罗罗全面推进航空电气化战略

航空电气化技术已成为航空业发展的前沿。传统航空制造商罗尔斯·罗伊斯公司通过并购重组构建了强大的电推进研发力量,并在过去的一年中明确了发展路线,全面推进航空电气化战略。
在全球范围内,电动飞机技术已成为航空业发展的前沿阵地,全电推进与混合电推进系统正在创造全新的航空交通范式与市场,将深刻改变全球交通运输业态。经过近年来的积极探索,电动飞机行业正处于从早期的技术演示验证,到原型研制及认证的快速发展进程中,其关注重点也从早期单纯的技术创新逐步扩展到供应链管理、产品试验等部分。
传统航空动力系统巨头罗罗公司已积极布局电推进技术领域,力求在这场航空动力系统变革浪潮中占据先机。
自2019年10月完成对西门子电动飞机部门的收购至今,罗罗在一年多的时间内密集推出了多项举措,推动电动飞机技术发展。
根据过去一年电动飞机市场的快速发展情况,罗罗做出了明确的判断。即短期内,罗罗的电推进发展路线主要聚焦为小型螺旋桨飞机、通勤飞机以及城市空运飞行器这3类。基于这一判断,罗罗做出了相应的发展路线调整:
一方面,重点关注“亚兆瓦级”电推进市场,将产品研制、测试等资源集中在上述3类产品,重点打造系统解决方案与供应链体系,包括电机、电力电子设备、热管理技术、配电与保护等。罗罗计划在未来3-5年内,针对上述3类细分市场产品启动适航认证和商业化应用。此外,罗罗还表达了涉足储能技术的意愿。
罗罗全面推进航空电气化战略
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罗罗目前电推进发展重点聚焦的3类飞机。
另一方面,对于大型电动飞机技术领域,罗罗将主要关注技术储备,而进一步的演示验证与产品研制工作优先级被调低。具体而言,罗罗与空客在2020年4月终止了E-Fan X混合电推进演示验证计划,取消了原设定于2021年的飞行试验,转为进行混合电推进系统研究及地面测试。
小型螺旋桨飞机
目前,全球电动飞机行业内发展最为成熟的产品,是以轻型/超轻型运动飞机为代表的小型螺旋桨飞机。该类飞机一般为4座以内,应用于体育运动、训练、观光和私人使用,由于偏向个人使用且接近居民区,因而对低噪声、低排放、高效率有较高的需求,极为契合电动飞机的技术特征。由于认证要求和技术壁垒相对较低,这一类型电动飞机是整个行业发展最快的部分,同时也常作为技术演示验证平台使用。
对于此类飞机,当前市场的储能与动力系统解决方案已经较为成熟,电池能量密度和电机功率密度足以满足常规应用场景对航程、速度等指标的需求。部分型号已完成适航认证,主要集中在最大起飞重量650kg以内的轻型运动飞机,随着相关技术的发展,其载荷能力将逐步提高,目前针对CS-23 / FAR-23类的4座级电动飞机也处于认证过程中。
全电推进ACCEL项目
加速电气化(ACCEL)项目由英国商业、能源与工业战略部,英国创新局以及航空技术研究院(ATI)共同资助,罗罗作为主承研方,参与方包括电机及控制器制造商YASA和航空初创公司Electroflight。
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全电动力的ACCEL即将首飞,并计划打破电动飞机的速度记录。
原型机名为“创新精神”(Spirit of Innovation),特征是通过高能量密度电池组和高功率密度电机实现高速飞行,其设计最高飞行速度达到480km/h,预计将创造电动飞机最快飞行速度记录。
ACCEL的电池组由6000个轻质电池单元组成,采用先进热防护封装技术,单次充电航程可达到320km。其动力装置为3台高功率密度轴向电机,总功率达到370kW。与传统飞机相比,电机驱动的螺旋桨转速更低,飞行更为稳定且安静。即使在高速飞行状态,电推进系统的能量效率仍可达到90%以上。
2020年1-9月间,罗罗完成了ACCEL电推进系统的地面测试工作,随后将开展电推进系统与机身的集成。2021年3月1日,原型机完成地面滑行试验,计划于不久后完成首飞。
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ACCEL的ionBird地面试验台。
混合电推进系统H3PS项目
高功率可扩展混合动力系统(H3PS)项目由欧盟地平线2020研究创新计划支持,面向通用航空需求开展并联混合电推进系统研究。项目参与方包括泰克南公司、Rotax公司和罗罗,其中泰克南公司负责飞机平台集成,Rotax公司负责动力系统中的热机部分,罗罗负责动力系统中的电推进部分。

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