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[心得交流] “旁观者清”---给涉航空民企产品核心技术点评(二)

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发表于 2021-7-19 07:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 有容乃大 于 2021-7-19 07:42 编辑

“旁观者清”---给涉航空民企产品核心技术点评(二)
有容乃大


前言 在影响实体企业生存和发展的各项要素之中,诸如:人员,资金,主打产品的核心(专利)技术,设备和场地,部件材料供应,销售渠道 等等,究竟哪一项才是真正的关键核心?虽然根据木桶原理,任何一项都不可短缺,但从技术进步同行竞争角度,真正的关键核心项无疑还是主打产品的核心(专利)技术
  作者一直关注国内涉航空民企主打产品的技术进步。近年看到,某些涉航空民企在主打产品的技术选择和创新中,所选用的貌似先进的技术方案,经物理常识分析判断,却属低能效选择。本着“旁观者清”进言献策态度,决定就几个国内民企涉航空产品,分别写几篇博客文章,完全从技术角度,分析各主打产品核心技术存在的能效问题,公开给其做简要技术点评。希望能通过有心读者最终传到目标企业,对当局迷者有所启迪。提出问题目的最终是为了改进,作者愿进一步与企业技术领导通过电子邮件直接交流给与具体改进献策
  去年7月发的首篇,献给了某大学生创新民企,北京清航紫荆装备科技有限公司。所点评项目:交叉双旋翼复合推力尾桨无人直升机。发表后未见任何反馈。一年来,作者把关注又转回到对国内外垂直起降固定翼飞行器的设计方案盘点分析。
  最近在环球网上读到由中青网记者张真齐发表的一篇关于“飞行汽车是否下一个产业风口”文章。关于“飞行汽车”,作者认为,从应用角度,把地面行驶汽车和空中飞行飞机特别是垂直起降飞机硬结合起来,是个技术伪命题。打算另行专门撰文来探讨。但该文中引用清华大学汽车安全与节能国家重点实验室常务副主任、教授张扬军在飞行汽车研究发展的论文中指出的:“现在常说的飞行汽车,为仅具有空中飞行功能的电动垂直起降飞行器,已经成为世界各国重点布局的领域。“又把目标限定为作者一直关注的电动垂直起降飞行器eVTOL技术领域。 该文还重点介绍了:正与时间赛跑,抢占飞行汽车风口队伍中的一员:北京玮航科技公司的联合创始人兼CEO,张磊。以及张磊所介绍的替代旋翼技术的涵道风扇电机一体化耦合设计新技术。
  因为涉及电动垂直起降飞行器,该文引起作者注意,继而注意到张磊总的企业目标和核心技术,激起写第二篇旁观者清文章的想法。希望与张磊总探讨。

本篇标题
涵道风扇电机一体化技术先进吗?致“北京玮航科技”
关于北京玮航科技公司相关信息,作者系上述文章中首次听到。据该文介绍(基本原文摘录):公司的联合创始人兼CEO张磊,本科和研究生都是在清华大学汽车工程系。他和同事预测到未来交通领域的发展会从面向地面交通的电动智能汽车时代,最终走向实现立体出行的飞行汽车时代。经查阅寻找了很多国外关于飞行汽车的资料,经过近一年的学习研究,有了较为清晰的认知和理解。认为未来产品竞争的核心是:载得多、飞得远、噪声低。这三点将成为未来衡量飞行汽车优不优的关键因素,而动力推进系统则是关键卡脖子技术。最后选定研发大推力、高效率、低噪声的电动涵道风扇推进技术,作为其初创公司核心技术,用以替代目前各类飞行汽车所采用的旋翼推进方式。凭借锲而不舍的精神和大胆求证的态度,张磊和同事们在飞行汽车的关键技术取得了很大的进展。今年年底左右,600公斤级全尺寸飞行平台将会进行飞行测试,顺利的话明年会开始产业化落地。
  
  阅读上述信息后,在赞赏张磊及同事从一个汽车专业研究生投身飞行器研发创业的魄力和行动力的同时,作者对所其选定核心技术表示怀疑和惋惜。特提出几点技术观点与之探讨。
  
1 衡量飞行器优劣的关键因素,的确是能效,但并不仅以动力推进系统为关键
   总载重大,航程长的实质就是飞行器能效高。而飞行器能效高取决于1)飞行器外形设计,2)动力推进系统效率。后者又包括:发动机,传动系统,空气推进机构(如带涵道或不带函道外套的旋翼,螺旋桨,)三部分。
  垂直起降能效,基本不考虑飞行阻力,可以悬停功率(千瓦)来表征衡量。主要取决于带涵道或不带函道外套的升力旋翼(尺寸,叶片外形,数量等)设计,以及驱动系统效率。
  而水平飞行能效,主要取决于整机升阻比(由机翼,机身外形决定),以及驱动系统总效率两大因素。带涵道或不带函道外套的螺旋桨(尺寸,叶片外形,数量等)设计所决定的空气推进机构效率,仅是驱动系统总效率中较关键的一部分。

2 涵道风扇技术与不带函道外套的升力旋翼技术相比,在垂直起降中,不具备效率优势
   由于垂直起降过程要求在近似静止空气中产生大推力,势必要求翼片半径大,如外加涵道外套必然导致重量大结构设计制造困难,而得不偿失。
  此外,在正常飞行中,如果用于驱动垂直起降的涵道风扇不转变为水平驱动,则其外套所带来飞行阻力远大于无涵道外套的升力旋翼。故几十年直升机制造史中涵道外套技术从未被实际设计产品采用。

3 涵道风扇技术与不带函道外套的驱动螺旋桨技术相比,在正常飞行中,效率优势不明显
  回顾飞机发展史,我们看到,作为正常飞行水平推进机构,在喷气发动机出现前,各种螺旋桨驱动设计中,也基本不采用带涵道外套的技术。仅在极少数水上飞机,以及前几年空客公司的首架轻型电动飞机中采用过。需要注意的是:这些涵道风扇仅仅用于水平驱动,并不用于垂直起降。

4 目前国际电动垂直起降产品设计中,少数初创公司采用的电机直驱涵道风扇,均为可倾转设计,其设计原则存在固有矛盾难以调和
  如作者盘点系列文中所列: 编号2澳大利亚Macchina Volantis 公司的 飞行轿车,前后各两个带涵道风扇,在垂直起降时转轴垂直,而在正常飞行时转轴变为水平。
  编号3德国Lilium 公司 (网传由慕尼黑工业大学航空航天专业的“最优毕业生”设计,2015创建公司,中国腾讯已经给该公司9000万美元投资)的设计。前后各有2组总计48套(2x6, 2x12)带通道风扇。通道轴可以改变倾角,在垂直起降时轴垂直向上,水平飞行时轴改为水平。
  客观现实是,上述可倾转涵道风扇设计方案的产品开发进展,一直是雷声大雨点小,至今未见可使用产品面世。
  而从物理原理分析,垂直起降时轴向进气速度几乎为零,要求所有涵道风扇产生推力等于大于整机重力;而水平飞行时轴向进气速度为巡航速度,却要求所有涵道风扇产生推力仅等于整机水平飞行空气阻力,后者约为整机重力除以整机升阻比,一般小于整机重力1/10。如何用同样一套涵道风扇,实现在两种模式中的各自最大效率,设计原则存在固有矛盾难以调和。
  虽然美国贝尔公司的V系列可倾转旋翼已经取得实用成功。那是在大功率燃油发动机基础上实现的两种模式效率的折中,很难直接平移到电动涵道风扇技术上。

后记 基于上述4点,作者认为: 北京玮航科技公司张磊总及同事所选择的关键技术在eVTOL产品竞争中,并不是一条先进技术路线。很难支撑起“与时间赛跑,抢占飞行汽车风口”的初衷。望能及时醒悟,另选良谋,以免浪费自己和同事的青春,及投资机构的金钱。
  提出问题目的最终是为了改进解决,作者愿进一步与企业技术领导通过电子邮件直接交流给与具体改进献策。(欲联系作者tandagang@yahoo.com

(完)2021/7/19 发表于新浪博客和滑翔中国网/论坛/硬翼飞行
发表于 2021-8-21 08:20 | 显示全部楼层
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