分析 | 航空電動化推進技術與發展

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航空產業網 2024-04-23

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2024年4月23日,作為“經度系統的系列分析之一,航空產業網團隊發布了《航空電動化推進技術與發展》,報告共40頁,近二萬字。數據信息均來自航空產業網相關專業數據庫,歡迎聯系訂閱!


近年來,在雙碳的大戰略背景下,各國政府愈發重視綠色航空的發展,并頒布了一系列相關的支持性政策。這一系列政策刺激了市場對低碳、環保航空解決方案的需求。這直接推動了電推進技術的發展。當前,電推進技術的創新已成為航空領域的重點發展方向之一。航空產業網對電推進系統各個模塊進行了剖析與解讀,并對各個模塊的相關企業與技術情況進行分析。

內容概要

  • 報告剖析了電推進系統的主要技術變革方向,包括飛機整體推進系統、飛機總體設計及飛控系統等多領域的技術沿革和當前發展情況;
  • 對各個發展方向的核心技術進行了詳細的分析解讀;
  • 對各個領域的前沿企業及重點產品表現進行了分析;
  • 對電推進系統的應用類型進行了詳細梳理,并附錄相關應用場景重點企業名單及產品名稱。

一、電推進系統發展背景與相關政策


根據航空產業網“經度”系統全球航空產業政策庫數據發布丨全球航空產業政策庫上線),近三年來,各國政府已發布多項重要綠色航空政策與相關法規,以支持航空電動化的發展。綠色航空政策刺激了市場對低碳、環保航空解決方案的需求。推動了電推進技術的發展。與此同時,隨著技術的進步和成本的降低,電動飛機的市場需求預計將持續增長。本文將對航空電推進系統各個模塊的發展方向和重點產品進行詳細介紹。

二、技術發展方向和前沿企業
航空電動推進技術的核心,是通稱"三電"的電池、電機、電控等三大部分。

電池:
首先,應用于航空領域的電池是電推進技術的核心組成部分,其發展引人注目。2024年1月,中國民航局適航司發布了《可充電鋰電池和電池系統》相關技術標準規定(CTSO)。

相較于汽車動力電池,航空推進領域對電池性能要求更高,目前廣泛用于新能源汽車的鋰電池的能量密度約為200Wh/kg,而航空電池密度至少需要達到400Wh/kg。因此,航空電池仍有較大的技術發展進步空間。當前航空能源動力系統的主要發展方向是提升能量密度、安全性、循環壽命、快速充電技術和溫度適應性,以滿足航空領域對電池高性能、高安全性的需求。

eVTOL電池和電動車電池性能要求對比??《電動垂直起降飛行器的技術現狀與發展》鄧景輝

航空產業網分析了當前有代表性的航空電池產品及其相關性能,當前航空電池較為領先的重量能量密度為500Wh/kg,寧德時代等企業研發出了此級別性能的產品。


就發展方向而言,當前的電池發展方向正在從液態鋰離子電池轉向其他電池材料和電池形態,包括氫燃料電池、鋰硫電池、固態電池、凝聚態電池等。

  • 氫燃料電池:

在氫燃料電池領域,重點前沿企業包括環球氫能、HyPoint、空中客車等,以上企業在該領域都獲得了一定的進展,其氫電池產品也已在試驗機上完成試飛并獲得驗證。

  • 固態電池技術:

在固態電池領域,已獲得一些進展的企業包括正力新能以及麻省固能新能源科技有限公司(SES),這些企業在固態電池領域處于前沿水平,并在不斷驗證其電池技術。

  • ?凝聚態電池技術

寧德時代研制的凝聚態電池,其優勢在于高能量密度、快速充電能力和高安全性。電池的重量能量密度高達500Wh/kg,顯著超過了目前市場上一般的鋰電池。此外,由于采用了半固態化的電解質,其安全性能得到了顯著提升。

航空產業網對以上電池技術研發與制造企業、相關前沿產品進行了詳細的介紹,具體內容見本報告正文。

  • 電機:

電機是電推進技術的另一核心,它將電能轉換為機械能,驅動飛機的螺旋槳或風扇旋轉。航空領域的電動機與傳統電動機相比,需要具備更高的功率密度、更高的效率和更小的體積。

航空產業網總結了近幾年技術表現較強的代表性航空電機產品,如下所示:



  • 重點企業及產品案例:

YASA公司:YASA P400
YASA P400電機由英國YASA公司開發研制,該電機采用永磁激勵方,它們還以設有定子磁芯和相同的定子繞組線圈而區別于眾多同類產品,這使得在批量生產中具有高度的制造可行性和低成本。


YASA P400

MagniXMagni650
Magni650的電機采用了密集的液體冷卻系統,以保持其在工作時的穩定性。該電機被設計成能夠以較低的轉速直接連接到飛機的螺旋槳,而無需使用傳統的機械傳動系統。這種設計簡化了飛機的動力傳輸系統,并減少了機械傳動系統所需的復雜性和重量。電機采用兩個或四個三相繞組,這在發生故障時提供了更高的可靠性;同時使用多個單獨的電機調節器,也增加了互換性的程度。例如,在發生短路時,可以關閉一個三相段,以保證電機的安全可靠性。


Magni650

其他重點企業及產品詳見于報告正文。

電控:
航空領域電推進技術的電控系統是電動飛機的核心組成部分,負責管理和控制電機的運行以及整個電力系統的運作。

三、飛機推進系統整體技術革新方向

飛機推進系統根據推進系統的動力來源可以劃分為兩種類型的推進方式,包括全電力推進系統及混合動力推進系統。航空產業網詳細對比分析了各類推進方式以及重點企業和產品信息,并統計了該領域制造商們的合作情況。以下為航空產業網統計的部分公司產品及合作情況,完整表格詳見于本報告。

四、飛機總體設計和氣動布局
飛機總體設計和氣動布局是針對整個飛機結構和空氣動力學特性進行的設計和布置。當前主要的設計方向主要包括以下三種:涵道風扇技術(Ducted Fan)及前緣異步推進技術(LEAPTech)。航空產業網詳細分析了以上技術的應用原理及發展情況,并篩選出部分在該領域有所專長的企業和重點產品,詳細信息請見于本報告。

五、飛行控制系統的改變
電動推進技術對飛控系統的創新主要體現在兩個方面。一方面,該技術通過其電氣系統的線性特點,簡化了控制復雜度。另一方面,電動推進技術促進了對飛機設計理念的根本性轉變,促使設計者重新審視傳統的飛行控制架構。在該領域進行了創造性革新的企業包括AVX Aircraft Company、霍尼韋爾公司、NASA等企業與機構。

六 、電推進系統的應用場景
當前,航空電推進系統的主要應用場景包括教練機等傳統的通用航空應用場景,也包括無人機、電動垂直起降(eVTOL)等新興航空器的應用場景,未來也可能成為支線飛機等民航運輸業的潛在動力裝置。

以下為航空產業網統計的部分應用場景及其產品情況,完整表格詳見于本報告。


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查看完整報告:

航空電動化推進技術與發展.pdf


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