关于低空飞行器动力系统技术路线的讨论

文八柿子 2024-04-30 05:49:14

Q:低空飞行器动力系统技术路线的对比和现状是什么?

A:低空飞行器的动力系统技术路线主要包括纯电动、混合动力以及传统的活塞发动机等。目前,低空经济政策倾向于以电动化为主攻方向,同时兼顾混合动力、氢动力和可持续燃料动力等技术路线。国外在这一领域的研发较为成熟,如美国的Joby Aviation公司,其动力系统包括旋翼优化和噪声控制等方面都处于领先地位,主要采用的是分布式电力推进系统。而国内则有多家主机厂,如亿航、风行、卧龙等,目前主要采用的是纯电动推进系统,而混合动力系统则处于考虑和论证阶段,尚未成熟。

Q:国内低空飞行器动力系统的研发现状和挑战是什么?

A:国内低空飞行器动力系统的研发主要集中在纯电动推进系统上,大多数主机厂都在进行这方面的研发。尽管如此,由于电池能量密度的限制,目前的纯电动飞行器航时较短,存在一定的局限性。混合动力系统作为一种过渡技术,由于其系统开发和零部件压力较大,目前国内大多数企业还未完全转向这一方向。尽管如此,部分企业如小鹏汽车正在考虑混合动力构型,但尚未最终确定。国内的动力系统供应商,如608研究所、湖泊中源研究院等,也在关注这一领域的发展。总体来说,国内在低空飞行器动力系统的研发上还处于跟随和预言性课题研究阶段,尚未形成成熟的混合动力产品。

Q:低空飞行器动力系统技术路线的选择依据是什么?

A:低空飞行器动力系统技术路线的选择主要依据产品的应用场景。例如,多旋翼和陆地航母这类偏娱乐性质、短途运货的应用场景,一般不需要飞行超过100公里,现有充电模式已能满足需求。而对于中短途载人或载货,如100至500公里的航程,会更多关注航时和航程,可能会考虑增程混动等技术。

Q:目前纯电低空飞行器的电池技术参数和性能如何?

A:目前纯电低空飞行器的电池技术参数包括能量密度、充放电速率、电压和循环寿命。能量密度方面,国外电池能量密度可达280Wh/kg,国内也接近这一水平。电池多采用圆柱电芯,以提高能量密度。充放电方面,趋向于使用高压快充,如800伏,以缩短补能时间,但高电压会缩短电池寿命。电池的循环寿命在1000次充放后会出现明显损耗。对于50公里以内的短途飞行,多旋翼飞行器的电池可支持20至30分钟飞行,轻转旋翼飞行器可飞行一两百公里。

Q:纯电低空飞行器的经济性如何,电池成本占飞行器总成本的比例是多少?

A:纯电低空飞行器的经济性相对较高,与特斯拉等电动汽车相比,节省时间和成本方面相差不大,甚至略高。电池成本占飞行器总成本的40%到50%。如果采用高压快充模式,电池更换周期约1000次,若每天飞行三次,则一年左右需更换,成本较高。若采用换电模式,由于需要多块电池,成本同样较高。因此,目前电池技术在经济性方面仍存在提升空间。

Q:低空飞行器动力系统的成本构成是怎样的?电池在其中占多少比例?

A:在低空飞行器的成本构成中,电池占据了相当大的比例,大约在40%到50%之间。具体的收益和回本周期需要根据飞行器的使用频率和每次飞行产生的收益来计算。

Q:目前低空飞行器动力系统的市场准入情况如何?不同厂商的定价策略有何差异?

A:目前市场准入方面,部分厂商如中飞刚拿到TC证,主要用于货运。小鹏等其他厂商的多旋翼或其他构型飞行器仍在取证过程中。定价方面,不同厂商的策略差异较大,例如一航的飞行器定价较高,而小鹏的定价相对较低,一辆车加飞行器的总价大约为130多万。这种定价差异使得直接评估经济性变得困难,需要考虑定价和飞行器的循环寿命等因素。

Q:主机厂对电池供应商的开发需求有哪些?电池供应商的产品配套情况如何?

A:主机厂对电池供应商的开发需求主要集中在提高电池性能,包括能量密度和循环寿命等方面。目前市场上的电池供应商相对较少,如宁德时代等。电池供应商的产品配套情况各异,一些主机厂如小鹏汽车会购买电芯后自行组装和测试,使用的是中航锂电(现中创新航)的产品。

Q:半固态或凝聚态电池的开发和验证情况如何?

A:目前,半固态或凝聚态电池尚未在全球范围内实现商业化验证,这仍是行业的一个痛点。尽管如此,行业内对这类电池的期待很高,因为它们能显著提升能量密度,从而增加飞行器的航程。

Q:如果电池能量密度提升,低空飞行器的应用场景和航程将如何变化?

A:如果电池能量密度提升至400或500瓦时每公斤,飞行器的航程将显著增加。例如,目前能飞100公里的飞行器,在使用固态电池后可能飞行200公里。这将大大拓展飞行器在短途货运和旅游等领域的应用,同时也提高了飞行器的商业可行性。对于中长途飞行,如果能飞200至500公里,将与混动飞行器形成竞争。

Q:固态电池的量产预期和行业对新技术的适应情况如何?

A:普遍预计固态电池将在2025年或2026年实现量产。整个行业需要1至2年时间才能出现非常成熟的设计或机型。目前,行业主要使用的是多旋翼飞行器,飞行时间较短。小鹏汽车的定价策略与其量产数量有关,预计年产量为一万台,这有助于降低成本。

Q:小鹏汽车如何实现较低的定价策略?

A:小鹏汽车的低定价策略与其量产数量有关。初步公布的价格包括一辆六轮驱动SUV和飞行器,飞行器的实际价格会更低。小鹏汽车的量产预期是一年一万量,这有助于实现较低的单位成本。相比之下,其他厂商如一行的量产数量较少,导致成本难以降低。

Q:关于小额陆地航母的研发进度和定价情况?

A:小额陆地航母目前仍处于研发阶段,技术难点尚未完全突破,量产定价和定点流程也未完全完成,存在一定的不确定性。虽然大部分量产定点已满足,但仍有部分难题待解决。

Q:在100到500公里的应用场景中,混动技术路线的占比和结构情况如何?

A:在国际市场上,混动技术更多应用于固定翼飞机,如波音、空客等公司的合作项目,这些飞机的载客量通常在100到140人左右。目前,国外在电动垂直起降(eVTOL)混动技术方面尚未有突破性进展,主要是样机验证。国内市场上,混动技术还处于初步探索阶段,尚未有明确的应用案例。小鹏汽车正在考虑将汽车上的混动模式应用到eVTOL领域,但内部评估认为风险较大。

Q:混动动力系统的零部件开发难度主要体现在哪些方面?

A:混动动力系统相较于纯电动系统更为复杂,需要涡轮发动机、发电机、电池和驱动装置等组件。系统控制更为复杂,可靠性相对较弱。目前,纯电动系统尚未完全成熟,混动系统的探索较少,主要因为技术难度和市场风险。

Q:目前市场上对混动动力系统的探索和布局情况如何?

A:市场上对混动动力系统的探索相对有限,小鹏汽车等企业虽有意向尝试,但面临较高的风险和技术挑战。其他如A8、沃伦等公司虽有布局,但目前尚未有官方发布的突破性进展。据与内部技术人员的交流,混动技术目前还处于预言性课题阶段,未达到产品化程度。

Q:低空飞行器电机在技术路线方面有哪些特点或要求,与新能源汽车电机相比有哪些不同?

A:低空飞行器电机相较于新能源汽车电机,在技术要求上有显著不同。首先,飞行器对电机重量极为敏感,因为增加的重量会直接影响飞行器的载重和飞行性能。其次,飞行器电机的可靠性要求极高,一旦电机出现故障,可能导致严重的后果。此外,飞行器电机除了需要提供扭矩外,还需承受轴向拉力和弯矩,这意味着电机需要在三个受力方向上都有良好的表现。功率要求也很高,因为电机需要快速驱动旋翼以实现速度变化和升力调整。目前,多数厂家在电动汽车电机基础上进行更新设计,但面向C端或B端客户的成熟产品需要更高的安全性、可靠性和耐用性,这要求电机设计不断更新和完善。技术路线方面,永磁同步电机在汽车上应用较多,而飞行器电机可能采用不同的构型,如外转子电机或高速电机配合减速器。随着技术发展,外转子电机因其直驱优势而被更多采用,减少了减速器的使用,以减轻重量并提高效率。

Q:低空飞行器电机未来的发展趋势和技术挑战是什么?

A:低空飞行器电机的未来发展趋势包括采用外转子电机和直驱模式,减少或不使用减速器,以降低重量并提升效率。技术挑战主要集中在提高电机的重量敏感性、可靠性和安全性。同时,需要对电机的构型和模式进行创新,以适应不同的飞行器设计需求。例如,对于需要装入车辆的飞行器,电机的体积和空间布置要求更高,这增加了技术难度。此外,电机的发展趋势还包括对高速电机和不同构型电机的持续测试和优化,以适应飞行器的特定应用场景。

Q:低空飞行器动力系统在设计时考虑的主要因素是什么?

A:低空飞行器动力系统设计时主要考虑的因素包括重量、功率和综合性能。设计过程中会进行优化,选择最优的构型,包括电机散热器与电机一体化设计,以及对电池盒等部件进行辅材设计,以实现减重和提升功率。

Q:如何通过材料选择和设计来实现低空飞行器的减重?

A:减重可以通过使用碳纤维和非金属或非合金材料来实现。例如,小鹏的陆地航母最初设计有效载重为200公斤,但实际只能达到160公斤,因此需要考虑减重措施。金属件可以设计成辅插件,电机内部部件和电池盒也采用辅材设计,这些措施可以减少几公斤的重量,对飞行器的有效载重有显著影响。

Q:使用辅材进行减重是否会增加成本,如何平衡成本和性能?

A:辅材的应用确实会导致成本增加,因此需要进行整体优化。如果成本过高,可能会减少客户群;如果成本低,可能会影响性能。这是一个权衡的过程,需要考虑成本和性能的综合因素。

Q:提升电机功率和响应时间有哪些途径,电机的技术参数与哪些因素有关?

A:电机的功率和响应时间与其直径、高度等技术参数有关。选择哪种电机更好取决于飞行器的构型和所需性能。不同型号的飞行器,如小鹏的陆地航母和风飞的清转机型,可能有不同的要求和优化结果。

Q:低空飞行器机型的检测费用包括哪些方面,费用大概是多少?

A:检测费用主要包括实验验证费用,涉及零部件系统、整机的台架验证、外部飞行验证和安全性验证。对于不同的机型,如多权益的和轻转的,以及有倾转旋翼和轻转记忆的复杂机型,认证过程和费用会有所不同。从侧面了解,银行局的检测费用至少需要四五千万,风飞的检测费用可能在2000万以上。

纪要来源:【文八股调研】小程序

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