1. Charakterystyka technicznaSilnik eVTOL
In rozproszona energia elektrycznaNapęd – silniki napędzają wiele śmigieł lub wentylatorów na skrzydłach lub kadłubie, tworząc układ napędowy, który zapewnia ciąg samolotowi. Gęstość mocy silnika bezpośrednio wpływa na ładowność samolotu. Moc wyjściowa, niezawodność i zdolność silnika do adaptacji do warunków środowiskowych to ważne czynniki decydujące o dynamice i bezpieczeństwie samolotów z napędem elektrycznym. Wybór silników do pojazdów elektrycznych, dronów i eVTOL jest różny ze względu na różne koszty, scenariusze zastosowań i inne przyczyny [1].
(Źródło zdjęcia: oficjalna strona internetowa Network/Safran)
1) Pojazdy elektryczne: magnes bardziej trwałysilniki synchroniczne,Silniki z magnesami trwałymi o wyższej sprawności i wyższym momencie obrotowym mogą zapewnić lepsze wrażenia z jazdy. Jednocześnie wysoka gęstość mocy silników z magnesami trwałymi może pomóc pojazdom elektrycznym uzyskać większą moc przy tej samej objętości.
(2) UAV: powszechnie stosowany bezszczotkowySilnik prądu stałego.Bezszczotkowy silnik prądu stałego charakteryzuje się niską masą i hałasem, a także niskimi kosztami utrzymania, co jest odpowiednie dla wymagań lotu bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Po drugie, prędkość obrotowa bezszczotkowego silnika prądu stałego jest wyższa, co jest odpowiednie dla wymagań lotów z dużą prędkością, jakie stawiają drony. Na przykład DJI wykorzystuje silniki bezszczotkowe.
(3) eVTOL: Wyższe wymagania dotyczące sprawności silnika i gęstości momentu obrotowego sprawiają, że silnik synchroniczny z magnesami trwałymi stanowi bardzo obiecujące rozwiązanie dla elektrycznych układów napędowych, ponieważ silnik z magnesami trwałymi o strumieniu osiowym charakteryzuje się wysokim wskaźnikiem wykorzystania przestrzeni promieniowej, a gęstość mocy i momentu obrotowego mają zalety w przypadku małego stosunku długości do średnicy. Obecne elektryczne samoloty VTOL, takie jak Joby S4 i Archer Midnight, wykorzystują silniki synchroniczne z magnesami trwałymi [1].
Poniższy rysunek przedstawia obraz chmury stałej intensywności indukcji magnetycznej wirnika silnika o strumieniu osiowym z jednym stojanem i jednym wirnikiem.
Poniższy rysunek przedstawia porównanie parametrów silników samolotów elektrycznych i pojazdów elektrycznych
2.Trend rozwoju silników eVTOL
Obecnie głównym trendem rozwoju układu napędowego eVTOL jest zmniejszenie masy konstrukcji silnika i masy pomocniczej układu chłodzenia poprzez ulepszenie technologii projektowania elektromagnetycznego, technologii zarządzania termicznego i technologii lekkiej oraz ciągłą poprawę gęstości mocy silnika i mocy wyjściowej w szerokim zakresie zmiennych warunków. Zgodnie z „Badaniami i rozwojem latających samochodów i kluczowych technologii”, silnik napędowy samolotu był w stanie uzyskać znamionową gęstość mocy korpusu silnika większą niż 5 kW/kg dzięki zastosowaniu materiałów izolacyjnych o wyższych granicach temperatury, materiałów z magnesami trwałymi o wyższej gęstości energii magnetycznej i lżejszych materiałów konstrukcyjnych. Dzięki ulepszeniu konstrukcji struktury elektromagnetycznej silnika, takiej jak zastosowanie układu magnetycznego Halbach, struktury bez rdzenia żelaznego, uzwojenia drutu Litz i innych technologii, a także ulepszeniu konstrukcji rozpraszania ciepła silnika, oczekuje się, że znamionowa gęstość mocy korpusu silnika może osiągnąć 10 kW/kg w 2030 r., a znamionowa gęstość mocy przekroczy 13 kW/kg w 2035 r. [1].
3. Porównanie tras czysto elektrycznych i hybrydowych
W porównaniu z trasą czysto elektryczną i trasą hybrydową, z obecnego wyboru odpowiednich producentów, krajowy projekt eVTOL opiera się głównie na schemacie czysto elektrycznym, ograniczonym gęstością energetyczną akumulatorów litowo-jonowych, a eVTOL o niskiej pojemności pasażerskiej jest najlepszym miejscem lądowania technologii napędu czysto elektrycznego. Za granicą niektórzy producenci opracowali plan hybrydowy z wyprzedzeniem i przejęli inicjatywę w wielu rundach testów i iteracji. Jak widać z poniższej tabeli, schemat hybrydowy jest oczywiście silniejszy pod względem kąta wytrzymałości i może osiągnąć więcej zastosowań w scenariuszu ruchu średnio-długiego i niskiego pułapu w przyszłości [1].
Czas publikacji: 27-02-2025