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构型设计:三大主流构型,产品形态百花齐放
分布式电推进系统(DEP)技术使得飞行器的构型突破了传统架构的限制,eVTOL机型设计多样化,不同产品都有各自独特的设计,产品形态百花齐放。
各类机型可总结为三大主流构型:多旋翼构型、复合翼构型、矢量推力构型/倾转构型。根据保时捷咨询和美国垂直飞行协会 2021 年对全球 eVTOL 制造商和机型的统计,在 200 多个 eVTOL 型号中,40%为多旋翼构型,38%为矢量推力构型,22%为复合翼构型。
1)多旋翼构型(Multirotor)飞行器是由多个旋翼提供升力,通过调整各旋翼转速来控制姿态及讯飞,没有固定翼或倾转旋翼。
2)复合翼构型(Lift and Cruise)飞行器结合了多旋翼和固定翼的特点,垂直阶段和水平阶段使用不同的螺旋桨。在悬停和低速飞行时,飞机以垂直起降模式运行;在巡航时,由机翼提供升力,由水平推进螺旋桨提供向前的推力。
3)矢量推力构型/倾转构型(Vectored Thrust)飞行器有机翼和矢量推进器,推进器提供升力也帮助巡航,通过旋转(矢量控制)推力点来实现。矢量推力可能通过以下几种形式来实现:倾转旋翼-旋翼可以改变角度;倾转机翼-整个或部分机翼可以旋转;旋转涵道-涵道风扇可以倾斜来转换方向等。
旋翼配置对飞机的航程、载荷、成本等方面有显著影响,不同构型各有优劣。机翼可以实现更高的巡航速度和更长的飞行距离;旋翼则提供了更好的机动性、悬停效率和垂直起降能力,但转子产生的升力会产生更多的阻力并产生更多的能量,从而降低飞行器的航程和有效负载能力。
电机电控:核心动力系统,各家方案存在差异
电机和电控系统是飞行器的核心动力单元,决定了飞机的能源利用率和推进效能,与旋翼的分布紧密相关。不同构型和不同产品的机型差异较大,采取的动力结构、数量、分布、性能参数存在较大区别。我们对主流构型和具有代表性的机型进行梳理:
Source:申万宏源证券
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