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          低空經(jīng)濟(jì)專題:eVTOL詳細(xì)拆解

          2024-7-25 13:35| 發(fā)布者: hr345 1199 1

          摘要: (報(bào)告出品方/作者:中郵證券,鮑學(xué)博、馬強(qiáng))1 eVTOL 迎來研制熱潮,多型飛行器有望量產(chǎn)電動(dòng)垂直起降飛行器(Electric Vertical Takeoff and Landing,eVTOL) 區(qū)別于常規(guī)飛機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)包括可以實(shí)現(xiàn)垂直起降、 ...

          (報(bào)告出品方/作者:中郵證券,鮑學(xué)博、馬強(qiáng))

          1 eVTOL 迎來研制熱潮,多型飛行器有望量產(chǎn)

          電動(dòng)垂直起降飛行器(Electric Vertical Takeoff and Landing,eVTOL) 區(qū)別于常規(guī)飛機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)包括可以實(shí)現(xiàn)垂直起降、采用分布式電力推進(jìn)以 及運(yùn)用全電/混合動(dòng)力技術(shù)。得益于電動(dòng)機(jī)、電池和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,與常規(guī) 直升機(jī)相比,eVTOL 更加低碳環(huán)保、噪聲更低、自動(dòng)化等級(jí)更高,并由此產(chǎn)生了 運(yùn)行成本低、安全性和可靠性高的優(yōu)勢(shì)。隨著城市空中交通(Urban Air Mobility, UAM)的興起,引起了 eVTOL 的研制熱潮。 近幾年,全球 eVTOL 主機(jī)企業(yè)數(shù)量顯著增長(zhǎng),部分公司成功上市。根據(jù)航空 產(chǎn)業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù),2009 年-2016 年,全球僅數(shù)家 eVTOL 企業(yè),自 2017 年之后,陸續(xù) 有 40 余家企業(yè)進(jìn)入 eVTOL 行業(yè)。2019 年,億航智能成功在美股上市,2019 年2023 年內(nèi),5 家 eVTOL 國(guó)際企業(yè)成功在美股上市。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全球已有百余家 eVTOL 企業(yè)。

          從 eVTOL 企業(yè)的地理分布上可以看到,eVTOL 企業(yè)大部分集中在中國(guó)、美國(guó)、 歐洲等的沿海城市,呈現(xiàn)出中國(guó)企業(yè)數(shù)量多,歐美企業(yè)融資額度大的特點(diǎn)。

          從融資規(guī)模看,根據(jù)航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng) 2024 年 2 月 6 日的報(bào)告數(shù)據(jù),eVTOL 行業(yè) 累計(jì)融資規(guī)模超過 110 億美元,其中,81%的融資額由前 10 的企業(yè)擁有。大部分 融資資金由頭部少數(shù)企業(yè)擁有。Joby、Archer、Lilium 融資規(guī)模靠前,達(dá)到 10 億美元以上。國(guó)內(nèi),小鵬匯天自 2021 年 10 月進(jìn)行首次融資后,融資規(guī)模達(dá)到 5 億余美元;億航智能自 2014 年成立后,歷時(shí) 5 年于 2019 年 12 月在美股上市, 迄今為止獲得近 2 億美元的融資;廣東海鷗飛行汽車、峰飛航空、時(shí)的科技、零 重力飛機(jī)、沃蘭特、御風(fēng)未來、沃極步耀、億維特等均進(jìn)入“億元俱樂部”。


          低空經(jīng)濟(jì)專題:eVTOL詳細(xì)拆解-3405

          目前,國(guó)內(nèi)億航智能的 EH216-S 飛行器已取得中國(guó)民航局 TC、PC 許可;峰 飛航空 V2000CG 貨運(yùn)版 eVTOL 取得中國(guó)民航局 TC 許可;沃飛長(zhǎng)空、峰飛航空、 沃蘭特、時(shí)的科技、小鵬匯天、御風(fēng)未來等主機(jī)廠多款 eVTOL 飛行器型號(hào)已申請(qǐng) 中國(guó)民航局 CAAC 或歐洲航空安全局 EASA 適航認(rèn)證,有望陸續(xù)取得 TC、PC。國(guó)內(nèi) 多款 eVTOL 飛行器型號(hào)有望陸續(xù)進(jìn)入批量生產(chǎn)。 展望未來,eVTOL 主機(jī)企業(yè)數(shù)量或先增后減,未來市場(chǎng)或向頭部集中。參考 新能源汽車行業(yè),2019 年,我國(guó)造車新勢(shì)力有 300 多家,隨著新能車走向規(guī)模化 量產(chǎn),目前國(guó)內(nèi)頭部新能車企業(yè)只有 10 家左右。2023 年,理想汽車成為繼特斯 拉、比亞迪之后全球第三家實(shí)現(xiàn)盈利的新能源汽車企業(yè)。eVTOL 作為航空器,相 比新能源汽車有更嚴(yán)格的適航審定程序,為主機(jī)企業(yè)帶來更大的研制生產(chǎn)壁壘, 與新能車市場(chǎng)相比,未來 eVTOL 的市場(chǎng)或更加集中。

          2 eVTOL 產(chǎn)業(yè)鏈:整機(jī)包含六大子系統(tǒng),機(jī)體、動(dòng)力和能源 系統(tǒng)、航電系統(tǒng)占主要成本

          eVTOL 產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng),主機(jī)廠主要承擔(dān)的是整機(jī)研發(fā)和集成的任務(wù)。eVTOL 的 核心子系統(tǒng)主要包括機(jī)體、綜合航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)以及 電氣系統(tǒng)六大類。 Lilium 給出其 eVTOL 成本占比,推進(jìn)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和內(nèi)飾、航電和飛控占主 要成本。Lilium 的 eVTOL 擁有 36 個(gè)分布式電機(jī)和 72 個(gè)電源模塊為飛行器提供 能源和動(dòng)力,采用了霍尼韋爾提供的 3 個(gè)不同的飛控計(jì)算機(jī)。在成本上,Lilium 給出,eVTOL 的推進(jìn)系統(tǒng)占比約 40%,結(jié)構(gòu)和內(nèi)飾占比約 25%,航電和飛控占比約 20%,能源系統(tǒng)占比約 10%,裝配件占比約 5%。 Lilium 的 eVTOL 采用矢量推力構(gòu)型,相比多旋翼和復(fù)合翼構(gòu)型的 eVTOL 飛 行器,具有更高的巡航效率,因而其能源系統(tǒng)可以有相對(duì)較低的成本占比。Lilium 采用的硅陽(yáng)極鋰離子電池,能量密度大于 330Wh/kg,功率密度 2.8kW/kg,可在 15 分鐘充電至 80%,30 分鐘充電至 100%,實(shí)現(xiàn)大于 800 次充放電循環(huán)。

          對(duì)比同樣采用電池作為能源、采用電機(jī)作為動(dòng)力的純電動(dòng)汽車和同樣需要滿 足適航的大飛機(jī)的成本構(gòu)成,可以看到不論是新能車、大飛機(jī)還是 eVTOL,動(dòng)力 系統(tǒng)是核心子系統(tǒng)之一,能源系統(tǒng)在電池動(dòng)力中成本占比較大,航空器中航電、 飛控等系統(tǒng)成本占比較大。在新能源汽車的成本占比中,電池成本占整車成本比重約 42%,是純電動(dòng)汽車的核心部件,電機(jī)和電控成本分別占整車成本的 10%和 11%,電驅(qū)動(dòng)零部件成本約占整車成本的 7%,其他部件約占整車成本的 30%。在 大飛機(jī)的價(jià)值構(gòu)成中,機(jī)體結(jié)構(gòu)占比 30%-35%,動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)占比 20%-25%, 航電和機(jī)電系統(tǒng)占比 25%-30%。

          2.1 機(jī)體:主要采用碳纖維復(fù)材,低成本高效率的熱塑性復(fù)材或?yàn)橼?勢(shì)

          碳纖維復(fù)合材料是以樹脂、陶瓷、金屬等為基體,以碳纖維為增強(qiáng)體,復(fù)合 而成的結(jié)構(gòu)材料,是目前世界上最先進(jìn)的復(fù)合材料之一,因其具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、 耐腐、耐高溫等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用在新能源、航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。碳纖 維復(fù)合材料以樹脂基碳纖維復(fù)合材料為主,占據(jù)市場(chǎng)近 90%的份額。航空航天和 風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域?yàn)闃渲祭w維復(fù)合材料最大需求端,需求占比達(dá) 50%。在航空航 天領(lǐng)域,樹脂基碳纖維復(fù)合材料常用于制造民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)罩、副翼、阻力板以 及艙門等,能夠達(dá)到減重效果。 碳纖維復(fù)合材料根據(jù)最終產(chǎn)品的形態(tài)和特性,有多種固化成型工藝。目前, 碳纖維復(fù)合材料固化工藝較為先進(jìn)且流行的是熱壓罐工藝和 RTM、VARI 等液體成 型工藝。

          eVTOL 復(fù)材使用占比 70%以上,主要用于結(jié)構(gòu)件和推進(jìn)系統(tǒng)。eVTOL 作為新 興的交通出行載體,對(duì)飛行器的結(jié)構(gòu)重量有著嚴(yán)苛的要求。現(xiàn)今市面上能看到的 所有 eVTOL 企業(yè),幾乎無(wú)一例外的使用復(fù)合材料作為主要的機(jī)體結(jié)構(gòu)。eVTOL 的 復(fù)合材料占比達(dá)到 70%以上,其中,超過 90%的復(fù)材為碳纖維復(fù)材,約 10%的復(fù)材 以保護(hù)膜的形式使用玻璃纖維增強(qiáng)。 研究機(jī)構(gòu) Stratview 報(bào)告顯示,在幾乎所有飛行汽車項(xiàng)目中,約 75%-80%的 復(fù)合材料用于結(jié)構(gòu)部件和推進(jìn)系統(tǒng);其次是內(nèi)部應(yīng)用,包括橫梁、座椅結(jié)構(gòu)等, 占 12%-14%;電池系統(tǒng)、航空電子設(shè)備和其他小型應(yīng)用占剩余的 8-12%。小鵬匯 天 X2 整機(jī)重 560 千克,機(jī)身部分由 100 多個(gè)碳纖維零件制成,重量?jī)H為 85 千 克。


          低空經(jīng)濟(jì)專題:eVTOL詳細(xì)拆解-1512


          國(guó)內(nèi)外航空復(fù)材結(jié)構(gòu)件主要采用預(yù)浸料-熱壓罐工藝。部分 eVTOL 主機(jī)廠選 擇 T700、T1100 碳纖維材料,采用熱壓罐工藝制造飛行器主要機(jī)身部件。2022 年 7 月,Overair 宣布與東麗復(fù)合材料美國(guó)公司建立合作,采用東麗新一代 T1100/3960 碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料建造試飛飛行器主要機(jī)身部件,如機(jī)身、部 分機(jī)翼組件以及旋翼葉片,每個(gè)復(fù)合材料部件都采取人工鋪放并通過熱壓罐固化 成型。東麗公司提供的 3960 是一款高韌型 177℃固化環(huán)氧樹脂,其玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度為 204℃,而 Torayca T1100 碳纖維是目前可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的具有最高拉伸強(qiáng)度 碳纖維。沃蘭特研發(fā)中心指出復(fù)合翼 eVTOL 飛機(jī)相比傳統(tǒng)固定翼飛機(jī),結(jié)構(gòu)上額 外增加了多處電機(jī)臂,需要采用輕量化設(shè)計(jì),盡量降低電機(jī)臂的重量,電機(jī)臂為 eVTOL 關(guān)鍵承載部件,除電機(jī)座外,電機(jī)臂上所有零件采用 T700 級(jí)碳纖維預(yù)浸 料,采用熱壓罐工藝制造。

          采用熱壓罐成型工藝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件,主要成本為制造成本。熱壓罐工藝 制造的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件,材料成本不到 20%,制造成本占 80%以上。

          eVTOL 材料需求牽引下,低成本、高效率、規(guī)模化制造是碳纖維復(fù)合材料的 重要趨勢(shì),熱塑性碳纖維復(fù)合材料前景廣闊。目前熱固性復(fù)合材料在行業(yè)中仍占 據(jù)主導(dǎo)地位,與傳統(tǒng)熱固性復(fù)合材料相比,熱塑性復(fù)合材料成型周期短、化學(xué)成 分毒性小,且具有高韌性、高抗沖和損傷容限、預(yù)浸料存儲(chǔ)期長(zhǎng)、量產(chǎn)能力強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)。熱塑性碳纖維復(fù)合材料結(jié)合了碳纖維和熱塑性樹脂的性能優(yōu)點(diǎn),且成型后 不發(fā)生化學(xué)交聯(lián),能夠二次熔化和再成型,便于材料的回收及循環(huán)利用,解決了 熱固性碳纖維復(fù)合材料使用期滿后的處理問題。eVTOL 頭部主機(jī)廠中,Jaunt Air Mobility 是一家研制富含熱塑性復(fù)材機(jī)型的公司,其愿景是制造 99%可回收的飛 機(jī)。Vertical Aerospace 的 VX4 中使用的轉(zhuǎn)子葉片、電池外殼、內(nèi)飾和支架等部 件都是使用熱塑性預(yù)浸料制成的。日本東麗給出,UAM 市場(chǎng)有望帶動(dòng)碳纖維復(fù)合 材料需求增長(zhǎng),熱塑性碳纖維復(fù)合材料基于其更低的成本和更高的生產(chǎn)效率,有 望獲得更快的增速。

          民航復(fù)材結(jié)構(gòu)件驗(yàn)證采用“積木式方法”,傳統(tǒng)航空碳纖維復(fù)材廠商占據(jù)先 發(fā)優(yōu)勢(shì)。民航復(fù)材結(jié)構(gòu)件驗(yàn)證采用“積木式方法”,將飛機(jī)研制過程中的試驗(yàn)驗(yàn) 證環(huán)節(jié)根據(jù)試驗(yàn)件尺寸的大小劃分成試樣試驗(yàn)、元件試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)試驗(yàn)、次部 件試驗(yàn)和全尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 5 個(gè)級(jí)別。采用該方法可以減小試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和降低成本, 同時(shí)使得復(fù)合材料設(shè)計(jì)和適航審定規(guī)范化,是目前在復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)研制中普 遍采用的驗(yàn)證方法。由于“積木式方法”需要大量底層材料性能和試樣級(jí)試驗(yàn), 傳統(tǒng)航空碳纖維復(fù)材廠商占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。國(guó)外,碳纖維供應(yīng)商包括日本東麗、美 國(guó)赫氏、索爾維等,東麗已經(jīng)與 Joby 和 Lilium 合作,這兩家 eVTOL 主機(jī)廠屬于 行業(yè)頭部廠商。美國(guó)赫氏公司和索爾維公司也是早期進(jìn)入者,分別與 Archer 和 Vertical Aerospace 建立了合作。

          國(guó)內(nèi),光威復(fù)材、吉林化纖、中復(fù)神鷹等碳纖維廠商,惠柏新材、上緯新材 等樹脂廠商,以及中航高科、中國(guó)恒瑞、安泰復(fù)材等碳纖維復(fù)材預(yù)浸料和零部件 廠商擁有豐富的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn),多型產(chǎn)品可用于 eVTOL 飛行器,有望率先受益。

          2.2 動(dòng)力和能源系統(tǒng):采用分布式電推進(jìn),能源系統(tǒng)以純電為主

          eVTOL 采用分布式電力推進(jìn)技術(shù)(DEP)。分布式電推進(jìn)飛機(jī)是隨著電動(dòng)飛機(jī) 發(fā)展而產(chǎn)生的,由電機(jī)驅(qū)動(dòng)分布在機(jī)翼或者機(jī)身上的多個(gè)螺旋槳或風(fēng)扇構(gòu)成推進(jìn) 系統(tǒng)為飛機(jī)提供推力。DEP 飛機(jī)利用推進(jìn)-氣動(dòng)耦合效應(yīng),大幅改善飛機(jī)空氣動(dòng)力 特性,減小機(jī)翼面積,從而降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量。多推進(jìn)器的冗余能力為飛機(jī)提供 更可靠的推力保障。


          低空經(jīng)濟(jì)專題:eVTOL詳細(xì)拆解-3113


          永磁同步電機(jī)是 eVTOL 電機(jī)首選。永磁同步電機(jī)(無(wú)刷直流電機(jī))是高功率 電機(jī),具有功重比較大、效率高和可靠性高的特點(diǎn)。電機(jī)具有相對(duì)尺度近似無(wú)關(guān) 性,總功率相同時(shí)單個(gè)大功率電機(jī)和多個(gè)小功率電機(jī)系統(tǒng)的功率密度和效率基本 一致,采用多個(gè)小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)較小直徑風(fēng)扇的分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以在保證總 功率不變的前提下有效增大涵道比、提高動(dòng)力裝置的控制和容錯(cuò)性能。同時(shí),小 體積的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠更方便地融入機(jī)身,提高飛機(jī)氣動(dòng)效率。 飛機(jī)電推進(jìn)系統(tǒng)中電機(jī)向更大功率、更高功率密度方向發(fā)展。Joby 采用的 電機(jī)峰值功率達(dá) 236kW,重量?jī)H 28kg。羅羅公司電氣部正在開發(fā)三款電推進(jìn)裝置, 1)升力電機(jī)重量不到 55kg,連續(xù)輸出功率為 150kW,最大扭矩為 1600N·m;2) 一款適用于第 23/CS-23 型通勤飛機(jī)的高功率、中速電動(dòng)推進(jìn)裝置,功率水平 320- 400kW,電機(jī)重量不到 160kg;3)一款全新設(shè)計(jì)的 600-1200kW 渦輪發(fā)電機(jī),用于 混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。渦輪發(fā)電機(jī)的功率重量比為 4kW/kg。羅羅公司開發(fā)的 eVTOL 升力電機(jī)將用于 Vertical 公司的 VX4 eVTOL。

          電推進(jìn)技術(shù)采用電能作為動(dòng)力系統(tǒng)的部分或全部能源,包括油電混合動(dòng)力、 電池、燃料電池等,通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)升力和推進(jìn)裝置來提供飛行器所需的部分或全 部動(dòng)力,并通過頂層能量管理全面優(yōu)化能量利用效率,有效降低飛行噪聲和污染 物排放。同時(shí),電動(dòng)力系統(tǒng)的功率特性對(duì)大氣壓力較弱的敏感性可顯著增強(qiáng)動(dòng)力 系統(tǒng)的高原適應(yīng)性,使電動(dòng)垂直起降飛行器展現(xiàn)出較高的高原適用潛力。 目前,國(guó)內(nèi)外 eVTOL 主要采用純電動(dòng)力。從在研項(xiàng)目看,對(duì)于短航程、垂直 起降的航空器,采用純電動(dòng)的方案占主要份額。考慮到飛機(jī)續(xù)航能力需求,UAM 市場(chǎng)對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)存在一定需求。

          相比新能車電池,eVTOL 要求電池具有更高的能量密度。當(dāng)前電池單體電芯 的能量密度最高水平在 300Wh/kg 左右,電池包能量密度約 220Wh/kg,遠(yuǎn)低于航空燃油的比能量。電池的技術(shù)限制了飛行器的航程,因此,航空業(yè)對(duì)動(dòng)力電池單 元能量密度提出了明顯高于電動(dòng)汽車能量密度的要求(近期>300Wh/kg,遠(yuǎn)期目 標(biāo)>500Wh/kg)。此外,eVTOL 獨(dú)特的運(yùn)行剖面和任務(wù)循環(huán)以及苛刻的運(yùn)行環(huán)境對(duì) 鋰離子電池系統(tǒng)提出了更高的要求,為了應(yīng)對(duì)緊急迫降需求,要在低電量狀態(tài)下 (如 20%SOC)依然保有高功率放電能力;為了滿足空中出租業(yè)務(wù)等頻繁使用場(chǎng) 景,目前行業(yè)普遍需求在少于 15 分鐘內(nèi)充電至 80%。 目前采用三元鋰電,未來可能采用固態(tài)、半固態(tài)、金屬電池等。當(dāng)前主流化 學(xué)體系鋰離子電池中,三元 NCA(LiNi‐CoAlO2)電芯具有最佳的能量和功率性 能,但成本較高、安全性較低;LFP(LiFePO4)電芯具有最高的安全性,但能量 密度只有三元 NCA 和 NCM 電芯的一半;相比之下三元 NCM(LiNiMnCoO2)電芯綜 合性能最佳,三元 NCM 電池為當(dāng)前 eVTOL 使用最廣泛的電池。

          正力新能采用超高容量的多元正極和硅基負(fù)極,提升單位重量活性物質(zhì)的電 容量,實(shí)現(xiàn)高能量密度,其航空電池在滿足鋁殼形態(tài)下的 320Wh/kg 高能量密度 的前提下,依然可以達(dá)到 20%SOC 低電量狀態(tài)下的 12C 以上大倍率放電性能。目 前液態(tài)鋰電池已接近能量密度上限,半固態(tài)/凝聚態(tài)、全固態(tài)電池電池可以大幅 提升能量密度和安全性。國(guó)軒高科、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)等半固態(tài) 電池單體能量密度達(dá) 360Wh/kg 及以上,寧德時(shí)代凝聚態(tài)電池能量密度達(dá) 500Wh/kg。

          2.3 航電系統(tǒng):飛機(jī)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)

          2.3.1 綜合航電系統(tǒng)

          航空電子系統(tǒng)(Avionics),簡(jiǎn)稱航電系統(tǒng),是飛機(jī)上所有電子設(shè)備的總和, 常被形象地稱之為飛機(jī)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。航電系統(tǒng)作為現(xiàn)代飛機(jī)的重要組成部分, 其設(shè)計(jì)水平直接影響飛機(jī)的安全性和可靠性,同時(shí)也影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和舒適性。 航電系統(tǒng)一般分為傳感器系統(tǒng)(慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、各種無(wú) 線電導(dǎo)航接收機(jī)等)、控制系統(tǒng)(飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等),以及作為人-機(jī)接口的綜合電子顯示系統(tǒng)。航空電子系統(tǒng)的主要功能包括飛行控制、通信、 導(dǎo)航、監(jiān)視、顯示等。 不同類型的飛機(jī)根據(jù)其任務(wù)使命和應(yīng)用環(huán)境不同,其航電系統(tǒng)的組成、功能 和配置有一定區(qū)別。總體上看,航電系統(tǒng)主要功能是在飛機(jī)運(yùn)行過程中,根據(jù)任 務(wù)需要和環(huán)境特點(diǎn),完成信息采集、任務(wù)管理、導(dǎo)航引導(dǎo)等基本飛行過程,為飛 行機(jī)組提供基本的人機(jī)接口,保障飛機(jī)安全、可靠的完成相關(guān)任務(wù)。通常而言, 軍民用飛機(jī)通用的航空電子系統(tǒng)主要包括:

          核心處理系統(tǒng):以核心處理計(jì)算機(jī)、機(jī)載嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和機(jī)載總線網(wǎng) 絡(luò)等為基礎(chǔ),完成機(jī)上設(shè)備的互聯(lián)互通,為各項(xiàng)系統(tǒng)任務(wù)提供基本的處理平臺(tái)。 綜合顯示系統(tǒng):為機(jī)組人員提供全面、直觀的飛行信息顯示,如航向信息、 姿態(tài)信息、高度信息、空/地速、位置信息、告警信息等,幫助機(jī)組人員準(zhǔn)確及時(shí) 地了解飛行狀態(tài)和系統(tǒng)性能,從而更加安全高效地完成飛行操作任務(wù)。 通信系統(tǒng):主要用途是使飛機(jī)與外部保持雙向語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸,確保飛機(jī)與 地面之間建立穩(wěn)定的通信聯(lián)絡(luò)。 導(dǎo)航系統(tǒng):通過多種導(dǎo)航傳感器實(shí)時(shí)采集并解算飛機(jī)運(yùn)行信息,為飛行中的 飛機(jī)提供瞬時(shí)位置、方位等信息,從而引導(dǎo)飛機(jī)按照預(yù)定航線飛行。根據(jù)工作原 理的不同,飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)又分為儀表導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 等。

          飛行管理系統(tǒng):根據(jù)飛機(jī)的實(shí)際任務(wù)需要,完成飛行過程中的航跡預(yù)測(cè)、自 動(dòng)控制和性能優(yōu)化等工作,確保飛機(jī)的飛行航跡和剖面能夠滿足執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的 需要。 機(jī)載維護(hù)系統(tǒng):實(shí)時(shí)接收、匯總和分析機(jī)上各系統(tǒng)提供的相關(guān)數(shù)據(jù),及時(shí)發(fā) 現(xiàn)、診斷和定位相關(guān)機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備的故障狀況,并有針對(duì)性地制定并采取相關(guān) 維護(hù)策略,保證飛機(jī)可靠運(yùn)行。 基于飛機(jī)使用需求,通用飛機(jī)航電系統(tǒng)還可以擴(kuò)展自動(dòng)駕駛、廣播式自動(dòng)相 關(guān)監(jiān)視(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)、基于數(shù)據(jù) 鏈的氣象/交通監(jiān)視、合成視景、無(wú)線電高度表、自動(dòng)定向機(jī)、測(cè)距器、防撞告警系統(tǒng)(Traffic Alert and Collision Avoidance System,TCAS)、地形提示告 警系統(tǒng)(Terrain Awareness and Warning System,TAWS)等功能。


          低空經(jīng)濟(jì)專題:eVTOL詳細(xì)拆解-3


          目前國(guó)際上,美國(guó)在通用飛機(jī)航空電子領(lǐng)域居于領(lǐng)導(dǎo)地位,有多家企業(yè)可以 提供完整的通用飛機(jī)航電系統(tǒng)貨架產(chǎn)品。Garmin 公司的 G1000 系統(tǒng)、Avidyne 公 司的 Entegra 系統(tǒng)、L3Harris 公司的 SmartDeck 系統(tǒng)等均是具有代表性的航電 系統(tǒng)。我國(guó)的通用航空研制體系還有不小的差距,國(guó)內(nèi)通用飛機(jī)所使用的航電產(chǎn) 品主要依賴進(jìn)口,自主研發(fā)水平亟待提高。據(jù)公開報(bào)道目前有“海鷗”300 飛機(jī) 采用了國(guó)產(chǎn)航電系統(tǒng),但在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、小型化設(shè)計(jì)和低成本化設(shè)計(jì)等方面尚 屬起步階段。 Garmin 是通航飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)主要供應(yīng)商。Garmin 航電系統(tǒng)是現(xiàn)代小型 飛機(jī)上普遍采用的一種航電系統(tǒng),在全球各種通用飛機(jī)上的市場(chǎng)份額超過了 90%, 是通航飛機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)配置的一種航電系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi),由于 Garmin 航電系統(tǒng)操作簡(jiǎn) 單、使用方便,已經(jīng)廣泛用于各輕小型飛機(jī)、直升機(jī),涉及包括護(hù)林防火、飛播 造林、緊急救援、空中旅游、航空攝影等各行業(yè)。

          Garmin 公司的 G1000 系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的通用飛機(jī)航電系統(tǒng),世界上 大部分 4-9 座中小型通用飛機(jī)均裝備該航電系統(tǒng)。G1000 系統(tǒng)由兩臺(tái)或三臺(tái)綜合 顯示器(PFD/MFD)、2 部綜合無(wú)線電設(shè)備,以及大氣機(jī)、航姿系統(tǒng)、S 模式應(yīng)答 機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)/機(jī)身參數(shù)采集單元等外圍傳感器和飛機(jī)接口設(shè)備組成。系統(tǒng)以兩臺(tái) 綜合顯示器和綜合無(wú)線電設(shè)備為核心,外接大氣、航姿、航管、飛機(jī)接口單元等 設(shè)備構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合化程度高,綜合顯示器除了完成系統(tǒng)的集中顯示控制功能外,還作為機(jī)載計(jì)算機(jī),通過應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)飛行管理、狀態(tài)監(jiān)控、合成視 景等系統(tǒng)核心處理功能,實(shí)現(xiàn)顯示控制與處理的綜合;綜合顯示器之間采用分布 處理、信息共享的處理架構(gòu);綜合無(wú)線電設(shè)備集成了甚高頻(Very High Frequency,VHF)通信、甚高頻全向信標(biāo)(VHF Omni-directional Range,VOR)、 儀表著陸系統(tǒng)(Instrument Landing System,ILS)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)、自動(dòng)駕駛控制以及傳感器數(shù)據(jù)接口控制管理等功能; 大氣、航姿、導(dǎo)航、通信等系統(tǒng)主要功能及其數(shù)據(jù)傳輸路徑均具有多余度設(shè)計(jì), 保證了系統(tǒng)的安全性;采用普通以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡(luò),設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸采用 ARINC429、RS485、RS232 等高可靠低成本的常規(guī)系統(tǒng)總線,利于控制成本;系統(tǒng) 具備良好的擴(kuò)展性,綜合無(wú)線電設(shè)備預(yù)留部分接口,可擴(kuò)展連接測(cè)距器、自動(dòng)定 向機(jī)、防撞告警等設(shè)備。

          在 eVTOL 行業(yè),全球主流機(jī)載航電公司基本都和相關(guān) eVTOL 主機(jī)廠達(dá)成合 作。2021 年,Joby 宣布采用 Garmin 的 G3000 集成駕駛艙,Archer 的 Midnight eVTOL 也采用 Garmin 的 G3000 集成駕駛艙;Avidyne 航電和 Beta、SkyDrive 合 作;泰雷茲主要合作對(duì)象是 Eve;霍尼韋爾推出云化航電平臺(tái),主要的 eVTOL 整 機(jī)合作商是韓國(guó)現(xiàn)代的 Supernal 和英國(guó)的 Vertical。國(guó)內(nèi),昂際航電與沃飛長(zhǎng) 空簽署戰(zhàn)略合作備忘錄,共同開發(fā) AAM 航電系統(tǒng)。

          2.3.2 飛控系統(tǒng)

          飛行控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱飛控系統(tǒng),可以根據(jù)飛行員的操縱指令、飛機(jī)飛行狀態(tài)和 環(huán)境參數(shù),控制飛機(jī)機(jī)翼、舵面等,實(shí)現(xiàn)飛機(jī)穩(wěn)定飛行和精確機(jī)動(dòng)。目前,小型 無(wú)人機(jī)的飛控系統(tǒng)和民航飛機(jī)及軍用大型無(wú)人機(jī)的飛控系統(tǒng)均有成熟的解決方 案。 飛控系統(tǒng)是 eVTOL 最核心的子系統(tǒng)之一,技術(shù)難度較大。eVTOL 主要依賴飛 控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛行器的感知、控制和決策。eVTOL 的飛行控制技術(shù)相比小型無(wú)人機(jī) 或民航飛機(jī)更加復(fù)雜,需要解決基于多旋翼垂直起降、基于常規(guī)固定翼水平飛行 以及垂直-水平兩種飛行模態(tài)的平穩(wěn)切換等技術(shù)難題,并且平衡好 eVTOL 市場(chǎng)化 過程中對(duì)飛控系統(tǒng)產(chǎn)生的輕量化、經(jīng)濟(jì)性、適航等現(xiàn)實(shí)需求。目前的電傳操縱系 統(tǒng)主要應(yīng)用于民航客機(jī)上,但是 eVTOL 機(jī)型的最大起飛重量多為一兩噸,在整機(jī) 重量、體積小得多的情況下,再加上旋翼類飛機(jī)是靜不穩(wěn)定的,必須在本就小巧 的機(jī)身上加配飛控計(jì)算機(jī)和 IMU 等傳感器,對(duì)飛控系統(tǒng)的體積和重量提出了更苛 刻的要求。

          eVTOL 對(duì)飛控系統(tǒng)有低成本要求。eVTOL 與傳統(tǒng)民航客機(jī)有著明顯不同的使 用場(chǎng)景,作為一種新型的中短途空中交通工具,更側(cè)重于在城市客運(yùn)(UAM)、區(qū) 域客運(yùn)(RAM)、貨運(yùn)、個(gè)人飛行器、緊急醫(yī)療服務(wù)等非長(zhǎng)距離場(chǎng)景的應(yīng)用。在追求 高效率的同時(shí),還需要做到可以面向大眾市場(chǎng)的低成本。與民航客機(jī)動(dòng)輒幾百萬(wàn) 美金的飛控系統(tǒng)預(yù)算不同,eVTOL 的飛控系統(tǒng)提供商需要讓產(chǎn)品和服務(wù)匹配 eVTOL 的成本結(jié)構(gòu)。小型的電子零部件甚至車規(guī)級(jí)部件的使用、更先進(jìn)的仿真系統(tǒng)、MBD(Model Based Design)等新技術(shù)及工具的引進(jìn)使得更低成本的飛控系 統(tǒng)成為可能。 適航要求飛控系統(tǒng)需要具有高可靠性。適航要求 eVTOL 主機(jī)廠必須選擇可適 航的高可靠性的飛控系統(tǒng)。

          國(guó)外航空飛控系統(tǒng)廠商包括泰雷茲、BAE System 等。泰雷茲是航空飛控系統(tǒng) 領(lǐng)先廠商,公司稱超過 12000 架飛機(jī)配備了其 FlytRise 飛行控制系統(tǒng),日本 eVTOL 制造商 SkyDrive 也將采用其 FlytRise 飛行控制系統(tǒng)。2022 年,BAE System 和 Supernal 宣布達(dá)成協(xié)議為 Supernal 的 eVTOL 飛行器設(shè)計(jì)開發(fā)飛控計(jì)算機(jī)。 國(guó)內(nèi)飛控供應(yīng)商主要有兩類,一類是老牌飛控系統(tǒng)供應(yīng)商,以軍工單位、研 究所及高校為主,包括中航工業(yè) 618 所、航天、北航、南航等;另一類是新興的 民營(yíng)企業(yè),包括邊界智控、致導(dǎo)、創(chuàng)衡、翔儀等。國(guó)內(nèi) eVTOL 主機(jī)廠御風(fēng)未來采 用自主研發(fā)的飛控系統(tǒng)。

          2.3.3 導(dǎo)航系統(tǒng)

          導(dǎo)航系統(tǒng)是飛行器核心子系統(tǒng)之一,不僅為飛行器提供姿態(tài)、方位、速度和 位置的信息,還提供飛行器的加速度和角速率,用于飛機(jī)的正確操縱和控制。 導(dǎo)航系統(tǒng)的最關(guān)鍵的指標(biāo)是精度和可靠性,這兩個(gè)指標(biāo)的提升一般有個(gè)途徑: 1)采用更高級(jí)別的傳感器,提升傳感器的精度和可靠性;傳統(tǒng)民航客機(jī)多 采用這一途徑,使用三套獨(dú)立的大氣數(shù)據(jù)慣性參考單元組成大氣數(shù)據(jù)慣性參考系 統(tǒng)(Air Data Inertial Reference System, ADIRS),每一個(gè)傳感器都是具備高 精度和高可靠性。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是算法和軟件簡(jiǎn)單,滿足軟件的適航較為容易, 但價(jià)格昂貴。 2)采用組合導(dǎo)航,組合多種不同工作原理的傳感器,形成一套可靠性和精 度都遠(yuǎn)高于單一傳感器的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航傳感器/子系統(tǒng)的種類較多,如慣 導(dǎo)系統(tǒng)(INS)、衛(wèi)星導(dǎo)航(GNSS)、磁羅盤、空速計(jì)、氣壓高度表/雷達(dá)高度表等。 目前 eVTOL 主流方式是采用 MEMS 傳感器、GNSS 等,通過數(shù)據(jù)融合算法提升性能 和 魯 棒 性 以 滿 足 飛 機(jī) 對(duì) 于 導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 的 要 求 , 例 如 邊 界 智 控 提 出 基 于INS/MAG/ADS/GNSS 構(gòu)成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。INS 是組合導(dǎo)航的核心,由加速度計(jì)和 陀螺儀組成,戰(zhàn)術(shù)級(jí) MEMS 已經(jīng)具備較好的性能,可滿足 eVTOL 的基本需求。

          eVTOL 導(dǎo)航系統(tǒng)有低成本要求,體積、重量、功耗等限制下技術(shù)難度較高。 傳統(tǒng)航空產(chǎn)業(yè)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)過于昂貴,動(dòng)輒上百萬(wàn)的價(jià)格無(wú)法滿足 eVTOL 成本 結(jié)構(gòu)的需求。同時(shí),eVTOL 飛機(jī)空間和電量有限,對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的體積和功耗 要求比傳統(tǒng)民航高。低沉本要求和體積、重量、功耗等限制下,開發(fā)適合 eVTOL 的組合導(dǎo)航技術(shù)難度較高。此外,eVTOL 飛行空域較民航客機(jī)更加復(fù)雜,有更多 干擾因素,機(jī)隊(duì)規(guī)模和密度也會(huì)大幅度提升,對(duì)單機(jī)智能化提出了更高要求。

          2.3.4 通信系統(tǒng)

          在民航飛機(jī)中,航空空地通信系統(tǒng)按服務(wù)對(duì)象的不同,可分為駕駛艙通信系 統(tǒng)、客艙通信系統(tǒng);按通信體制不同,可分為基于衛(wèi)星中繼模式的空地通信系統(tǒng)、 基于 ATG 地面基站模式的空地通信系統(tǒng)。 駕駛艙通信系統(tǒng):飛機(jī)駕駛艙內(nèi)的飛行員與地面管制員之間的通信一般使用 甚高頻無(wú)線電(VHF)和高頻無(wú)線電(HF)。甚高頻通信系統(tǒng)的有效作用范圍較短, 只在目視范圍之內(nèi),作用距離隨高度變化,也是目前民航飛機(jī)主要的通信工具, 用于飛機(jī)在起飛、降落或通過控制空域時(shí)機(jī)組人員與地面管制人員的雙向語(yǔ)音通 信。遇到險(xiǎn)情時(shí),也可通過甚高頻向地面發(fā)出求救信號(hào)。 基于衛(wèi)星中繼的空地通信系統(tǒng):衛(wèi)星通信模式是指飛機(jī)飛行過程中,通過接 收無(wú)線衛(wèi)星通信信息,實(shí)現(xiàn)機(jī)艙旅客空中上網(wǎng)的解決方案。

          基于地面基站的空地通信系統(tǒng):AGT 地面基站模式是在飛機(jī)航路航線下架設(shè) 數(shù)個(gè)地面基站,地面 AGT 基站向高空發(fā)射無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào),飛機(jī)用安裝在腹艙 ATG 接收器接收無(wú)線信號(hào),飛機(jī)在航路上飛行,一路接收地面 ATG 基站發(fā)射的無(wú)線信 號(hào),實(shí)現(xiàn)機(jī)艙旅客空地互聯(lián)無(wú)線上網(wǎng)及飛機(jī)機(jī)組飛行信息與地面互聯(lián)。 低時(shí)延、高穩(wěn)定的通訊鏈路是保障 eVTOL 航空器在復(fù)雜城市低空環(huán)境下安全 運(yùn)行的有效前提條件。相比較甚高頻通信系統(tǒng)(VHF)、衛(wèi)星通信等傳統(tǒng)航空通信 方式,地面移動(dòng)通信中的 5G 毫米波蜂窩數(shù)據(jù)鏈路在低成本、高可靠、廣覆蓋等 方面具備突出優(yōu)勢(shì)。eVTOL 在低空空域飛行,更適合于基于 5G/5G-A 地面通信基 站的通信模式。未來,隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,地面基站與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可協(xié)同滿 足 eVTOL 對(duì)通信的需求。此外,適航性要求,所有按照中國(guó)民航規(guī)章第 23 部適 航的飛機(jī),均至少配置雙套 VHF 電臺(tái)。

          2.3.5 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)

          飛行器大氣數(shù)據(jù)傳感技術(shù)是用于測(cè)量表征飛行器運(yùn)動(dòng)與來流空氣相互關(guān)系 的,包括飛行器運(yùn)動(dòng)時(shí)所處的靜態(tài)大氣壓力(靜壓)、來流沖擊壓力(總壓),所 處環(huán)境的大氣溫度,機(jī)體與氣流之間的夾角(攻角、側(cè)滑角)等。飛行器的速度 和壓力高度等關(guān)鍵飛行參數(shù)依賴于這些壓力測(cè)量,因此,大氣數(shù)據(jù)必須要準(zhǔn)確可 靠。


          低空經(jīng)濟(jì)專題:eVTOL詳細(xì)拆解-9712


          泰雷茲是全球頭部航空大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)供應(yīng)商,向全球客戶交付了超過 5 萬(wàn)個(gè) 航空數(shù)據(jù)單元/模塊,累積了數(shù)百萬(wàn)飛行小時(shí)。泰雷茲開發(fā)的適用于飛機(jī)、直升 機(jī)和 eVTOL 的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng),采用內(nèi)部 MEMS 壓力傳感器,在低速下具有高精度, 并且具有質(zhì)量輕、功耗低的優(yōu)勢(shì)。Eve 和 Wisk 等 eVTOL 廠商均采用了泰雷茲的 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

          2.3.6 健康和使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

          健康和使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(HUMS)是一個(gè)集機(jī)載航空電子設(shè)備、直升機(jī)故障診斷 與預(yù)測(cè)算法、地面維護(hù)支持與管理于一體的系統(tǒng)。HUMS 在直升機(jī)中用于監(jiān)測(cè)軸承 和其他關(guān)鍵部件的狀況,通過提供故障預(yù)警,允許操作員在其他計(jì)劃維護(hù)活動(dòng)期 間主動(dòng)更換組件,從而提高安全性并減少停機(jī)時(shí)間。 HUMS 系統(tǒng)主要由機(jī)載設(shè)備和地面配套設(shè)備兩部分組成,機(jī)載設(shè)備主要包括 數(shù)據(jù)采集與處理單元以及各類(振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、旋翼軌跡等)傳感器,地面配套設(shè) 備有地面分析系統(tǒng)、手持終端設(shè)備等。HUMS 系統(tǒng)主要功能包括:數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 功能、旋翼錐體動(dòng)平衡及機(jī)身振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能、傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)健康監(jiān)測(cè)功能、發(fā)動(dòng) 機(jī)健康監(jiān)測(cè)功能、使用監(jiān)測(cè)功能、超限告警功能、記錄直升機(jī)規(guī)定的各類超限告 警信息以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能等。 幾乎所有歐美制造商新研/改型的運(yùn)輸類旋翼航空器都安裝有 HUMS 系統(tǒng)。實(shí) 踐表明 HUMS 系統(tǒng)在保證直升機(jī)飛行安全、提高其維修性和減少維修費(fèi)用等方面,具有極好的效費(fèi)比。歐洲很多國(guó)家已通過運(yùn)行規(guī)章要求運(yùn)輸類載客的旋翼航空器 強(qiáng)制安裝 HUMS 系統(tǒng)。 代表性的 HUMS 系統(tǒng)包括已被廣泛應(yīng)用于型號(hào)中的 GENHUMS、IMDHUMS、 ZingHUMS 等成熟產(chǎn)品,以及 Honeywell 公司的 RECON(能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸)、 空客直升機(jī)公司的 FlyScanTM(能夠基于大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行智能故障診斷與預(yù)測(cè)) 等新一代 HUMS 產(chǎn)品。 在 eVTOL 領(lǐng)域,GPMS 的 HUMS 系統(tǒng) Foresight MX 已被選用于 Beta Technologies 的 Alia eVTOL 原型機(jī)。Lilium 與 Plantir 合作開發(fā)飛行器健康監(jiān) 測(cè)平臺(tái),通過軟件保障 eVTOL 飛行器安全、高效運(yùn)行。

          2.3.7 感知和避撞系統(tǒng)

          飛行器在城市環(huán)境中飛行時(shí),一些高層樓宇和建筑物將不可避免的對(duì)飛行過 程產(chǎn)生影響,需要考慮城市低空域復(fù)雜場(chǎng)景下的飛行安全問題。eVTOL 可以載人 飛行,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上需要考慮乘客安全,除了通過保障飛行器結(jié)構(gòu)的可靠性外, 飛行器是否具備避障功能也是決定安全性的關(guān)鍵因素。 傳統(tǒng)的民航飛機(jī)主要通過“空中交通警戒與防撞系統(tǒng)”(TCAS)和“地面迫近 警告系統(tǒng)”(EGPWS)兩個(gè)系統(tǒng)相互配合實(shí)現(xiàn)避障。TCAS 針對(duì)其他飛機(jī),由自身飛 機(jī)發(fā)送詢問信號(hào),其他飛機(jī)檢測(cè)到信號(hào)后反饋應(yīng)答信號(hào),再通過機(jī)載計(jì)算機(jī)進(jìn)行 數(shù)據(jù)計(jì)算得出相對(duì)位置信息,但是 TCAS 的配套設(shè)備復(fù)雜,維護(hù)費(fèi)用高,沒有經(jīng) 濟(jì)性優(yōu)勢(shì),只能給出警告信息,需要飛行員配合執(zhí)行;EGPWS 將飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù) 與提前導(dǎo)入機(jī)載計(jì)算機(jī)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,為飛行員提供警告提示,缺點(diǎn)是環(huán) 境地圖無(wú)法實(shí)時(shí)更新,不能滿足城市低空域存在建筑樓宇等障礙物時(shí)執(zhí)行避障動(dòng) 作所需的精度要求。

          霍尼韋爾、L3Harris 等開發(fā) eVTOL 感知和避撞系統(tǒng)。L3Harris 正在開發(fā)感 知和避撞(detect-and-avoid,DAA)系統(tǒng),以更好地確保安全飛行。其將空中交 通警戒與防撞系統(tǒng)(TCAS)、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)(ADS-B)、應(yīng)答器和地形感 知與距離測(cè)量設(shè)備、雷達(dá)和其他傳感器系統(tǒng)等附加功能集成。系統(tǒng)將為飛行員提 供飛行期間交通和障礙物的整體視圖,提供更好的態(tài)勢(shì)感知能力。2022 年,霍尼 韋爾宣布其 DAA 雷達(dá)系統(tǒng) RDR-84K 測(cè)試成功,可以在沒有人工干預(yù)的情況下執(zhí)行回避功能。霍尼韋爾的 RDR-84K 系統(tǒng)將支持 eVTOL 應(yīng)用。Iris Automation 的 DAA 系統(tǒng)基于多攝像頭,利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)提供完整的 360°徑向檢測(cè)能力。

          2.3.8 其他機(jī)載系統(tǒng)或設(shè)備

          緊急定位發(fā)射器:緊急定位發(fā)射器(Energency Locator Transmitter,ELT) 用于飛機(jī)遇險(xiǎn)后發(fā)射搜救信號(hào),幫助搜救人員確定事故位置并展開針對(duì)性的救援。 如果飛機(jī)是正常降落,ELT 不會(huì)打開;當(dāng)飛機(jī)受到巨大外力撞擊或觸水時(shí),一般 位于機(jī)身后方的 ELT 裝置會(huì)自動(dòng)開啟并發(fā)射信號(hào),持續(xù)時(shí)間一般不少于 24 小時(shí), 國(guó)際衛(wèi)星搜救組織的衛(wèi)星系統(tǒng)可以接收信號(hào)。Heico 的子公司 Dukane Seacom 披 露其 ELT 型號(hào) DK-406-AF 獲得了 eVTOL 市場(chǎng)的很大份額。 無(wú)線高度計(jì):無(wú)線電高度計(jì)(Radio Altimeters)輸出的高度數(shù)據(jù)是飛行中 的重要參數(shù)之一,該數(shù)據(jù)用于著陸飛行階段。同時(shí),空中交通警戒與防撞系統(tǒng) (TCAS)、地形指示和警告系統(tǒng)(TAWS)和風(fēng)切變(Windshear)等其他系統(tǒng)也會(huì) 用到無(wú)線電高度數(shù)據(jù)。

          3 eVTOL 配套商:傳統(tǒng)航空頭部供應(yīng)商先發(fā)優(yōu)勢(shì)顯著

          載人飛行器具有嚴(yán)格的適航審定要求,傳統(tǒng)航空頭部供應(yīng)商擁有豐富的經(jīng)驗(yàn) 積累和適航取證經(jīng)驗(yàn),先發(fā)優(yōu)勢(shì)顯著。國(guó)外 eVTOL 主機(jī)廠如 Lilium、Vertical、 Eve 等多與傳統(tǒng)航空頭部供應(yīng)商合作,以加快自身產(chǎn)品研發(fā)和適航取證。

          (1)Lilium

          Lilium 擁有強(qiáng)大的供應(yīng)商體系,合作廠商為航空航天領(lǐng)域頭部供應(yīng)商。 Lilium 官網(wǎng)披露,其 eVTOL 的航電和飛控計(jì)算機(jī)由霍尼韋爾提供,航空結(jié)構(gòu)件 由 Aciturri 和 Aernnova 生產(chǎn),座椅由 Expliseat 生產(chǎn),內(nèi)飾燈和地板由 DIEHL 提供,引擎軸和漿葉由 Aeronamic 生產(chǎn),輪胎采用 Michelin,接收器系統(tǒng)采用 Collins Aerospace,窗戶和風(fēng)擋由 Saint-Gobain 提供,起落架、機(jī)輪和支柱由 Magroup 提供,能源管理系統(tǒng)由 Astronics 提供,電源由 Customcells 提供,發(fā) 動(dòng)機(jī)電子馬達(dá)由 Honeywell 和 Denso 提供,電氣互聯(lián)系統(tǒng)采用 GKN Automotive, 電動(dòng)機(jī)軸承采用 SKF 的,大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)由 Aerosonic 提供。

          (2)Vertical Aerospace

          與 Lilium 相同,Vertical 的航電和飛控系統(tǒng)也由霍尼韋爾提供,韓華集團(tuán) 提供機(jī)電驅(qū)動(dòng)器。Vertical 采用羅羅公司的推進(jìn)系統(tǒng)和 Molicel 的電池,采用 Syensqo 的復(fù)合材料,并由 Leonardo 為其制造機(jī)體。

          (3)Eve Air Mobility

          Eve Air Mobility 研制的 eVTOL 采用復(fù)合翼構(gòu)型,擁有 8 個(gè)用于垂直起降 的專用螺旋槳和用于巡航飛行的固定翼。Eve 已開始組裝首個(gè)全尺寸 eVTOL 原型 機(jī),將于 2024 年進(jìn)行測(cè)試。Eve 的 eVTOL 計(jì)劃于 2026 年開始交付并投入使用。Eve 選擇了 Garmin、利勃海爾、霍尼韋爾、泰雷茲、Intergactic、FACC、日本 電產(chǎn)航空航天公司、DUC Hélices Propellers、RECARO、BAE System 等作為子系 統(tǒng)、設(shè)備或零部件供應(yīng)商。

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          2024-9-22 10:26

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