Fundamentos técnicos do motor eVTOL

1. Características técnicas deMotor eVTOL

In electricidade distribuídapropulsión, os motores impulsan varias hélices ou ventiladores nas ás ou na fuselaxe para formar un sistema de propulsión que proporciona empuxe á aeronave. A densidade de potencia do motor afecta directamente á capacidade de carga útil da aeronave. A capacidade de saída de potencia, a fiabilidade e a adaptabilidade ambiental do motor son factores importantes para determinar as características dinámicas e a seguridade da aeronave propulsada por electricidade. A selección de vehículos eléctricos, drons e motores eVTOL é diferente debido aos diferentes custos, escenarios de aplicación e outras razóns [1].

(Fonte da foto: Sitio web oficial de Network/Safran)

1) vehículos eléctricos: imán máis permanentemotores síncronos,Os motores de imán permanente con maior eficiencia e maior par motor poden proporcionar unha mellor experiencia de condución. Ao mesmo tempo, a alta densidade de potencia dos motores de imán permanente tamén pode axudar aos vehículos eléctricos a obter maior potencia co mesmo volume.

(2) UAV: ​​sen escobillas de uso comúnMotor de corrente continua.O motor de corrente continua sen escobillas ten un peso e un ruído baixos, e o custo de mantemento é baixo, o que é axeitado para os requisitos de voo dos UAV; en segundo lugar, a velocidade do motor de corrente continua sen escobillas é maior, o que é axeitado para as necesidades de voo de alta velocidade dos drons. Por exemplo, DJI usa motores sen escobillas.

(3) eVTOL: Con maiores requisitos para a eficiencia do motor e a densidade de par, o motor síncrono de imán permanente é unha solución moi prometedora para o sistema de enerxía de propulsión eléctrica, porque o motor de imán permanente de fluxo axial ten unha alta taxa de utilización do espazo radial e a densidade de potencia e a densidade de par teñen vantaxes no caso dunha relación lonxitude-diámetro pequena. As aeronaves VTOL eléctricas actuais, como o Joby S4 e o Archer Midnight, adoptan motores síncronos de imán permanente [1].

A seguinte figura mostra a imaxe da nube da intensidade de indución magnética do rotor fixo dun motor de fluxo axial dun só rotor e un só estator.

A seguinte figura é unha comparación dos parámetros do motor dun avión eléctrico e dun vehículo eléctrico

2. Tendencia de desenvolvemento do motor eVTOL
Na actualidade, a principal tendencia de desenvolvemento do sistema de alimentación eVTOL é reducir o peso da estrutura do motor e o peso auxiliar do sistema de refrixeración mediante a mellora da tecnoloxía de deseño electromagnético, a tecnoloxía de xestión térmica e a tecnoloxía lixeira, e mellorar constantemente a densidade de potencia do motor e a capacidade de saída de potencia nunha ampla gama de condicións variables. Segundo a "Investigación e desenvolvemento de coches voadores e tecnoloxías clave", o motor de propulsión da aviación foi capaz de facer que a densidade de potencia nominal do corpo do motor sexa superior a 5 kW/kg mediante o uso de materiais de illamento con límites de temperatura máis altos, materiais de imán permanente con maior densidade de enerxía magnética e materiais estruturais máis lixeiros. Ao mellorar o deseño da estrutura electromagnética do motor, como o uso de matriz magnética de Halbach, estrutura sen núcleo de ferro, enrolamento de fío Litz e outras tecnoloxías, así como a mellora do deseño de disipación de calor do motor, espérase que a densidade de potencia nominal do corpo do motor poida alcanzar os 10 kW/kg en 2030 e que a densidade de potencia nominal supere os 13 kW/kg en 2035 [1].

3. Comparación de rutas eléctricas puras e híbridas
En comparación coa ruta eléctrica pura e a ruta híbrida, segundo a selección actual de fabricantes relevantes, o proxecto eVTOL nacional baséase principalmente no esquema eléctrico puro, limitado pola densidade de enerxía das baterías de ións de litio, e o eVTOL de baixa capacidade de pasaxeiros é o mellor escenario de aterraxe da tecnoloxía de propulsión eléctrica pura. No estranxeiro, algúns fabricantes xa expuxeron o plan híbrido con antelación e tomaron a iniciativa en múltiples roldas de probas e iteración. Como se pode ver na seguinte táboa, o esquema híbrido é obviamente máis forte no ángulo de resistencia e pode acadar máis aplicacións no escenario de tráfico de media-longa distancia e baixa altitude no futuro [1].