航空机电与飞控领域继续向电气化及自主化方向发展(上)

 

 

 

 

前言：2022年，航空机电与飞控领域继续向电气化及自主化方向发展，取得了一系列成果。航空电力系统向着高能量转换效率、高功率密度、高能量密度等方向发展，航空电机性能持续提升。同时飞控系统和部件技术不断发展，自主飞行技术逐渐成熟。

01

 

欧盟多个多电项目取得阶段性成果

 

3月，欧盟“洁净天空”2计划资助的“带有健康监控的主飞控高可靠作动器”（REPRISE）项目成功设计完成飞机机电作动系统，并实施了测试及认证。该项目主要有两个目标：一是为飞机飞行控制舵面开发一种创新的机电作动器，具有尺寸小、重量轻、可靠性高等特性；二是为飞机机电作动系统开发可靠的健康管理软件，以增加安全裕度。该项目已达到技术成熟度4级，下一步是进一步开发这种技术，以获得更高的技术成熟度，并在特定应用中使用。

 

 

9月，欧盟洁净天空计划资助的“电刹车”（E-BRAKE）项目为小型飞机研发一种创新型机电刹车系统技术成熟度达到5级。该电刹车系统采用高精度机电组件制成，重量比现有产品轻15%，可使小型飞机减少燃料消耗，降低二氧化碳排放。

02

 

先进电力系统技术推陈出新

 

Crane航空航天电子公司为eFlyer 2提供新型高压直流变压器

 

4月，Crane航空航天电子公司将为Bye航空航天公司eFlyer 2系列电动飞机提供新型高压直流变压器。这种模块化的高压直流变压器填补了行业空白，适配传统、全电、混合电动/氢动力平台，功率4千瓦，输入电压范围为标称600伏，实际450~800伏，可将多种输入电源转换为机上传统的28伏直流或270伏直流电源，采用小型化设计，可并联，效率超过97%；另外，该器件还支持不同的冷却方式，如液冷、风冷和传导冷却等，为客户提供了更大的电气系统设计灵活性。

 

航天电子学公司为百合公司开发电动飞机配电系统

 

6月，百合公司选用航天电子学公司为其电动飞机设计、开发和制造配电系统，包括研制二次配电装置（SPDU）和充电配电装置（CPDU）。SPDU负责高压到低压的变换以及低压配电和保护，具有结构紧凑、重量轻等特点，确保电池向飞机关键系统可靠供电。CPDU管理电池充电操作，并为高压到低压的功率变换和低压配电提供额外和不同的电源，从而最大限度地减少CPDU和SPDU之间的常见故障模式。该系统还通过监测绝缘、检测和报告整个系统的短路风险，为飞机提供安全冗余。

 

GKN为VX4电动垂直起降飞机研制电气线路互联系统

 

7月，GKN航空航天公司完成为垂直航空航天公司首架VX4电动垂直起降（eVTOL）飞机开发的电气线路互联系统（EWIS）研制，该系统中最为关键的高压高功率互联（HVHPI）子系统将直接为VX4飞机的8个旋翼供电。GKN航空航天公司近年来大力发展新能源飞行器及其相关技术，2021年9月首次与垂直航空航天公司签署合作协议，开展针对VX4飞机EWIS的研发工作；当年10月，在英国布里斯托市建成全球技术中心，承担EWIS在VX4飞机上装机及调试工作。

GKN为大型飞机氢电推进系统开发高导电性技术

7月，GKN航空航天公司完成“混合氢电架构”（H2GEAR）项目第一轮系统级研究，该项目中采用了GKN提出的一种高导电性技术。该技术使用机载液氢作为吸热装置，将电导体冷却到低于-200°C的温度，从而显著降低其电阻率。电阻率的降低有助于在低电压、低质量电缆和电机中进行功率分配，从而使效率提升至99%以上。H2GEAR项目于2020年启动，旨在为新一代可持续飞机开发可扩展的氢电推进技术。高导电性系统使用燃料电池生成电力，再将电力分配到电机，由电机驱动低压比涵道风扇，从而降低二氧化碳与氮氧化物排放、减少飞机凝结尾流、降低噪音。

03

 

航空电机性能持续提升

 

赛峰电力公司将为eDA40飞机提供EngineUs电机系统

在2022年德国腓特烈港航空展览会上，奥地利钻石飞机公司宣布与赛峰电力公司签署一份协议，为其eDA40飞机选择赛峰电力的EngineUs电机系统。赛峰电力公司开发的EngineUs电机配装集成的电机控制系统，热管理系统则与空气冷却系统集成。该电机将由eDA40飞机上的电力系统电池供电，其直流快充系统可在不到20分钟的时间内补充飞机的电池电量，这将为飞机提供130千瓦的起飞功率。

 

H3X公司为电动飞机开发2.8兆瓦电驱动装置

 

初创公司H3X正在开发一种集成模块化电机驱动装置，大幅提升其功率密度和容错能力，预计2.8兆瓦的HPDM-3000驱动器将提供12.5千瓦/千克的连续功率密度。HPDM-3000重220千克，具备紧凑且适应性强的架构，可与飞机现有的和新的动力系统进行集成，并能够在没有变速箱的情况下驱动螺旋桨或高涵道比涡扇发动机。H3X团队正在考虑采用12个独立驱动单元，以提高容错能力和冗余性，当其中一个单元失效时，推进系统可以继续以高达90%的功率运行。同时，模块化的HPDM-3000可以堆叠六次，为更大的飞机提供高达约17兆瓦的推进功率。

英国Magnomatics公司推出新型轻质风冷推进电机

 

4月，Magnomatics公司推出一款新型轻质风冷推进电机，可靠性高，适用于快速增长的城市空运领域。该电机功率高达86千瓦，转矩密度为30牛米/千克，其制造和测试符合DO-160G规范。该公司最近还启动了进一步研究这种激振电机的轻量化项目，并与Carbon ThreeSixty公司合作，研究如何使用复合材料进一步降低质量，提高性能，从而将转矩密度提高到30牛米/千克以上。

Magicall公司将为CityAirbus NextGen提供电机

 

 

5月，空客已选择Magicall公司最新的MagicDrive发动机改装型作为其4座固定翼电动垂直起降飞机CityAirbus NextGen的电机，并已完成原型开发。CityAirbus NextGen全电飞机将配备一个固定翼、一个V形尾翼以及8个螺旋桨。MagicDrive系统由轻型无刷电机组成，采用Magicall公司最新的电磁技术，其设计具有扭矩高、重量轻、坚固性好等特性，有益于提高飞机的整体效率。

 

中国航空工业发展研究中心 李小宇