電推進
關注創建者：qishi723 創建時間：2016-12-25
電推進的實例教程
歐空局領導的團隊于2018年3月完成了吸氣式電推進的研制工作，并成功完成了該類推力器世界首次點火。這種電推進裝置攝取大氣層邊緣稀薄大氣中的分子作為推力器的工質。實驗的成功意味著，衛星在超低軌道持續運行數年成為可能。
歐空局用于重力場測量的GOCE衛星，采用了電推進裝置來持續補償空氣阻力，因而能夠在250km的低軌上運行四年時間。然而，GOCE衛星的壽命受限于它攜帶的作為工質的40kg氙氣，當氙氣使用完以后衛星的任務也就結束了。
與衛星自身攜帶工質不同，使用大氣層中的中性分子作為工質，能夠創造出一類能夠在超低軌道上長時間運行的新型衛星。
吸氣式空間任務示意圖
吸氣式電推進裝置不僅能夠在地球軌道上使用，也能應用于其它星球的大氣層邊緣。例如，在火星上可以使用火星大氣層中的二氧化碳作為工質。
歐空局的Louis Walpot說道：“這個計劃的創新設計在于，它能夠在約200km高度的地球大氣層邊緣，以7.8km/s的速度收集空氣中的分子作為推力器的工質”。
實驗設備
意大利的Sitael公司研制了用于測試這個概念的完整推力器，并且在該公司一個能夠模擬200km高度真空環境的真空艙中進行了實驗。
試驗中還使用了一臺粒子流產生裝置，用來模擬高速來流分子。這些分子會被吸氣式電推進的新型進氣道和推力器捕獲。
推力器上沒用活動的和復雜的部件，每個部分都依據簡單的原理運行著。該推力器所需要的僅僅是產生磁場的線圈和推力器電極所需要的電能，這些能量用來產生極其強勁的阻力補償體系。
吸氣式電推進裝置原理圖
這項技術的挑戰在于，要設計一種新型的進氣道。它能夠收集空氣中的分子并將其壓縮，而不是簡單的將空氣中的分子撞開。
展開 即使人們對航空電推進領域的投資熱度高漲，羅蘭貝格的研究小組認為，并不是所有已知的項目都能實現。湯姆遜也表示：“現在由風投支持和以敏捷方式發展的電推進項目，相比以往在航空航天領域的創新范式已經發生了重大變化，創新可能比任何人預期的都來得更快。”
（航空工業發展研究中心 王元元）
在眾多創新概念中，分布式電推進系統技術展現出了較為明顯的發展潛力，其被認為能夠極大地降低燃油消耗和各類排放，并被視為有潛力在2030年后投入使用的、極有前景的民用綠色航空解決方案，已經成為美俄等國航空技術戰略發展的主要方向之一。
與常規飛行器相比較，分布式電推進飛行器全機性能主要由分布式動力系統與機翼之間的耦合特性所決定，因此其氣動設計問題已由傳統機翼的干凈外形設計問題轉變為分布式動力與機翼強耦合下的最優特性設計問題，這對分布式電推進飛行器的動力系統和機翼等均提出了不同的要求。如美國X-57全電飛機所采用的分布式螺旋槳就與傳統螺旋槳不同，它是作為一種特殊的增升裝置，以改善飛機滑跑起降狀態下的升力特性為目標進行設計，被稱為“高升力螺旋槳”。因此，需要進一步結合分布式電推進飛行器發展，探討新型高性能動力單元和分布式動力系統的設計思想和設計方法，為下一步開展創新性研究提供建議和指引。
圖1 X-57分布式電推進飛行器
2
主要內容
以類X-57分布式電推進飛行器為研究對象，脫離了傳統螺旋槳僅僅追求高推進效率的思路，提出并發展了以單位能量下獲得螺旋槳/機翼綜合氣動效率最優為目標的高性能螺旋槳優化設計思路和方法。
文章首先對模擬螺旋槳旋轉運動的數值方法進行介紹和算例驗證，包括多重參考坐標系方法、面源法和葉素動量理論方法3種，保證螺旋槳數值模擬和數值設計的準確性和可靠性。
展開 引 言
涵道風扇是由若干片可旋轉槳葉被一個環形涵道包圍的機械結構，涵道風扇電推進系統是指由涵道風扇、驅動電機及其控制器組成的電驅動動力裝置，通過輸入合適電壓及電功率驅動槳葉高速旋轉，可以產生連續可控的推力。在
eVTOL
（
Electric Vertical Takeoff and Landing
）航空器和新能源飛機的發展帶動下，涵道風扇推進系統作為一種頗具潛力的動力裝置，近年來受到高度關注
。相比于使用較為廣泛的開放式旋翼，涵道風扇推進系統具有一些特點
：
1)
由于涵道能夠抑制槳尖渦流，同等直徑的涵道風扇比開放式旋翼氣動效率更高；
2)
槳葉高速旋轉的抽吸效應可為涵道本體或翼身產生額外升力；
3)
涵道通過抑制槳尖渦流和結構物理隔離降低噪聲；
4)
涵道結構對槳葉提供了物理安全保護；
5)
由于電推進的相對尺度無關性，大功率電動涵道風扇可以分解為總功率相當的多個小功率涵道風扇，便于涵道風扇在航空器上靈活布置
。雖然涵道結構增加了質量，小尺寸涵道風扇推進系統的力效（推力與功率之比）相較開放式旋翼偏低，其固有優勢仍然使其成為電推進航空器，特別是對尺寸輪廓敏感的
eVTOL
航空器的熱門選項
。
展開 （注：我們沒有找到HS1方案的示意圖，根據描述推測HS1布局應與現有的A320相同，只是通過并聯電推進系統在起降所需的大功率階段為風扇提供額外動力，因此風扇直徑相比現有A320發動機可以更小）
HS2，一種基于前緣分布式螺旋槳的串聯混合電推進概念布局，螺旋槳由機翼下方的兩個渦輪發電機提供動力。利用螺旋槳的滑流作用增加機翼升力、載荷和動力負荷，從而提高效率。
04 HS2高速布局由前緣翼下渦輪發電機驅動的螺旋槳拉動
HS3，一種基于分布式涵道風扇的串聯混合電推進概念布局，涵道風扇布置于機翼后緣的襟翼上，機翼下方的兩個渦輪發電機為風扇提供動力，還有一個帶有兩個涵道推進槳的“環形”推進尾翼取代了傳統尾翼。
05 HS3有機翼后緣涵道風扇，翼下渦輪發電機和尾部涵道推進槳葉。
三、第一階段評估表明：基于A320的分布式混合電推進沒有優勢
根據胡格里夫的介紹，評估中使用了“相當大”的假設，包括500Wh/Kg能量密度的電池組。NASA認為這一假設“是可以實現的，并非不可能，但超出了汽車和其他工業應用驅動電池的水平”。
評估結果顯示，兩種DHEP（分布式混合電推進）概念布局（HS2和HS3）的推進系統質量大幅增加，HS2為600％，HS3為730％。使得能量消耗也隨之增加，HS3為34％，HS2為51％。
展開 
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</p><p><br></p><p>目前主要從事飛行器旋翼短艙/電推進系統研制，電推進系統測試等工作，負責或參與多個型號電推進系統開發，并應在國內eVTOL頭部企業成功實現了整機測試和應用。</p><p><br></p><p>曾參與國家重大軍工、國家自然科學基金、兩機重大專項等5項課題，申請或授權專利17項。
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?? 電驅動功率效率測試方法論
?? 電推進臺架測試瓶頸突破
n=3120-29134
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?? 電推進臺架測試瓶頸突破
eVTOL憑借電動推進系統和垂直起降能力，結合近年來快速發展的電儲能技術、電機技術及分布式電推進系統（DEP），展現出綠色低碳、安全高效的優勢，正成為未來城市空中交通（UAM）和區域運輸的理想載體。摩根士丹利預測，全球UAM市場規模將在2040年突破1萬億美元，到2050年更將增長至9萬億美元。
低空經濟飛行器大多采用<strong>分布式電推進結</strong>構，意味著多個電機與控制器協同工作，對推力輸出的穩定性、能量分配的合理性要求極高。
霍爾推力器作為一種新型的電推進技術，具有高效、可靠、靈活等優點，正在受到越來越多的關注。因此，開發這樣一款應用程序可以加速霍爾推力器的研究和應用。
雖然對于一般用戶來說，這個應用程序可能并不是很有用，但是對于那些從事航空航天領域工作的人來說，它可以提高他們的工作效率和精度，因此是一個非常有價值的工具。希望這個應用程序能夠不斷更新和完善，為航空航天領域的研究和應用做出更多的貢獻。
航空器對涵道風扇電推進的需求
航空器作為一種高價值、高技術、高風險的運輸裝備，對涵道風扇電推進系統提出了較高的使用要求。
大推重比
推重比是動力裝置的重要性能指標，直接影響航空器的起飛質量和有效載重。推進系統質量是分布式電推進飛機設計的重點內容，當前可占飛機起飛質量的
20%
以上
。
當下岸電推進仍存在使用經濟性不足、接口標準不統一等問題，在政策支持下，給予岸電建設和改造補貼，完善標準和規范，將推動行業更高效發展。
與常規飛行器相比較，分布式電推進飛行器全機性能主要由分布式動力系統與機翼之間的耦合特性所決定，因此其氣動設計問題已由傳統機翼的干凈外形設計問題轉變為分布式動力與機翼強耦合下的最優特性設計問題，這對分布式電推進飛行器的動力系統和機翼等均提出了不同的要求。
作為可行性階段的一部分，還評估了兩種主要的機械配置：帶有四沖程主發動機的氨-電推進系統（4S）和帶有二沖程主發動機的氨-機械解決方案（2S）。聯盟選擇了2S方案，因為該方案的燃料消耗更低，排放更少。
此外，還對其他設計方面進行了評估，包括燃料艙位置和尺寸、加注能力和船舶穩定性。結論是需要進一步研究該船的加注能力，包括安裝船首推進器，因為這為船東提供了一個靈活的選擇。
