1. Τεχνικά χαρακτηριστικά τουΚινητήρας eVTOL
In κατανεμημένη ηλεκτρική ενέργειαΠρόωση, οι κινητήρες κινούν πολλαπλές έλικες ή ανεμιστήρες στα φτερά ή την άτρακτο για να σχηματίσουν ένα σύστημα πρόωσης που παρέχει ώθηση στο αεροσκάφος. Η πυκνότητα ισχύος του κινητήρα επηρεάζει άμεσα τη χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου του αεροσκάφους. Η χωρητικότητα ισχύος εξόδου, η αξιοπιστία και η περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα του κινητήρα είναι σημαντικοί παράγοντες για τον προσδιορισμό των δυναμικών χαρακτηριστικών και της ασφάλειας του ηλεκτροκίνητου αεροσκάφους. Η επιλογή ηλεκτρικών οχημάτων, drones και κινητήρων eVTOL διαφέρει λόγω διαφορετικού κόστους, σεναρίων εφαρμογής και άλλων λόγων [1].
(Πηγή φωτογραφίας: Επίσημη ιστοσελίδα Network/Safran)
1) Ηλεκτρικά οχήματα: περισσότερος μόνιμος μαγνήτηςσύγχρονοι κινητήρες,Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη με υψηλότερη απόδοση και υψηλότερη ροπή μπορούν να προσφέρουν καλύτερη εμπειρία οδήγησης. Ταυτόχρονα, η υψηλή πυκνότητα ισχύος των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη μπορεί επίσης να βοηθήσει τα ηλεκτρικά οχήματα να αποκτήσουν υψηλότερη ισχύ υπό την ίδια ένταση.
(2) UAV: συνήθως χρησιμοποιούμενο χωρίς ψήκτρεςΚινητήρας συνεχούς ρεύματος.Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες έχει χαμηλό βάρος και θόρυβο, και το κόστος συντήρησης είναι χαμηλό, κάτι που είναι κατάλληλο για τις απαιτήσεις πτήσης των UAV. Δεύτερον, η ταχύτητα του κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες είναι υψηλότερη, κάτι που είναι κατάλληλο για τις ανάγκες πτήσης υψηλής ταχύτητας των drones. Για παράδειγμα, η DJI χρησιμοποιεί κινητήρες χωρίς ψήκτρες.
(3) eVTOL: Υψηλότερες απαιτήσεις για την απόδοση του κινητήρα και την πυκνότητα ροπής, ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη αποτελεί μια πολύ πολλά υποσχόμενη λύση για το ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης, επειδή ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη αξονικής ροής έχει υψηλό ποσοστό αξιοποίησης του ακτινικού χώρου και η πυκνότητα ισχύος και η πυκνότητα ροπής έχουν πλεονεκτήματα στην περίπτωση του μικρού λόγου μήκους και διαμέτρου. Τα τρέχοντα ηλεκτρικά αεροσκάφη VTOL, όπως τα Joby S4 και Archer Midnight, υιοθετούν όλα σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη [1].
Το παρακάτω σχήμα δείχνει την εικόνα νέφους της έντασης μαγνητικής επαγωγής σταθερού ρότορα ενός κινητήρα αξονικής ροής ενός ρότορα με έναν στάτορα
Το ακόλουθο σχήμα αποτελεί σύγκριση των παραμέτρων του κινητήρα ηλεκτρικού αεροσκάφους και του ηλεκτρικού οχήματος.
2. Η τάση ανάπτυξης κινητήρων eVTOL
Προς το παρόν, η κύρια τάση ανάπτυξης του συστήματος ισχύος eVTOL είναι η μείωση του βάρους της δομής του κινητήρα και του βοηθητικού βάρους του συστήματος ψύξης μέσω της βελτίωσης της τεχνολογίας ηλεκτρομαγνητικού σχεδιασμού, της τεχνολογίας θερμικής διαχείρισης και της τεχνολογίας ελαφρού βάρους, και η συνεχής βελτίωση της πυκνότητας ισχύος του κινητήρα και της χωρητικότητας εξόδου ισχύος σε ένα ευρύ φάσμα μεταβλητών συνθηκών. Σύμφωνα με την «Έρευνα και Ανάπτυξη Ιπτάμενων Αυτοκινήτων και Βασικών Τεχνολογιών», ο κινητήρας πρόωσης αεροπορίας μπόρεσε να κάνει την ονομαστική πυκνότητα ισχύος του σώματος του κινητήρα πάνω από 5kW/kg χρησιμοποιώντας μονωτικά υλικά με υψηλότερα όρια θερμοκρασίας, υλικά μόνιμου μαγνήτη με υψηλότερη πυκνότητα μαγνητικής ενέργειας και ελαφρύτερα δομικά υλικά. Βελτιώνοντας τον σχεδιασμό της ηλεκτρομαγνητικής δομής του κινητήρα, όπως η χρήση μαγνητικής διάταξης Halbach, δομής χωρίς πυρήνα σιδήρου, περιέλιξης σύρματος Litz και άλλων τεχνολογιών, καθώς και βελτιώνοντας τον σχεδιασμό απαγωγής θερμότητας του κινητήρα, αναμένεται ότι η ονομαστική πυκνότητα ισχύος του σώματος του κινητήρα μπορεί να φτάσει τα 10kW/kg το 2030 και η ονομαστική πυκνότητα ισχύος θα ξεπεράσει τα 13kW/kg το 2035 [1].
3. Σύγκριση αμιγώς ηλεκτρικών και υβριδικών διαδρομών
Σε σύγκριση με την αμιγώς ηλεκτρική διαδρομή και την υβριδική διαδρομή, από την τρέχουσα επιλογή σχετικών κατασκευαστών, το εγχώριο έργο eVTOL βασίζεται κυρίως στο αμιγώς ηλεκτρικό σχήμα, που περιορίζεται από την ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου, και η χαμηλή χωρητικότητα επιβατών eVTOL είναι η καλύτερη σκηνή προσγείωσης της αμιγώς ηλεκτρικής τεχνολογίας πρόωσης. Στο εξωτερικό, ορισμένοι κατασκευαστές έχουν εκπονήσει το υβριδικό σχέδιο εκ των προτέρων και έχουν αναλάβει την ηγεσία σε πολλαπλούς γύρους δοκιμών και επαναλήψεων. Όπως φαίνεται από τον ακόλουθο πίνακα, το υβριδικό σχήμα είναι προφανώς ισχυρότερο στη γωνία αντοχής και μπορεί να επιτύχει περισσότερες εφαρμογές στο σενάριο κυκλοφορίας μεσαίων-μεγάλων αποστάσεων και χαμηλού υψομέτρου στο μέλλον [1].
Ώρα δημοσίευσης: 27 Φεβρουαρίου 2025