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进入21世纪，创新的号角响彻寰宇。对于凝聚现代工业制造技术精华，集技术密集、资本密集、风险密集于一身的航空工业而言，创新的意义则更显不凡。正如空客公司总裁法布里斯？布利叶所说：“创新一直是空客的立足之本，并且已经深深地植根于空客的基因中，是空客持续健康发展的基础。”
随着新的制造商逐步进入民用飞机制造领域，这一市场的竞争也变得越发激烈。制造商们为了捍卫各自的市场份额，在下一代航空技术预研方面丝毫不敢懈怠，从全新的飞机外形布局到无人驾驶系统，全透明客舱到电推进飞机，所有这些让下一代飞机与在役飞机相比将实现质的飞跃。但由于这些新技术研发耗时久、耗资巨大，仅凭制造商一己之力是难以完成的，在这些制造商的背后是美国国家航空航天局、欧盟，甚至是政府这只无形的手在持续不断地大力支持。
全新的支线飞机布局
加拿大在支线飞机和喷气式公务机领域都有十分成功的产品，目前正凭借C系列飛机向窄体客机领域进军。为了巩固这来之不易的地位，加拿大将航空技术的研究重点聚焦于如何提高小型民用飞机（相对宽体飞机）的效率。
目前，加拿大多伦多大学航空宇航学院（UTIAS）正在开展一项名为“未来中小型民机创新布局”的研究。研究人员发现，近年来制造商们热衷于研发的翼身融合（BWB）等非传统布局对于宽体客机来说确实能够提高飞机燃油效率，但这种新结构对于支线飞机等小型飞机来说，在提高效率方面并没有太大的帮助。
UTIAS的研究人员通过采用气动外形优化技术，将筒状机身加机翼布局、翼身融合布局和升力机身布局分别应用在100座级支线飞机、160座级窄体客机、220座级宽体客机和 300座级大型宽体客机上进行对比研究。研究发现，翼身融合布局相对传统布局的宽体客机可降低约10.9%的燃油消耗。但随着飞机尺寸的减小，翼身融合布局的优势也随之减少，这一结论与NASA和其他科研机构的研究结果一致。因此，相对于传统布局的支线飞机来说，翼身融合布局基本没有额外的燃油收益。
为此，UTIAS的研究人员将目光聚焦到升力机身布局（LFC）。这种布局最显著的特点是细长的机身中心体和全新设计的机翼。试验结果表明，100座级支线飞机采用升力机身布局可降低6%～8%的燃油消耗。
UTIAS的研究人员表示，翼身融合布局经常被提到的优势之一是，相比传统筒状机身加机翼布局有着更低的浸湿面积。浸湿面积是指飞机与气流的接触面积，与阻力直接相关，更低的浸湿面积意味着阻力更小。但研究发现，这一优势对于大型飞机来说更加明显，对于支线和窄体干线飞机来说，翼身融合布局的浸湿面积反而要高出14%～18%。
为此，研究人员应用气动外形优化技术，以浸湿面积最小化为目标，对传统布局飞机优化后得到了全新的升力机身布局。相比翼身融合布局，尽管升力机身布局的机身较窄，但机身中心体也承担了25%～32%的升力。虽然比机身承担31%～43%总升力的翼身融合布局稍低，但比传统筒状机身承担的12%～13%还是高出不少。
目前，UTIAS的首要工作是寻找适用于下一代支线飞机的最优布局，有许多设计细节还有待进一步优化，如现有的设计中没有考虑尾部构型和发动机位置等。
电动飞机试验台
目前，电动飞机的研发正在如火如荼地进行，但现有的研究成果要真正实现商业化还有很长的路要走。首先，电推进系统必须先在地面完成大规模和高功率试验，以解决安全性问题。
飞机电推进系统必须做到重量轻，而且要在高功率、高电压和高空环境下工作，这些苛刻的条件是过去其他行业从未有过的。
为了填补实验室和实际飞行之间的空缺，NASA正在建造一个全新的试验设施——“NASA电动飞机试验台（NEAT）”，以实现未来单通道飞机全尺寸、实际飞行重量的动力装置在地面完成直到技术成熟度6级的试验，为实际飞行做好准备。
2016年9月，NASA在该设施中进行了第一次低功耗测试，使用一对电动机来模拟通用电气CF34涡扇发动机。如今，在这个试验台里还配备了足以为波音737大小的飞机提供动力的电驱动动力装置，来测试带后边界层推进的单通道涡轮电推进飞机（STARC-ABL）。根据NASA的规划，STARC-ABL将是未来用于航线运营的混合电动飞机的概念机。
STARC-ABL驱动系统的测试计划于2017年9月开始，功率为0.5兆瓦，到2018年将增至2.6兆瓦左右。根据计划，NASA在未来将对不同电气化阶段的150座级单通道客机的电推进装置进行测试。
根据计划，NEAT试验台将于2017年8月完成建造工作。测试将从混合电动地面车辆中使用的货架产品牵引电机开始。
在STARC-ABL概念中，尾部中的涵道风扇可吸收在机身上缓慢移动的边界层，为尾流注入能量，从而减少阻力。如此就减少了巡航所需的涡轮风扇发动机的尺寸，从而降低油耗。NASA的设计研究表明，尽管有额外的电气部件、风扇和涵道（这部分对节省燃油贡献20%），但完整的推进系统仍可以降低7%～12%的燃油消耗。
在NEAT试验台中，每个涡轮风扇由一对电动机模拟，这对电动机被控制以匹配燃气涡轮发动机的速度、扭矩和惯性曲线运行。尾部推进器是由成对的电动机模拟的，这些电动机被控制以模拟不同高度的涵道风扇的动力。
测试将从8个250千瓦的电动机对开始，为涵道风扇提供0.5兆瓦功率。到2018年，当为NASA开发的高功率电机可用时，该试验台将从每个模拟涡轮风扇产生1.4兆瓦功率提高到2.6兆瓦功率。
目前，NASA正在资助5个不同的项目来开发1兆瓦的电机，这些电机对于航空业来说是足够高效和轻便的。
空中“超级公路” 在美国联邦航空局（FAA）证明基于飞机的网状网络进行宽带数据分发的可行性十多年之后，位于加州的机载无线网络公司（AWN）推出了一项为客户提供宽带服务的新业务，可使航空公司在5年内从这项业务获得额外收入。
事实上，早在10年前，FAA和承包商进行的类似机载互联网试验已证明了此概念的可行性。机载网络采用3架飞机进行飞行试验，概念验证系统包含一个90Mbps的系统和一个仅25kHz的航空信道，试验证明空中网状网络能提供宽带覆盖。两个系统在3架飞机和多个地面站之间同时工作，所有试验均按标准的网络协议进行。
如今，名为“Infinitus超级公路”的系统将创建一个宽带通信渠道，将地面站和飞机作为节点和中继器进行远程数据传输，形成类似于SpaceX和其他卫星公司所提議的网状网络。两种网络的目的是提供替代地面电缆和光纤的宽带技术，同时允许航空公司挖掘数据用于客舱和驾驶舱，并通过向其他用户传输数据来盈利。
目前，关于 “Infinitus超级公路”的具体细节尚未透露，如飞机之间和飞机与地面站之间的上行/下行的频带、定向天线的类型和尺寸、航空公司安装或赚钱的业务模式以及网状网络控制系统的类型和地点等。
AWN公司计划进行一系列飞行试验和针对大量的飞机型号开展补充型号认证（STC），并计划在2年～5年内推出这项服务。首个开展补充认证的机型将是波音757-200。
为此，公司计划对租赁来的3架757-200飞机进行改装。飞机将会在背部和腹部安装定向天线，在机内配备相关电子设备，2017年第一季度进行概念验证飞行试验。随后，AWN公司将用约18个月的时间完成其他所有试验。试验最终目标是用3架飞机作为通信链从一个地面站无缝地远程传输宽带数据。
更轻松、安全的驾驶
未来，无人驾驶可能是航空技术发展的重要趋势之一。然而，现阶段自主技术的发展和安全水平还无法实现这样的功能。为此，美国国防部高级计划研究局（DARPA）正在进行一项名为“机组驾驶舱工作自动化系统（ALIAS）”的项目，目的在于将自主技术用于现役的有人驾驶飞机，从而达到降低机组人员工作负荷和提高安全性的目的，并帮助飞行员建立对自动化的信任，减少某些任务中机组人员的数量。
ALIAS的演示验证包括多项技术，这些技术可以为几乎所有的飞机带来自主性，即使是没有航电数据总线的飞机。这些技术包括用摄像头系统读出模拟仪表的读数、使用机械手臂移动控制杆、采用联网的平板电脑让地面和空中多用户协同控制飞机。参与竞标的极光飞行科学公司在2016年10月对该项目进行了演示验证试验。
极光飞行科学公司研制了先进的感知系统，该系统具备监视仪表和向飞行员告警的能力。在验证试验中，极光公司对DARPA提供的用于试飞的塞斯纳公司的“大篷车”飞机进行了改装，在座舱右侧加装其研制的感知系统。感知系统包含4个摄像头，用于监控有关仪表、开关和控制按钮。该系统能够读出指针和开关的位置，并将其数字化，然后将这些飞机状态数据传送给ALIAS。
取代右边座椅的是一个固定在底座上的作动器，它能够移动控制杆和脚蹬。此外，还有一个六自由度的机械臂，它能够移动油门杆和放下襟翼。飞行员能够快速操控机械臂，机械臂的动作如果和飞行员的操作冲突，它自己会撤回动作。
极光公司开发的自主系统的关键，除了具备监视和告警功能的感知系统，更重要的是自主获得需要的驾驶飞机的知识，而且这些知识必须经过消化吸收以适应不同的平台。这包括飞行动力学模型和飞行员手册中所有的正常和不正常状态的操作程序。
在地面试验中，这一知识就正式得以应用。经过模拟起飞之后，飞行员用平板电脑接入ALIAS。机械臂移动抓取油门杆，系统接管了飞机。飞行员使用平板电脑发出九十度转弯的命令，系统读出仪表信息，机械臂移动油门杆向上以保持高度。
其后，极光公司演示了自主系统如何能够帮助迷失方向的飞行员从不利的姿态中通过迅速把控制权交给ALIAS而稳定飞机至水平飞行状态。然后，通过模拟齿轮箱污染导致发动机失效演示了系统对于飞行手册中操作程序知识的掌握。
演示过程如下：感知系统“看”到告警灯亮起，马上“观察”滑油压力表。根据飞行手册，如果压力保持在某个水平之上，则告警不严重。但系统“看到”滑油压力明显下降，并且低压告警灯亮起。ALIAS向飞行员发出警告，并将发动机故障的检查单调取出来显示在平板电脑上。飞行员确认发动机故障，系统将油门杆拉回到空转状态，把飞机调整到最佳滑翔速度。然后，飞行员执行检查单，以上的一些任务派给了ALIAS。感知系统继续监视飞行员的行动和座舱的指示，以确认检查单的条目是否都得到严格执行。如果有必要的话，它会随时提醒飞行员。
未来，极光公司将开展感知和声音识别系统研发，从而让飞行员能够与ALIAS进行语言互动，就像机长与副机长交流一样。在自动化技术的推动下，未来的飞行或将变得更加科幻。
随着新的制造商逐步进入民用飞机制造领域，这一市场的竞争也变得越发激烈。制造商们为了捍卫各自的市场份额，在下一代航空技术预研方面丝毫不敢懈怠，从全新的飞机外形布局到无人驾驶系统，全透明客舱到电推进飞机，所有这些让下一代飞机与在役飞机相比将实现质的飞跃。但由于这些新技术研发耗时久、耗资巨大，仅凭制造商一己之力是难以完成的，在这些制造商的背后是美国国家航空航天局、欧盟，甚至是政府这只无形的手在持续不断地大力支持。
全新的支线飞机布局
加拿大在支线飞机和喷气式公务机领域都有十分成功的产品，目前正凭借C系列飛机向窄体客机领域进军。为了巩固这来之不易的地位，加拿大将航空技术的研究重点聚焦于如何提高小型民用飞机（相对宽体飞机）的效率。
目前，加拿大多伦多大学航空宇航学院（UTIAS）正在开展一项名为“未来中小型民机创新布局”的研究。研究人员发现，近年来制造商们热衷于研发的翼身融合（BWB）等非传统布局对于宽体客机来说确实能够提高飞机燃油效率，但这种新结构对于支线飞机等小型飞机来说，在提高效率方面并没有太大的帮助。
UTIAS的研究人员通过采用气动外形优化技术，将筒状机身加机翼布局、翼身融合布局和升力机身布局分别应用在100座级支线飞机、160座级窄体客机、220座级宽体客机和 300座级大型宽体客机上进行对比研究。研究发现，翼身融合布局相对传统布局的宽体客机可降低约10.9%的燃油消耗。但随着飞机尺寸的减小，翼身融合布局的优势也随之减少，这一结论与NASA和其他科研机构的研究结果一致。因此，相对于传统布局的支线飞机来说，翼身融合布局基本没有额外的燃油收益。
为此，UTIAS的研究人员将目光聚焦到升力机身布局（LFC）。这种布局最显著的特点是细长的机身中心体和全新设计的机翼。试验结果表明，100座级支线飞机采用升力机身布局可降低6%～8%的燃油消耗。
UTIAS的研究人员表示，翼身融合布局经常被提到的优势之一是，相比传统筒状机身加机翼布局有着更低的浸湿面积。浸湿面积是指飞机与气流的接触面积，与阻力直接相关，更低的浸湿面积意味着阻力更小。但研究发现，这一优势对于大型飞机来说更加明显，对于支线和窄体干线飞机来说，翼身融合布局的浸湿面积反而要高出14%～18%。
为此，研究人员应用气动外形优化技术，以浸湿面积最小化为目标，对传统布局飞机优化后得到了全新的升力机身布局。相比翼身融合布局，尽管升力机身布局的机身较窄，但机身中心体也承担了25%～32%的升力。虽然比机身承担31%～43%总升力的翼身融合布局稍低，但比传统筒状机身承担的12%～13%还是高出不少。
目前，UTIAS的首要工作是寻找适用于下一代支线飞机的最优布局，有许多设计细节还有待进一步优化，如现有的设计中没有考虑尾部构型和发动机位置等。
电动飞机试验台
目前，电动飞机的研发正在如火如荼地进行，但现有的研究成果要真正实现商业化还有很长的路要走。首先，电推进系统必须先在地面完成大规模和高功率试验，以解决安全性问题。
飞机电推进系统必须做到重量轻，而且要在高功率、高电压和高空环境下工作，这些苛刻的条件是过去其他行业从未有过的。
为了填补实验室和实际飞行之间的空缺，NASA正在建造一个全新的试验设施——“NASA电动飞机试验台（NEAT）”，以实现未来单通道飞机全尺寸、实际飞行重量的动力装置在地面完成直到技术成熟度6级的试验，为实际飞行做好准备。
2016年9月，NASA在该设施中进行了第一次低功耗测试，使用一对电动机来模拟通用电气CF34涡扇发动机。如今，在这个试验台里还配备了足以为波音737大小的飞机提供动力的电驱动动力装置，来测试带后边界层推进的单通道涡轮电推进飞机（STARC-ABL）。根据NASA的规划，STARC-ABL将是未来用于航线运营的混合电动飞机的概念机。
STARC-ABL驱动系统的测试计划于2017年9月开始，功率为0.5兆瓦，到2018年将增至2.6兆瓦左右。根据计划，NASA在未来将对不同电气化阶段的150座级单通道客机的电推进装置进行测试。
根据计划，NEAT试验台将于2017年8月完成建造工作。测试将从混合电动地面车辆中使用的货架产品牵引电机开始。
在STARC-ABL概念中，尾部中的涵道风扇可吸收在机身上缓慢移动的边界层，为尾流注入能量，从而减少阻力。如此就减少了巡航所需的涡轮风扇发动机的尺寸，从而降低油耗。NASA的设计研究表明，尽管有额外的电气部件、风扇和涵道（这部分对节省燃油贡献20%），但完整的推进系统仍可以降低7%～12%的燃油消耗。
在NEAT试验台中，每个涡轮风扇由一对电动机模拟，这对电动机被控制以匹配燃气涡轮发动机的速度、扭矩和惯性曲线运行。尾部推进器是由成对的电动机模拟的，这些电动机被控制以模拟不同高度的涵道风扇的动力。
测试将从8个250千瓦的电动机对开始，为涵道风扇提供0.5兆瓦功率。到2018年，当为NASA开发的高功率电机可用时，该试验台将从每个模拟涡轮风扇产生1.4兆瓦功率提高到2.6兆瓦功率。
目前，NASA正在资助5个不同的项目来开发1兆瓦的电机，这些电机对于航空业来说是足够高效和轻便的。
空中“超级公路” 在美国联邦航空局（FAA）证明基于飞机的网状网络进行宽带数据分发的可行性十多年之后，位于加州的机载无线网络公司（AWN）推出了一项为客户提供宽带服务的新业务，可使航空公司在5年内从这项业务获得额外收入。
事实上，早在10年前，FAA和承包商进行的类似机载互联网试验已证明了此概念的可行性。机载网络采用3架飞机进行飞行试验，概念验证系统包含一个90Mbps的系统和一个仅25kHz的航空信道，试验证明空中网状网络能提供宽带覆盖。两个系统在3架飞机和多个地面站之间同时工作，所有试验均按标准的网络协议进行。
如今，名为“Infinitus超级公路”的系统将创建一个宽带通信渠道，将地面站和飞机作为节点和中继器进行远程数据传输，形成类似于SpaceX和其他卫星公司所提議的网状网络。两种网络的目的是提供替代地面电缆和光纤的宽带技术，同时允许航空公司挖掘数据用于客舱和驾驶舱，并通过向其他用户传输数据来盈利。
目前，关于 “Infinitus超级公路”的具体细节尚未透露，如飞机之间和飞机与地面站之间的上行/下行的频带、定向天线的类型和尺寸、航空公司安装或赚钱的业务模式以及网状网络控制系统的类型和地点等。
AWN公司计划进行一系列飞行试验和针对大量的飞机型号开展补充型号认证（STC），并计划在2年～5年内推出这项服务。首个开展补充认证的机型将是波音757-200。
为此，公司计划对租赁来的3架757-200飞机进行改装。飞机将会在背部和腹部安装定向天线，在机内配备相关电子设备，2017年第一季度进行概念验证飞行试验。随后，AWN公司将用约18个月的时间完成其他所有试验。试验最终目标是用3架飞机作为通信链从一个地面站无缝地远程传输宽带数据。
更轻松、安全的驾驶
未来，无人驾驶可能是航空技术发展的重要趋势之一。然而，现阶段自主技术的发展和安全水平还无法实现这样的功能。为此，美国国防部高级计划研究局（DARPA）正在进行一项名为“机组驾驶舱工作自动化系统（ALIAS）”的项目，目的在于将自主技术用于现役的有人驾驶飞机，从而达到降低机组人员工作负荷和提高安全性的目的，并帮助飞行员建立对自动化的信任，减少某些任务中机组人员的数量。
ALIAS的演示验证包括多项技术，这些技术可以为几乎所有的飞机带来自主性，即使是没有航电数据总线的飞机。这些技术包括用摄像头系统读出模拟仪表的读数、使用机械手臂移动控制杆、采用联网的平板电脑让地面和空中多用户协同控制飞机。参与竞标的极光飞行科学公司在2016年10月对该项目进行了演示验证试验。
极光飞行科学公司研制了先进的感知系统，该系统具备监视仪表和向飞行员告警的能力。在验证试验中，极光公司对DARPA提供的用于试飞的塞斯纳公司的“大篷车”飞机进行了改装，在座舱右侧加装其研制的感知系统。感知系统包含4个摄像头，用于监控有关仪表、开关和控制按钮。该系统能够读出指针和开关的位置，并将其数字化，然后将这些飞机状态数据传送给ALIAS。
取代右边座椅的是一个固定在底座上的作动器，它能够移动控制杆和脚蹬。此外，还有一个六自由度的机械臂，它能够移动油门杆和放下襟翼。飞行员能够快速操控机械臂，机械臂的动作如果和飞行员的操作冲突，它自己会撤回动作。
极光公司开发的自主系统的关键，除了具备监视和告警功能的感知系统，更重要的是自主获得需要的驾驶飞机的知识，而且这些知识必须经过消化吸收以适应不同的平台。这包括飞行动力学模型和飞行员手册中所有的正常和不正常状态的操作程序。
在地面试验中，这一知识就正式得以应用。经过模拟起飞之后，飞行员用平板电脑接入ALIAS。机械臂移动抓取油门杆，系统接管了飞机。飞行员使用平板电脑发出九十度转弯的命令，系统读出仪表信息，机械臂移动油门杆向上以保持高度。
其后，极光公司演示了自主系统如何能够帮助迷失方向的飞行员从不利的姿态中通过迅速把控制权交给ALIAS而稳定飞机至水平飞行状态。然后，通过模拟齿轮箱污染导致发动机失效演示了系统对于飞行手册中操作程序知识的掌握。
演示过程如下：感知系统“看”到告警灯亮起，马上“观察”滑油压力表。根据飞行手册，如果压力保持在某个水平之上，则告警不严重。但系统“看到”滑油压力明显下降，并且低压告警灯亮起。ALIAS向飞行员发出警告，并将发动机故障的检查单调取出来显示在平板电脑上。飞行员确认发动机故障，系统将油门杆拉回到空转状态，把飞机调整到最佳滑翔速度。然后，飞行员执行检查单，以上的一些任务派给了ALIAS。感知系统继续监视飞行员的行动和座舱的指示，以确认检查单的条目是否都得到严格执行。如果有必要的话，它会随时提醒飞行员。
未来，极光公司将开展感知和声音识别系统研发，从而让飞行员能够与ALIAS进行语言互动，就像机长与副机长交流一样。在自动化技术的推动下，未来的飞行或将变得更加科幻。