科技日?qǐng)?bào)記者 孫瑜
5月18日，位于無錫的中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一個(gè)黑色長匣子狀的電機(jī)正在高速運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)速不斷提高，傳感器顯示電機(jī)內(nèi)部的溫度也在逐漸上升，而電機(jī)仍在試驗(yàn)臺(tái)上穩(wěn)定運(yùn)行。
這是中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所自主研制的J250ST001新型百千瓦級(jí)一體化推進(jìn)電機(jī)，可適配2至3噸級(jí)純電eVTOL（電動(dòng)垂直起降航空器）主流機(jī)型。中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所電動(dòng)力事業(yè)部總經(jīng)理柏文峰告訴科技日?qǐng)?bào)記者，“該型產(chǎn)品去年配裝國內(nèi)一款3噸級(jí)傾轉(zhuǎn)旋翼eVTOL，成功完成原型機(jī)系留試飛。”
作為新質(zhì)生產(chǎn)力的代表，低空經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為培育發(fā)展新動(dòng)能的重要方向。eVTOL俗稱“飛行汽車”，是低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力場(chǎng)景。同新能源汽車類似，eVTOL規(guī)模化推廣應(yīng)用離不開“三電”，即電機(jī)、電池和電控。其中，電機(jī)主要為電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，為航空器提供推力。其功率密度直接影響著航空器的有效載荷能力，約占航空器成本的20%。
相較于新能源汽車，航空器對(duì)電機(jī)的安全性、可靠性要求更為嚴(yán)苛。柏文峰介紹，航空器電機(jī)功率密度為新能源汽車電機(jī)的2倍，需在縮小自重的同時(shí)不斷擴(kuò)大輸出功率，以此增加飛行的里程。此外，電機(jī)還需具備耐振動(dòng)、耐沖擊、耐高低溫等多種極端環(huán)境適應(yīng)性，提高集成化和電磁兼容水平等。“這些挑戰(zhàn)增加了eVTOL電機(jī)市場(chǎng)的技術(shù)壁壘。”柏文峰說。
“預(yù)計(jì)2030年，eVTOL國內(nèi)市場(chǎng)將達(dá)500億，對(duì)電機(jī)電控的需求旺盛。”中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所電動(dòng)力事業(yè)部運(yùn)營總監(jiān)陳斐介紹，全球進(jìn)入eVTOL領(lǐng)域較早的無人機(jī)制造企業(yè)均開始進(jìn)行針對(duì)性的電機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)，國內(nèi)部分電機(jī)電控廠商也正在加緊產(chǎn)品布局。
自上世紀(jì)70年代成立以來，中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所一直專注于航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域電機(jī)電控研究。近年來，該所面向低空經(jīng)濟(jì)組建電動(dòng)力事業(yè)部，以市場(chǎng)化機(jī)制加速技術(shù)轉(zhuǎn)化，自主研制的多型eVTOL電機(jī)產(chǎn)品取得關(guān)鍵技術(shù)突破，并具備一定量產(chǎn)規(guī)模。
“正在實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)的J250ST001新型百千瓦級(jí)一體化推進(jìn)電機(jī)，總重量不足30千克，峰值功率達(dá)125千瓦，峰值運(yùn)行時(shí)長達(dá)2分鐘，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)居國內(nèi)領(lǐng)先水平，部分指標(biāo)甚至優(yōu)于國際同類產(chǎn)品。”中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所電動(dòng)力事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)黃禮浩介紹，該型產(chǎn)品的最大特點(diǎn)就是把電機(jī)、電控、冷卻系統(tǒng)集成一體，正是這種巧妙的集成化設(shè)計(jì)，讓產(chǎn)品在同等功率等級(jí)下，體積更小、重量更輕、能耗更低。
在電機(jī)研發(fā)生產(chǎn)過程中，中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所還采用了數(shù)字仿真、智能制造生產(chǎn)線等多種智能化手段。“例如，電機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用仿真工具輔助研發(fā)，其中靜力與疲勞仿真多達(dá)46個(gè)工況。”黃禮浩說。
目前，該型產(chǎn)品已取得電機(jī)電控相關(guān)專利20余項(xiàng)，在2024年珠海航展亮相后，在多款eVTOL上裝機(jī)試運(yùn)行。
培育低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，加快場(chǎng)景應(yīng)用是一場(chǎng)“長跑”。陳斐提到，在航空器電機(jī)方面，目前只有一家國外電機(jī)企業(yè)的產(chǎn)品取得了歐洲航空安全局頒發(fā)的型號(hào)合格證，而國內(nèi)尚無電機(jī)產(chǎn)品獲得適航取證。陳斐表示，“下一步，我們將聚焦中大功率電機(jī)產(chǎn)品研發(fā)，加快推進(jìn)電機(jī)適航符合性驗(yàn)證工作，讓低空經(jīng)濟(jì)更快‘飛’入尋常百姓家。”
