分析 | 航空电动化推进技术与发展

航空产业网 2024-04-23

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2024年4月23日，作为“经度”系统的系列分析之一，航空产业网团队发布了《航空电动化推进技术与发展》，报告共40页，近二万字。数据信息均来自航空产业网相关专业数据库，欢迎联系订阅！

近年来，在双碳的大战略背景下，各国政府愈发重视绿色航空的发展，并颁布了一系列相关的支持性政策。这一系列政策刺激了市场对低碳、环保航空解决方案的需求。这直接推动了电推进技术的发展。当前，电推进技术的创新已成为航空领域的重点发展方向之一。航空产业网对电推进系统各个模块进行了剖析与解读，并对各个模块的相关企业与技术情况进行分析。

内容概要

报告剖析了电推进系统的主要技术变革方向，包括飞机整体推进系统、飞机总体设计及飞控系统等多领域的技术沿革和当前发展情况；
对各个发展方向的核心技术进行了详细的分析解读；
对各个领域的前沿企业及重点产品表现进行了分析；
对电推进系统的应用类型进行了详细梳理，并附录相关应用场景重点企业名单及产品名称。

一、电推进系统发展背景与相关政策

根据航空产业网“经度”系统全球航空产业政策库数据（发布丨全球航空产业政策库上线），近三年来，各国政府已发布多项重要绿色航空政策与相关法规，以支持航空电动化的发展。绿色航空政策刺激了市场对低碳、环保航空解决方案的需求。推动了电推进技术的发展。与此同时，随着技术的进步和成本的降低，电动飞机的市场需求预计将持续增长。本文将对航空电推进系统各个模块的发展方向和重点产品进行详细介绍。

二、技术发展方向和前沿企业
航空电动推进技术的核心，是通称"三电"的电池、电机、电控等三大部分。

电池：
首先，应用于航空领域的电池是电推进技术的核心组成部分，其发展引人注目。2024年1月，中国民航局适航司发布了《可充电锂电池和电池系统》相关技术标准规定（CTSO）。

相较于汽车动力电池，航空推进领域对电池性能要求更高，目前广泛用于新能源汽车的锂电池的能量密度约为200Wh/kg，而航空电池密度至少需要达到400Wh/kg。因此，航空电池仍有较大的技术发展进步空间。当前航空能源动力系统的主要发展方向是提升能量密度、安全性、循环寿命、快速充电技术和温度适应性，以满足航空领域对电池高性能、高安全性的需求。

eVTOL电池和电动车电池性能要求对比 ©《电动垂直起降飞行器的技术现状与发展》邓景辉

航空产业网分析了当前有代表性的航空电池产品及其相关性能，当前航空电池较为领先的重量能量密度为500Wh/kg,宁德时代等企业研发出了此级别性能的产品。

就发展方向而言，当前的电池发展方向正在从液态锂离子电池转向其他电池材料和电池形态，包括氢燃料电池、锂硫电池、固态电池、凝聚态电池等。

氢燃料电池：

在氢燃料电池领域，重点前沿企业包括环球氢能、HyPoint、空中客车等，以上企业在该领域都获得了一定的进展，其氢电池产品也已在试验机上完成试飞并获得验证。

固态电池技术：

在固态电池领域，已获得一些进展的企业包括正力新能以及麻省固能新能源科技有限公司（SES），这些企业在固态电池领域处于前沿水平，并在不断验证其电池技术。

凝聚态电池技术：

由宁德时代研制的凝聚态电池，其优势在于高能量密度、快速充电能力和高安全性。电池的重量能量密度高达500Wh/kg，显著超过了目前市场上一般的锂电池。此外，由于采用了半固态化的电解质，其安全性能得到了显著提升。

航空产业网对以上电池技术研发与制造企业、相关前沿产品进行了详细的介绍，具体内容见本报告正文。

电机：

电机是电推进技术的另一核心，它将电能转换为机械能，驱动飞机的螺旋桨或风扇旋转。航空领域的电动机与传统电动机相比，需要具备更高的功率密度、更高的效率和更小的体积。

航空产业网总结了近几年技术表现较强的代表性航空电机产品，如下所示：

重点企业及产品案例：

YASA公司：YASA P400
YASA P400电机由英国YASA公司开发研制，该电机采用永磁激励方式，它们还以设有定子磁芯和相同的定子绕组线圈而区别于众多同类产品，这使得在批量生产中具有高度的制造可行性和低成本。

YASA P400

MagniX：Magni650
Magni650的电机采用了密集的液体冷却系统，以保持其在工作时的稳定性。该电机被设计成能够以较低的转速直接连接到飞机的螺旋桨，而无需使用传统的机械传动系统。这种设计简化了飞机的动力传输系统，并减少了机械传动系统所需的复杂性和重量。电机采用两个或四个三相绕组，这在发生故障时提供了更高的可靠性；同时使用多个单独的电机调节器，也增加了互换性的程度。例如，在发生短路时，可以关闭一个三相段，以保证电机的安全可靠性。

Magni650

其他重点企业及产品详见于报告正文。

电控：
航空领域电推进技术的电控系统是电动飞机的核心组成部分，负责管理和控制电机的运行以及整个电力系统的运作。

三、飞机推进系统整体技术革新方向

飞机推进系统根据推进系统的动力来源可以划分为两种类型的推进方式，包括全电力推进系统及混合动力推进系统。航空产业网详细对比分析了各类推进方式以及重点企业和产品信息，并统计了该领域制造商们的合作情况。以下为航空产业网统计的部分公司产品及合作情况，完整表格详见于本报告。

四、飞机总体设计和气动布局
飞机总体设计和气动布局是针对整个飞机结构和空气动力学特性进行的设计和布置。当前主要的设计方向主要包括以下三种：涵道风扇技术（Ducted Fan）及前缘异步推进技术（LEAPTech）。航空产业网详细分析了以上技术的应用原理及发展情况，并筛选出部分在该领域有所专长的企业和重点产品，详细信息请见于本报告。

五、飞行控制系统的改变
电动推进技术对飞控系统的创新主要体现在两个方面。一方面，该技术通过其电气系统的线性特点，简化了控制复杂度。另一方面，电动推进技术促进了对飞机设计理念的根本性转变，促使设计者重新审视传统的飞行控制架构。在该领域进行了创造性革新的企业包括AVX Aircraft Company、霍尼韦尔公司、NASA等企业与机构。

六、电推进系统的应用场景
当前，航空电推进系统的主要应用场景包括教练机等传统的通用航空应用场景，也包括无人机、电动垂直起降（eVTOL）等新兴航空器的应用场景，未来也可能成为支线飞机等民航运输业的潜在动力装置。

以下为航空产业网统计的部分应用场景及其产品情况，完整表格详见于本报告。