油电混动多旋翼型eVTOL飞行器飞行性能改进

 

 

 

 

动力电池的能量密度限制了纯电 eVTOL 飞行器的飞行性能。采用油电混合动力保障 eVTOL 飞行器飞行是目前非常现实的解决方案。

 

仍然以 Volocopter VoloCity 为例，简单估算一下以油电混动模式替代纯电动模式，eVTOL 飞行器的飞行性能有多大改进。

 

 

 

 

Volocopter VoloCity

 

 

纯电动相关参数：

 

Volocopter VoloCity 起飞重量 900 千克，悬停功率 112.5 千瓦， 起降电量 7.5 千瓦时，巡航速度 90 千米/小时，巡航功率 49.6 千瓦，航行电量 71.6 千瓦，电池总重量 440 千克，最大续航时间 1.44 小时，最大航程 130 千米，最大速度 110 千米/小时，航行范围 35 ~ 65 千米，有效载荷 200 千克，有效载荷率 0.22 。

 

油电混动方案：

 

采用串联式油电混合动力模式，活塞发动机直接连接发电机组成燃油发电机，额定功率 100 千瓦。保留起降电量 7.5 千瓦时的应急电池。

 

飞行时，由燃油发电机提供多个电动旋翼工作电能，电池辅助发电机调节供电网络的平稳运行。应急时，电池提供电动旋翼电能，保证飞行器安全着陆，或者应急迫降。

 

 

 

 

串联式油电混合动力模式

 

 

 

改进性能估算：

 

若假定，活塞发动机功重比 1 千瓦/千克，发电机功重比 2 千瓦/千克，燃油发电机功重比为 0.67 千瓦/千克，100 千瓦燃油发电机重量为 150 千克。

 

7.5 千瓦时的应急电池重量为 42 千克。应急燃油 18 千克。

 

若假定，燃油能量密度 12 千瓦时/千克，燃油能量利用效率 0.4 ，加载燃油 80 千克，巡航速度 90 千米/小时，巡航功率 49.6 千瓦，最大续航时间 7.74 小时，最大航程 700 千米。

 

以最大速度 110 千米/小时飞行，最远距离为 380 千米。航行范围 190 ~ 350 千米。

 

 

 

 

原电池总重量 440 千克，减去燃油发电机重量、应急电池重量、应急燃油重量、加载燃油重量，还能够剩余 150 千克用于有效载荷。

 

有效载荷 350 千克，起飞重量 900 千克，有效载荷率 0.39 。