工程设计的一个振奋人心的方面是,通过创新改变人们的生活方式。这也适用于向氢燃料和电池动力商用飞机的转型。未来学家、电力工程师和航空工程师设想了一个有着静音且零排放的客机、无人机、乃至自动驾驶出租飞机的世界。
实现飞机净零排放远不只是为了完成温室气体减排任务。跟电动汽车一样,相比以煤油为动力的飞机,氢燃料飞机的电动机在维护成本上有望大大降低。节省运行成本则有望提升短程航班的盈利率,开辟更多新航线。
小型飞机可以做到全电动。ResearchAndMarkets.com 研究显示,在 2030 年,全球电动飞机市场的规模有望达到 2.266 亿美元,而多家大型航空公司都已宣布计划在 2030 年之前改用电动飞机。工程师们在现有混合动力汽车和电动汽车的基础之上,正快速推进这项技术在航空领域的应用。
目前在研的一些大型飞机也将采用氢燃料电池提供飞机推进所需的电力。ZeroAvia 等公司的设计已进入了试飞阶段。
无论飞机是采用氢燃料还是全电动模式,其研发过程都伴随大量的工程挑战。对于提出这一倡议的航空工程师而言,他们所面临的任务复杂度远高于电动汽车领域的工程师。首先,采用电动推进系统的飞机所需的电力远高于汽车,其次,对可靠性和安全性的要求也更为严苛。在一万米的高空,系统故障所造成的后果无疑要严重得多。
打破技术壁垒
在未来的飞机上,可持续燃料和电源系统需要的将是全新的直流电气化充电和推进系统,而不是现下的交流直流电源混合解决方案。
电动航空领域必须要克服的电力技术壁垒有许多,下面列出了其中一些:
新的能源供应和储存系统
包括燃料电池管理,这些系统必须保证清洁顺畅的电力供应——尤其是在起飞时的峰值需求期间。
更轻更小的发动机和电池电源系统
需要从设计上适应极端环境条件,包括振动、温度变化、湿度和高加速/重力条件。
一系列电源转换和配电系统
用于将 700-1000 V 的直流主电网电力转换为较低的电压水平,以供仪器仪表 (28 VDC)、空调 (400 VDC) 和关键的起落/机翼控制/制动系统 (±270 VDC) 使用。
开拓直流电源供电与测试的新方式
每款新电子系统和设备都必须在性能、可靠性、EMI 干扰和安全性方面接受全面测试。其中就包括峰值功率达兆瓦特的大功率电动推进电机、用于操控重型设备(如起落架和襟翼)的直流电机,以及具有足够的容量和效率来保证远程飞行的电池。幸运的是,EA Elektro-Automatik 是电源和负载技术领域的专家,致力于满足航空电源系统的创新需求(包括“面向未来”、适应未来变化的设备)。
在XY-Table模式下,EA电源可以模拟燃料电池的输出,如上图所示。利用燃料电池的输出特性,对负载电路进行测试,确保负载电路在燃料电池输出特性变化的情况下能够正常工作。
检验未来航运
EA Elektro-Automatik 提供了一系列电源转换产品,可正确测试这些电气电子设备和网络。我们的产品从一开始便能够胜任大功率的航空应用任务:
- 320 W 至 3.84 MW 的功率范围
- 0-60 VDC 至 0-2000 VDC 的电压范围
- 最高 64,000 A 的电流范围
除了“天赋”大功率,EA 产品还拥有如下其他特性,尤其适用于严苛的航空电气测试。