霍尼韋爾兆瓦發(fā)電機(jī)獲得首單合同,折射未來(lái)動(dòng)力發(fā)展趨勢(shì)
軍工資源網(wǎng) 2023年05月08日4月初,霍尼韋爾公司(Honeywell)宣布,飛鯨公司(FLYING WHALES QUEBEC)已選擇其1兆瓦發(fā)電機(jī)作為其新型混合動(dòng)力飛艇LCA60T的動(dòng)力系統(tǒng),并簽署了集成和供應(yīng)合同。這是霍尼韋爾公司旗下最新型兆瓦發(fā)電機(jī)的首單合同。
飛鯨公司是一家獲得法國(guó)和魁北克政府風(fēng)險(xiǎn)投資的初創(chuàng)公司,正在開發(fā)長(zhǎng)200米、采用垂直起降(VTOL)技術(shù)的飛艇,用于重負(fù)載運(yùn)輸市場(chǎng)。
LCA60T飛艇吊運(yùn)集裝箱的模擬圖,注意其巨大的內(nèi)部貨艙與艇身上大量的推進(jìn)電機(jī)。
電動(dòng)力航空系統(tǒng)的應(yīng)用突破
對(duì)于這一合同,霍尼韋爾公司發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力系統(tǒng)總裁戴夫·馬里尼克表示:
“霍尼韋爾的1兆瓦發(fā)電機(jī)非常適合像LCA60T這樣的運(yùn)輸飛行器......該系統(tǒng)采用先進(jìn)而緊湊的技術(shù),實(shí)現(xiàn)了至關(guān)重要的高功率,相信可以為航空業(yè)創(chuàng)造一個(gè)更可持續(xù)的未來(lái)?!?nbsp;
根據(jù)飛鯨公司的公開資料,LCA60T是一種采用剛性骨架結(jié)構(gòu)的氦氣飛艇,長(zhǎng)200米,直徑50米,擁有10個(gè)氣囊,貨艙尺寸96x8x7米,有效載荷60噸。
該飛艇最初的設(shè)計(jì)目的,是在偏遠(yuǎn)且缺乏重載道路的林業(yè)地區(qū)完成木材運(yùn)輸工作。由于載荷重量和工作場(chǎng)地限制,這種工作無(wú)法使用常規(guī)的運(yùn)輸機(jī)和直升機(jī)完成。
目前飛鯨公司計(jì)劃在2025年完成飛艇的首飛,并在未來(lái)十年內(nèi)制造150架飛艇。
霍尼韋爾公司的兆瓦發(fā)電機(jī)。公開資料顯示其最大持續(xù)功率1兆瓦,效率達(dá)到97%,重量?jī)H有280磅(127千克)。該發(fā)電機(jī)實(shí)際上是發(fā)電/電動(dòng)可逆的雙用途電機(jī),不需要任何改變即可作為推進(jìn)電機(jī)使用。
LCA60T采用油電混合動(dòng)力設(shè)計(jì),由小型燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,然后驅(qū)動(dòng)艇身外部的大量分布式推進(jìn)電機(jī),實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)軌跡的穩(wěn)定控制和推進(jìn)。
在其動(dòng)力設(shè)計(jì)中,霍尼韋爾的兆瓦級(jí)航空電源系統(tǒng)是最為關(guān)鍵的核心設(shè)備。該發(fā)電機(jī)在2022年初完成第一輪測(cè)試,在測(cè)試演示中,該發(fā)電機(jī)以1兆瓦功率持續(xù)運(yùn)行,功率密度達(dá)到8千瓦/千克,效率達(dá)到97%。
針對(duì)兆瓦發(fā)電機(jī)的配套動(dòng)力來(lái)源,霍尼韋爾公司計(jì)劃使用HGT1700 輔助動(dòng)力系統(tǒng)(APU)——它本質(zhì)上是一臺(tái)非常緊湊的小型燃?xì)廨啓C(jī),兩者通過(guò)專門設(shè)計(jì)的變速箱連接,同時(shí)變速箱負(fù)責(zé)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料控制和潤(rùn)滑系統(tǒng)等機(jī)械附件的驅(qū)動(dòng)。
HGT1700 APU衍生自霍尼韋爾的331系列APU,為空客A350 XWB客機(jī)設(shè)計(jì),重量335千克,最大功率1.3兆瓦。
很顯然,霍尼韋爾這套以發(fā)電機(jī)為核心的兆瓦級(jí)航空電源系統(tǒng),并不僅僅可以應(yīng)用在飛艇上——實(shí)際上其在設(shè)計(jì)之初的核心應(yīng)用場(chǎng)景,還包括了各類使用電機(jī)推進(jìn)的電動(dòng)飛行器,尤其是針對(duì)未來(lái)城市空中交通的多旋翼eVTOL(電動(dòng)垂直起降)類飛行器。
影響輻射未來(lái)動(dòng)力領(lǐng)域
相較于傳統(tǒng)動(dòng)力構(gòu)型飛行器所使用的各種渦輪類燃機(jī)——包括渦扇、渦槳、渦軸等,電機(jī)在可靠性、效率、布置靈活性上都具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)。
特別是電機(jī)具有效率幾乎與尺寸無(wú)關(guān)的特性,可以使飛行器采用大量電機(jī)分散布置推進(jìn)裝置,突破現(xiàn)有的飛行器設(shè)計(jì)局限,獲得極為可觀的總體效率提升潛力。
但在最基本的化學(xué)層面上,電池儲(chǔ)能密度一直比燃油差得多,而且至少是數(shù)十倍以上的差距。這使得純電動(dòng)飛機(jī)的機(jī)身內(nèi)部空間和載荷能力,都浪費(fèi)在了裝載電池上。
一旦航空器噸位尺寸上升到載人級(jí)別,純電動(dòng)飛行器的續(xù)航時(shí)間、載荷航程,都遠(yuǎn)不如同級(jí)別的渦輪熱機(jī)飛行器。因此,在現(xiàn)有的技術(shù)能力下,絕大多數(shù)電動(dòng)航空器的型號(hào)甚至不足以形成最基本的實(shí)用價(jià)值,甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)城際飛行。
eVTOL飛行器僅靠電動(dòng)力飛不了多遠(yuǎn)。
只有油電混合模式才能較好地同時(shí)利用燃油的儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)和分布式電力推進(jìn)的總體設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。而高功率密度的大功率雙用途電機(jī),則是實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)勢(shì)不可或缺的技術(shù)基礎(chǔ)——對(duì)于總起飛重量較小,但是電機(jī)總功率要求很大,動(dòng)力效率本身還特別低的多旋翼eVTOL類飛行器來(lái)說(shuō),這一點(diǎn)尤其重要。
霍尼韋爾兆瓦發(fā)電機(jī)的實(shí)用化,為電動(dòng)力的輕型載人飛行器提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。更進(jìn)一步來(lái)說(shuō),電機(jī)作為非?;A(chǔ)的設(shè)備,它的影響范圍實(shí)際相當(dāng)大:能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)動(dòng)力構(gòu)型飛機(jī)、甚至是飛行器以外的領(lǐng)域的輻射。
比如,針對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)這樣的超聲速高機(jī)動(dòng)飛機(jī),緊湊化、輕量化的大功率雙用途發(fā)電機(jī),不僅可以直接替代專用的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)機(jī),減少其空間占用和重量,還能為戰(zhàn)機(jī)安裝更強(qiáng)大機(jī)載電子系統(tǒng)、提升作戰(zhàn)能力提供動(dòng)力基礎(chǔ)。
此外,如果大功率發(fā)電機(jī)被用于戰(zhàn)斗機(jī),也能為電氣系統(tǒng)取代液壓系統(tǒng)、從而大大提升飛機(jī)可靠性、降低設(shè)計(jì)制造成本提供技術(shù)基礎(chǔ),更能為激光等機(jī)載定向能量武器系統(tǒng)提供技術(shù)基礎(chǔ)。
在地面上,坦克等軍用裝甲車輛的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),混動(dòng)化也是無(wú)法繞開的技術(shù)關(guān)鍵和未來(lái)核心趨勢(shì)。這些車輛為了減小在戰(zhàn)爭(zhēng)中被命中概率,一方面要竭力壓縮尺寸,另一方面又要盡力降低紅外輻射和噪聲等信號(hào)特征、并能長(zhǎng)時(shí)間維持觀瞄火控通信設(shè)備的運(yùn)行。此外,這些特種車輛對(duì)成本相對(duì)較為寬容,實(shí)際上非常適合裝備基于航空電源技術(shù)的混動(dòng)系統(tǒng)。
電機(jī)綜合性能水平很重要
無(wú)論是傳統(tǒng)構(gòu)型飛機(jī)對(duì)二次動(dòng)力源全面電力化的優(yōu)化改進(jìn)渴求,還是新構(gòu)型飛機(jī)的實(shí)用和發(fā)展,都離不開航空電源在功率密度、容量、可靠性方面的不斷提升,而電機(jī)綜合性能水平則是其中最核心的環(huán)節(jié)之一,其重要性并不亞于被視為飛機(jī)心臟的渦輪燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。
航空電源系統(tǒng)作為飛機(jī)上最重要的二次動(dòng)力源,在整個(gè)飛機(jī)先進(jìn)技術(shù)發(fā)展中,其地位和作用一直在變得越來(lái)越重要,并不斷通過(guò)航空工業(yè)這一技術(shù)上游,向其他下游的技術(shù)和裝備領(lǐng)域擴(kuò)散。
霍尼韋爾的兆瓦發(fā)電機(jī),目前代表了西方國(guó)家在這一領(lǐng)域的最高實(shí)用化水平,具備非常重要的參考價(jià)值,值得特別關(guān)注。