1. Technische kenmerken vaneVTOL-motor
In gedistribueerde elektriciteitBij de voortstuwing drijven motoren meerdere propellers of ventilatoren op de vleugels of romp aan om een voortstuwingssysteem te vormen dat stuwkracht levert aan het vliegtuig. De vermogensdichtheid van de motor heeft direct invloed op het laadvermogen van het vliegtuig. Het vermogen, de betrouwbaarheid en de omgevingsbestendigheid van de motor zijn belangrijke factoren voor het bepalen van de dynamische eigenschappen en de veiligheid van het elektrisch aangedreven vliegtuig. De keuze voor elektrische voertuigen, drones en eVTOL-motoren verschilt vanwege uiteenlopende kosten, toepassingsscenario's en andere redenen [1].
(Bron foto: officiële website van Network/Safran)
1) Elektrische voertuigen: meer permanente magneetsynchrone motoren,Permanentmagneetmotoren met een hoger rendement en een hoger koppel kunnen een betere rijervaring bieden. Tegelijkertijd kan de hoge vermogensdichtheid van permanentmagneetmotoren elektrische voertuigen helpen om meer vermogen te leveren bij hetzelfde volume.
(2) UAV: veelgebruikte borstellozeDC-motor.De borstelloze DC-motor heeft een laag gewicht en weinig geluid, en de onderhoudskosten zijn laag, waardoor hij geschikt is voor de vliegeisen van UAV's. Ten tweede heeft de borstelloze DC-motor een hogere snelheid, wat hem geschikt maakt voor de hogesnelheidsvluchten van drones. DJI gebruikt bijvoorbeeld borstelloze motoren.
(3) eVTOL: Hogere eisen aan motorrendement en koppeldichtheid. De permanentmagneet-synchrone motor is een zeer veelbelovende oplossing voor elektrische aandrijfsystemen, omdat de axiale flux permanentmagneetmotor een hoge benutting van de radiale ruimte heeft en de vermogensdichtheid en koppeldichtheid voordelen bieden bij een kleine lengte-diameterverhouding. De huidige elektrische VTOL-vliegtuigen, zoals de Joby S4 en de Archer Midnight, maken allemaal gebruik van permanentmagneet-synchrone motoren [1].
De volgende afbeelding toont het wolkdiagram van de magnetische inductie-intensiteit van de vaste rotor van een axiale fluxmotor met één stator en één rotor.
De volgende afbeelding toont een vergelijking van de parameters van elektromotoren voor elektrische vliegtuigen en elektrische voertuigen.
2. Ontwikkelingstrend van eVTOL-motoren
Momenteel is de belangrijkste ontwikkelingstrend van eVTOL-aandrijfsystemen het verminderen van het gewicht van de motorstructuur en het hulpgewicht van het koelsysteem door verbetering van de elektromagnetische ontwerptechnologie, thermische beheertechnologie en lichtgewichttechnologie, en het voortdurend verbeteren van de vermogensdichtheid van de motor en het vermogen dat onder uiteenlopende omstandigheden kan worden geleverd. Volgens "Onderzoek en ontwikkeling van vliegende auto's en sleuteltechnologieën" is het voor de luchtvaartmotor mogelijk om een nominale vermogensdichtheid van de motorbehuizing van meer dan 5 kW/kg te bereiken door gebruik te maken van isolatiematerialen met hogere temperatuurlimieten, permanente magneetmaterialen met een hogere magnetische energiedichtheid en lichtere constructiematerialen. Door het verbeteren van het elektromagnetische structuurontwerp van de motor, zoals het gebruik van Halbach-magnetische arrays, een ijzerloze kernstructuur, Litz-draadwikkeling en andere technologieën, en door het verbeteren van het warmteafvoerontwerp van de motor, wordt verwacht dat de nominale vermogensdichtheid van de motorbehuizing in 2030 10 kW/kg kan bereiken en in 2035 meer dan 13 kW/kg zal bedragen [1].
3. Vergelijking van volledig elektrische en hybride routes
Vergeleken met de volledig elektrische route en de hybride route, is het binnenlandse eVTOL-project, op basis van de huidige selectie van relevante fabrikanten, voornamelijk gebaseerd op het volledig elektrische schema. Dit wordt beperkt door de energiedichtheid van lithium-ionbatterijen, en eVTOL's met een lage passagierscapaciteit zijn het meest geschikt voor de volledig elektrische aandrijftechnologie. In het buitenland hebben sommige fabrikanten al een hybride plan opgesteld en hebben ze meerdere test- en iteratierondes doorlopen. Zoals blijkt uit de onderstaande tabel, is het hybride schema duidelijk sterker wat betreft het uithoudingsvermogen en kan het in de toekomst meer toepassingen vinden in scenario's voor middellange tot lange afstanden en lage hoogtes [1].
Geplaatst op: 27 februari 2025