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[心得交流] EVTOL 产品技术进展跟踪(3)

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发表于 2021-9-6 08:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 有容乃大 于 2021-9-6 08:41 编辑

EVTOL 产品技术进展跟踪(3)
有容乃大

引言
   自2019年开始撰写发表的“垂直起降飞行器设计方案盘点(一至六)“以及随后的”补(1—7)“系列文章,至今共计盘点国内外可垂直起降飞行器产品设计方案23例。
   数年来,不少曾盘点过的产品有了各种进展最新报道:其中有的公司获得大额投资,有的开辟了海外市场获的大数量订单。而作者更关心的是关于设计方案技术方面的进展,最近从网上发现有的公司产品公布了更多技术数据,值得补充报道分析。本篇跟踪对象是Lilium (原盘点二,编号3)。

有关Lilium 的新报道
   近日在YouTube视频网上看到多份有关德国Lilium公司eVTOL产品进展的报道。例如https://www.youtube.com/watch?v=d3eYyfXnl3c  
https://www.youtube.com/watch?v=I3vda1JjmWY  等等。
包括2021年7月15日的Lilium 公司成立分析日网络播出,
https://www.youtube.com/watch?v=dvLXCLcYyb0  
视频中由该公司各主管分别从,产品设计,制造,测试对比,相关法规认证,市场及效益分析等介绍其eVTOL产品进展及未来预期。
  本文把有关技术进展特别是最新公布技术数据总结归纳,与盘点二中编号3曾介绍比较如下。


保留与进展
  据宣该eVTOL产品设计制造自2016年起至2021年已是第5版。(2016 FALCON,2016DRAGON,2017EAGLE,2019PHOENIX )。
  保留的特色
        采用并列的模块化(各电机,叶轮转子,通道及驱动控制单元都只有一种规格)的6--12多电机直驱多叶片(每轴约24片)组合通道式气流推进装置,组合通道上面呈波状下形成平面,与固定翼弦大致平行,用于水平飞行;并列的各转轴可整体向下倾斜转0--90度,用于垂直起降和过渡阶段驱动。组合通道式气流推进装置的安装分布是,左右前副翼上6组,左右主翼上12组。
        整机采用无垂直尾翼的展弦比较大的鸭式固定翼布局。流线机身采用带升力外形。介绍说:在水平飞行时,后主翼产生约60%升力,前副翼和机身各产生20%升力。
        靠左右组合通道式气流推进装置的差动,实现无垂直尾翼方向舵情况下整机的转弯控制,并可在悬停中实现180度自转。
  设计进展
        由5座(1+2x2)发展为7座(1+2x3),还公布了16座(1+2x7+1)设计方案,(估计电机模块数相应增加)。没有公布各型的总起飞重量数据。
最新数据透露(7座)
        7座,驾驶员1,乘客6。
        外形尺寸 整机长8.5m,翼展13.9m。
        巡航速度280km/h(77.8m/s)。
        续航距离 250km。
        典型每次飞行时间分布:垂直起飞10秒,过渡爬升20秒,水平飞行30分钟,降落20秒+60秒。
        悬停功率大约为巡航功率10倍,但没有透露各自具体数值。
        电池能量密度 >330Wh/kg,输出功率水平2.8kW/kg,电池充电15分钟达80%,30分钟达100%;使用寿命可循环冲放电 >800次。没有透露整机电池72块模块的电池容量及重量。

点评
   由于没有总重量和巡航功率,悬停功率的具体数值。基于已透露的7座型号的技术信息及数据,无法对其垂直起降及巡航飞行的能效数据(指悬停升功比,巡航升阻比)作出估算,与其它eVTOL产品能效数据作横向比较。仅就整体印象对其公司及产品技术亮点和不足点评如下:
  亮点
        独创的可倾斜并列成长板的模块化小尺寸组合通道式电动气流推进装置(所称的电动喷气装置)与鸭式布局固定翼配合,使得固定翼投影面积在水平飞行时比垂直起降时大约增加1倍。减少垂直上升阻力。
        无垂直尾翼的较大展弦比鸭式布局固定翼,以及机身外形设计,使得在水平飞行时前后翼与机身都产生升力,分担整机重量,提高了升阻比。尽管悬停功率比巡航功率大达10倍,实现7座eVTOL可每次起降中水平飞行30分钟,航程250公里的能力。超过现有其它eVTOL产品相关数据。
        整机设计简洁紧凑,无方向舵垂直尾翼,无副翼襟翼,整机无液压机构;模块化设计使得整机另件种类数大为减少,便利维护,提高整体可靠性。
不足
        可倾斜通道式电动气流推进装置和可倾斜普通开放式升力旋翼/螺旋桨装置一样存在设计原理决定的无解矛盾,要求同样几何设计的翼片在进气速度基本为零的垂直起降过程,和进气速度达巡航速度的水平推进过程都能以最高能效产生推力在原理上是不可能的,只能以水平推进为主兼顾垂直起降来设计制造,牺牲垂直起降的能效。如果说开放式升力旋翼/螺旋桨装置可以加装翼片变迎角机构加以补救,对于小型多叶片通道式电动气流推进装置则很难实施。这也是本产品悬停功率达巡航功率10倍的原因。
        对于Lilium公司在各类公示资料中,未能向大众投资人及用户公布所发布最新产品整机起飞重量和巡航功率数据感到遗憾。

后记:一个值得探讨的技术问题
  注意到LIlium的设计试制组在6年间5种样机中,除2016DRAGON试验过较大直径较少数量(前2后4)设计外,其余各型均选取较小直径较多数量(前12后24)方案。根据其宣传科普视频中,专业工程师提出:驱动模块转子直径越大,推力与自重比(注意不是推力与功率比)会越小的理论(没有说明进气速度,及驱动功率的影响)。
  作者认为,Lilium公司的经验和实践,给我们提出一个值得探讨的技术问题:抛开可倾斜旋翼(不论开放式还是通道式)无法解决垂直起降与水平驱动同时获得最高可能效率不谈,仅仅考虑旋翼(不论开放式还是通道式)垂直起降能效,到底是旋翼叶片直径越大(轴数越少)能效更高,还是直径越小(轴数越多)能效更高?此外,叶片数对能效有何影响?外加通道和开放对能效有多大影响?作者准备对此另外专门撰写一篇文章进行探讨。敬请感兴趣读者关注。
(完) 2021/9/5发表于发表于“新浪博客”和“中国滑翔网/论坛/硬翼飞行”

发表于 2021-9-8 07:23 | 显示全部楼层
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