航燃油效率的设计限制得到调和；采用回流部件或同轴流路的新推进系统构形，以最大限度地从射流技术获得好处；引射器设计方法的进步也将改进射流发动机的自适应性；进气道和喷管附面层的噪声射流控制可与主动脉冲减噪衬垫结合，使一项综合技术获得双重用途。
　　 二是变形结构
　　这包括：未来主动/被动形状记忆材料和气动弹性设计能力或"变形"结构将用于发动机的各种部件；结合防冰技术，进气道唇口半径/锐度做成在起飞和巡航状态之间可以改变，在不影响高巡航效率的同时，可保持起飞时的高流量和低阻力；采用形状记忆材料的进气道和喷管收缩面积的变化将在没有机械作动部分重量的前提下，改进发动机的性能和适用性；叶轮机应用形状记忆材料可使叶型弯度和前缘锐度改变，使负荷和效率最优，适用性更好。
　　 三是自适应材料
　　主要包括：未来的材料系统将设计成不仅有自身的特性，而且有独特的功能；通过主动和/或被动激励，晶界的尺寸可改变，可防止部件的失效；在表面脱层、氧化和剥落时，涂层的化学编码特性将使其被动地提供自愈合防护；未来的基体纤维（用于金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料中）不仅增强结构，而且将用作与智能发动机控制交换信息的内置导管。
　　高传导率的纤维，如碳纳米管将模拟神经中枢，被动地搜集部件的诊断数据。这些相同的纤维也用于提供信息和调整结构，以优化工作特性或防止/控制部件的失效。
　　 四是自适应循环
　　主要包括：改变热力循环和结构流路使推进系统具有自适应性；采用先进材料的叶片排对转的同轴转子发动机将扩大变循环发动机的极限；对转叶片排将进一步减少叶轮机的转速，使噪声特性更好的叶尖带箍的对转风扇成为可能。其他改进的布来顿循环将包括用于超高压燃烧的离轴核心机和在不影响巡航最佳循环条件下提供最大起飞推力的插入式循环。
　　目前，人们还在研究涡轮间甚至是涡轮级间的燃烧结构，这种结构在不同的任务下对循环的自适应性有较大影响。这些改进的布来顿循环也固有地提供更贫油的燃烧并使污染减少，但存在稳定性方面的挑战。
　　综合基础技术和自适应技术的最新一代涡扇发动机将为超高涵道比结构，有三转子的对转同心核心机和分级的涡轮间燃烧。
　　超低的污染和噪声以及性能、操纵性和安全性/耐久性将通过先进材料系统实现的自主智能控制系统来控制。
　　分布式矢量推进系统
　　未来与飞机机体一体化的推进和动力系统结构将以分布式推进为核心，即用大量小型、微型或超微型的推进系统取代少数分散的发动机。分布式推进系统包括三种类型：分布式发动机（包括小型、微型和超微型发动机系统）、共用核心机多风扇/推进器和分布式排气系统。
　　 分布式发动机
　　分布式发动机包括在飞机机翼或机身上安装的小型或微型发动机，或者嵌入飞机表面进行流量/环流控制并提供推力的超微型发动机。
　　这种发动机的优点有：用小到微型发动机的分布式推进系统吸取附面层，可使飞机的总燃料消耗减少3%～5%之多；用超微型发动机给低动量附面层流动充能的混合系统可进一步获得性能方面的好处；超微型发动机可提供分布式推进并具有更高推重比的潜力；分布式发动机将使多种性能更好、运行效率更高的有吸引力的飞机机体结构成为可能；更大的发动机生产率、更低的研制成本和更短的研制周期以及取消机上发动机维修的外场可更换件，可使寿命期成本降低50%；发动机裕度和半裕度推进控制将提高飞机的安全性；机体结构的两用可大大减轻总系统的重量，同时采用分散布置的发动机可大大减少总系统的噪声。
　　但是，由于尺寸很小，低雷诺数流动效应、发动机的制造误差及其相应对密封和间隙的影响、需要非润滑的空气轴承、三维叶轮机造型和燃烧效率都是这些推进系统的主要技术难题。另外，高的旋转速度(最高可超过2×106转/分)也是影响这些超微型发动机结构/机械设计的因素。
　　超微型发动机的关键技术包括：革新的燃烧技术、碳化硅和其他改进三维设计的先进超微型发动机材料的加工工艺、与亚微米传感器耦合的综合自主控制技术。
　　 共用核心机
　　 多风扇/推进器
　　共用核心机多风扇/推进器要求用一个中心发动机核心机驱动多个推力风扇。这种结构的优点是使超高涵道比发动机的推进效率更高，无需为适应一个单独的大型涡扇发动机而对飞机机体做根本的改变(如上单翼设计)。
　　这种结构主要存在动力传输的重量和损失问题。这些问题通过可变齿轮箱技术或在风扇叶片上安装叶尖涡轮叶片予以缓解。这些问题也可通过直接传动的串列风扇而不是并列排列的结构来回避。另一种可能的结构是用核心机排气驱动两个与串列风扇相连的离轴涡轮。多风扇核心机将要求发展新的独立进气道，以达到涵道比和飞机一体化方面的好处。这将要求轻重量的结构，可能还需要流动控制，以使重量最轻、进气道性能损失最小。
　　在研究阶段，利用"燃气涡轮革新"计划获得的科技（气体动力学、机械、材料、结构、制造等）成果，可解决各种分布式推进系统都存在的共同的性能挑战（如低雷诺数流动、附面层干扰和燃料管理系统）。
　　未来亚声速和高超声速运输机用高度综合的分布式推进系统将具有V/STOL和推进可控飞机（PCA）的能力，并具有智能化、自修复的特性。
　　 分布式排气系统
　　分布式排气系统要求用一个主发动机和一个或多个涵道喷管策略地分配飞机上的推力。分布式排气结构在性能方面存在喷管粘性损失，因而只有在显示出对低速升力和/或巡航阻力极端的敏感性后，才能在飞机系统上找到自己的位置。因此，分布式排气系统将更适用于超声速巡航，在这种状态下，起飞噪声大小和持续超声速巡航阻力是最主要的考虑因素。
　　民用超声速巡航飞行器的高长宽比喷管具有减少噪声和降低喷管重量的潜力。
　　预计，用一个机翼后缘二维掺混器/引射器喷管和相对低的排气高度下最多可减少跑道侧面噪声10分贝。
　　另外，对同样的喷管压比来说，高长宽比造成喷管尺寸更短，并有与机翼分摊结构负荷的可能。这相当于使喷管重量和推进系统有关的巡航阻力减少了50%。这种结构也将通过机翼后缘襟翼吹风和推力矢量提高低速升力，并减少所需的起飞跑道长度和噪声。
　　采用分布/推力矢量排气和超微型发动机进行流动控制的混合系统也很有吸引力。为减少由于增大喷管表面和增加内部流动转弯引起的性能损失，可用超微型发动机进行附面层控制和冷却，这种方法可能被动地利用了喷管的废热来驱动超微型发动机。废热回收将降低排气温度，增加主分布式推进系统的效率。
　　超微型发动机还通过主喷管的射流"重构"进行虚拟的形状控制，这将减少或取消机械作动，同时减少内部的粘性损失和废热。
　　替代能源推进系统
　　 21世纪的航空推进系统将从今天依靠化学燃烧的能源逐渐转向一个采用混合能源的系统，最后将转向大部分依赖于电化学能源。
　　向绿色发动机过渡的第一步是实验性地发展以燃料电池为动力装置的无人机和通用航空飞机。
　　燃料电池是一种不经过燃烧，将氢直接转化为电能和热量的电化学设备，其效率是内燃发动机的两倍以上。燃料电池是绿色发动机，因为它以氢为能源，排气中只有水，污染非常小；结构简单，可靠性更高，有利于提高安全性和降低维修成本，而且，它还可以大大减少推进系统的噪声；燃料电池技术还允许设计者发展非传统的动力装置和机体结构。
　　目前，燃料电池正逐渐成为小飞机推进和辅助动力装置（APU）的可行选择，并且也有可能成为未来大尺寸民用飞机的推进系统。美国波音公司计划在波音737飞机上验证一种基于燃料电池的辅助动力装置，并可能在2010年以后在民用飞机上采用。
　　同时发展的还有基于固态氧化物燃料电池（SOFC）的先进的APU。波音公司预计，这种电池可使效率提高45%，相当于一架典型的波音777飞机每年节省340500千克燃油。
　　预计，燃料电池技术将在2010年左右完全成熟并得到实际应用。
　　燃料电池的主要挑战是燃料电池和动力管理系统的重量和氢燃料系统的体积。热管理是燃料电池动力实用的关键，需要更严格的模拟。要使电动飞机在经济上可行，必须建立一个高效的、安全的机场氢燃料供给设施。
　　为了使全电推进有生命力，对基于微机电技术的分布式矢量推进、超微型燃料电池和其他电化学与纯储电设备（如超级电池和电容器）的投资要足够的少，而且生产的数量要足够的多。这些设备将设置在飞机内，充分利用结构负荷分摊和双功能系统（即分布式推进和控制）的优势。
　　随着电子工业的不断发展，这些和其他电气元件（如高温超导体）的能力和经济承受性将不断改善。
　　未来的电推进亚声速运输机将有可能采用小型分布式的电动机和风扇。与沿翼展分布排列的发动机结构相似，这些结构将利用远距离的风扇和电动机，提供向前的推进力，并可能与吹气式机翼/襟翼耦合，以提供起飞时的高升力。
　　这种结构的主要优点是采用一种中央高效的核心发电设备。它可能是燃料电池或中央燃气涡轮APU。与独立的分布式燃料供应系统（分布式发动机有可能采用）相比，向远距离风扇传输电力是一种更安全、更高效的途径。在APU的结构中，剩余的APU电力也用于飞行，以满足乘客/飞机对电力和通信不断增加的需求。