轻型电动飞机发展的思考与探索

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双座轻型电动飞机(锐翔RX1E)
锐翔(RX1E)是我国首款电动双座轻型运动飞机。是环境友好型、能源节约型新能源飞机。该 机性能优越,满足实用化的要求,可投入实际运营,将大量用于推进私人飞机在我国的普及和应用, 在我国通航产业示范推进中将会起到非常重要作用。
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
翼展: 10.5米 机高: 2.2米 机长: 4.7米 起飞重量:240公斤 巡航速度:120km/h 升限: 3000米 任务载荷:30公斤 续航: 1小时
4.1 早期在电动无人机方面的探索
氢燃料电池动力无人机(雷鸟LN60)
该机是以氢燃料电池为储能装置的无人机,起飞重量260Kg,2012年7月完成首飞。在掌握锂
LGAA在轻型电动飞机方面的探索
4.1 4.2 4.3 4.4
早期在电动无人机方面的探索
首个可投入运营的轻型电动飞机 RX1E
目前所掌握的轻型电动飞机关键技术 LGAA未来轻型电动飞机的发展目标
4.1 LGAA早期在电动无人机方面的探索
锂电池动力电动无人机(神鹰SY1)
该机是以锂电池为储能装置的电动无人机,总起飞重量240Kg, 2012年 6月首飞成功。使用无污 染,运行成本低廉,具有振动小、运行安静等优点,可应用于高精度航测、环境监测、安保巡查、 机载设备搭载试验等用途。在此机型上,我们掌握了轻型电动飞机动力系统集成技术。
1.3 轻型电动飞机的不足
相对于轻型燃油飞机而言,还存在不足
作为储能装置的电池能量密度 低,续航时间和里程较少。
受电动汽车等行业的影响,国内外 动力电池的发展十分迅速,随着新型电 池的研发,电池种类越来越多,能量密 度将越来越大。按照目前的增长速度看, 未来3—5年内,大功率密度的实用型动 力电池的能量密度可以由目前的 120Wh/Kg提高到300Wh/Kg,仅以我们自主 研发的RX1E双座轻型电动飞机为例,续 航时间可以超过2个小时,航程可以超过 200公里。如果燃料电池可以达到实用化, 完全可以与燃油飞机媲美。
Taurus Electro G2是由Pipistel 公司研制且唯一实现量产的 双座的电动滑翔机,2009年 研制成功。Taurus Electro G2 采用了先进的航空电子设备 及动力设备的管理系统,其 电机可以产生40kw的功率。 目前Taurus Electro G2已通过 LSA认证,已进入量产阶段。
电动机最大功率可达40kW,转速为
2400rpm,可持续功率30kW,效率 为94%。
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
锐翔(RX1E)电动飞机的优势 采用三元锂聚合物电池作为储能装置,能量密度高,配有完 善的电池综合管理系统,对充电和放电的全过程进行实时监 测,安全可靠。
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
3.4可提升我国轻型飞机在国际上的竞争力
传统燃油轻型飞机中国比发达国家晚了几十年;而轻型电动飞机世界还没有 大突破,我们现在开始研究,与发达国家站在同一起跑线上,完全可能后来者 居上,在国际轻型飞机市场上占有一席之地。
美国塞斯纳-C172单引擎轻型飞机, 1956 年投产,生产至今
Βιβλιοθήκη Baidu
中国滨奥-DA40 国内首款符合欧洲安全标准的轻型飞机, 2005 年投产
电池的发展会使扭转这一不足
1.3 轻型电动飞机的不足
相对于轻型燃油飞机而言,还存在不足
如电池不可快速更换,充电时 间较长
国内外电池研发机构不仅以增加 功率密度和能量密度为方向,还致力 于缩短充电时间,现在一般水平为 1.5-2小时左右。目前已经出现了超级 电容与锂离子电池相结合的新型电池, 充电时间可设计在20分钟—1小时。其 他种类电池在这方面的进展也很可观, 相信几年后充电时间不再会是制约轻 型电动飞机发展的因素。 当然,把电池没计成可快速更换, 也是解决问题的办法。
轻型电动飞机相比于轻型燃油飞机有零污染排放的优点
3.1 环境保护和通航可持续性发展的需要
我国人口密集,大量燃油轻型飞机在空中飞行,会形成较大的噪 声污染。轻型电动飞机的噪音小,对地面人员的日常生活影响小。
地球的噪声污染日趋严重
降低飞机噪音日趋重要
3.1 环境保护和通航可持续性发展的需要
我国地域辽阔,风景优美的自然保护区众多,以观赏旅游为主的 短途娱乐飞行势必形成产业,飞行时无污染、静音性能好的轻型电 动飞机是最好的选择。
电池动力系统的基础上,在氢燃料电池动力系统上作了一定的探索。该机是我国第一架燃料电池 无人机。
翼展: 10.5米 机高: 2.2米 机长: 4.7米 起飞重量:260公斤 巡航速度:120km/h 升限: 5000米 任务载荷:35公斤 续航: 4-5小时
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
3.3 我国国情下通航快速发展的需要
伴随我国通用航空业的发展,飞 行员的需求将是大量而急切的,飞行驾 校必将会快速涌现。轻型电动飞机因其 购置成本低、运营成本低及维护方便等 特点,非常适合驾校大量购置用于私照 和运动照的培训。
3.3 我国国情下通航快速发展的需要
我国航空汽油产能 低,价格高,一定程度 上影响了我国通用航空 的发展。轻型电动飞机 如能大量装备,可大大 缓解这一问题。
我国国情下通航快速发展的需要 可提升我国轻型飞机在国际上的竞争力
3.1 环境保护和通航可持续性发展的需要
我国即将进入通用航空高速发展时期,通用飞机大多是四座以下 的轻型飞机,大量的燃油轻型飞机在天空飞行势必会排放大量的温 室气体,对环境造成严重污染。轻型电动飞机飞行时没有污染气体 排放,对环境影响小
轻型电动飞机
3.2 通航运营低成本的需要
轻型电动飞机运行成本低,每小时耗能费用仅为20元左右。 传统轻型燃油飞机,每小时耗能费用高达400元左右。
电动飞机VS燃油飞机
3.2 可降低通航运营过程中各个环节的成本
维护、维修容易,费用低,维护人员易培养。
←电动机 VS 内燃机→
较低的运营成本有利于通航运营企业的发展
2020年,充电时间0.1X
2018年,充电时间0.3X
2015年充电时间0.5X
2014年,充电时间X
电池的发展会使扭转这一不足

国外轻型电动飞机发展的现状
2.1 2.2
国外已通过适航认证的轻型电动飞机典型型号
国外未进行适航认证的典型电动概念机
2.1国外已通过适航认证的轻型电动飞机典型型号
随着整个社会的能源意识及环保意识的提高、电动科技的发展,目前世界上已 经有多个国家开展了轻型电动飞机的研制,以下是国外轻型电动飞机发展的代表。
3.3 我国国情下通航快速发展的需要
我国低空空域的试点开放强烈刺激着市场对通用飞机的需求。与欧美广阔的低空 空域不同,我国低空空域多是以小面积独立存在的。同时受民航、高铁和发达的高速 公路运输影响,我国的私人飞机将主要以本场小航程、多架次的运动、娱乐飞行为主, 对大航程和长航时需求暂不迫切。轻型电动飞机基本可以满足上述要求。
永磁无刷电动机是目前轻型电动飞机 最好的选择,其功率密度大,动力输出 平稳,转矩特性“硬”,响应迅速、加 速快,操作简单。
电动机结构简单,运转、传动部件少, 可靠性高。
1.3 轻型电动飞机的优势
相对于轻型燃油飞机而言,有多项优势
廉价,运行成本低,维护维修容易
以空客公司的E-FAN教练 机为例,飞行一小时, 其成本仅为2欧元(约17 元人民币),而传统的 教练机同样飞行一小时, 计算燃油成本需要36到 46欧元。
2014年10月20日
汇报内容
一 轻型电动飞机的特点和优势 二 国外轻型电动飞机发展的现状 三 我国轻型电动飞机发展的必要性和紧迫性 四 LGAA在轻型电动飞机方面的探索

轻型电动飞机的特点和优势
1.1 1.2 1.3 1.4
轻型电动飞机的定义
轻型电动飞机电动力系统的组成
轻型电动飞机的优势 轻型电动飞机的不足
双座轻型电动飞机(锐翔RX1E)的几个第一
国内第一个具有自主 知识产权 的轻型电动飞机 国内第一个正式申请型号合格 审定的轻型电动飞机 CAAC正式受理审定的第一个轻 型电动飞机型号 世界上仅有的几个按ASTM适航 审定基础进行审定的机型之一
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
锐翔(RX1E)电动飞机的优势
振动小,噪音小,座椅设计符合人体工程学,乘坐舒适性好。上单翼布局, 翼下无撑杆,座舱前向和侧向视野良好,上下飞机方便
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
锐翔(RX1E)电动飞机的优势
机体结构90%为复合材料结构,结构效率高,外形流线,表面光滑, 寿命长,易维护
2人 14.5m 6.58m 2.4m 500kg 162kg 160km/h 120km/h 3000m 1h +4g/-2g
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
锐翔(RX1E)电动飞机的优势 采用稀土永磁同步电动机为动力,效率高,比功率大, 动力强劲,电机结构简单,易维护。全封闭结构,防护 等级高。
1.1 轻型电动飞机的定义
轻型电动飞机一般是指符合下列条
件的飞机:
最大起飞重量不超过1500千克
驱动装置为电动发动机
能量来源包括蓄电池、燃料电池、
太阳能电池或其他电力供应方式。
1.2 轻型电动飞机动力系统的组成
轻型电动飞机的电动力系统包含电动机、电动机控制器、 电池组和动力管理系统四大主要组成部分
2.1国外未进行适航认证的典型电动概念机
E-FAN
ElectraFlyer-C
ElectraFlyer-X
Electric Waiex
ESpyder
Slient 2 Electro

我国轻型电动飞机发展的必要性和紧迫性
3.1 3.2 3.3 3.4
环境保护和通航可持续性发展的需要
可降低通航运营过程中各个环节的成本
RX1E轻型电动飞机研发团队
型号总师
型号行政总负责 型号副总师
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
RX1E轻型电动飞机主要参数
• • • • • • • • • • •
乘员: 翼展: 机长: 机高: 最大起飞重量: 最大商用载荷: 最大平飞速度 : 巡航速度 : 最大飞行高度: 带动力最大续航时间: 最大使用过载:
4.2 首个可投入运营的轻型电动飞机RX1E
锐翔(RX1E)电动飞机的优势
气动效率高,阻力小, 实测升阻比可达22, 滑翔性能好, 失速速度低,操纵性 能好,操作简单,易 学易用 可选配整机救生伞, 电池可在10分钟内快 速更换,如每架飞机 准备3组电池,一组飞 行 ,两组地面充电, 可连续运营,完全满 足本场的教练、娱乐、 观赏飞行。
Antares 20E是德国兰 格公司于2009年设计 制造的一款电动滑翔 机,采用2组SAFT VL41M锂离子电池驱 动。目前已通过LSA认 证,已进入量产阶段。 Arcus E是由德国 Schempp-Hirth公司于 2010年研制生产的一 款高性能双座滑翔机。 其翼展达到了20米, 机长8.73米,展弦比为 25.7,最大速度可以达 到280km/h。 目前已通 过LSA认证,进入量产 阶段。
24V锂电 控制器辅助 电源24V
BMS电源 24V 电源管理系统 (BMS) 锂电池 (300伏) 主电源开关 BMS信号输出
油门操纵
电机控制器
电动机 A37K154
CAN总线
螺旋桨 显示仪表 BMS对显示 仪表供电
动力系统组成框图
1.3 轻型电动飞机的优势
相对于轻型燃油飞机而言,有多项优势
环保、静音,运行时无污染,对环 境影响小
国外投产的电动轻型飞机
3.4可提升我国轻型飞机在国际上的竞争力
虽然作为储能装置的电池目前性能较燃油还 有很大差距,但是借着电动汽车发展的浪潮, 电池性能正在全世界科研人员的努力下快速提 升。如果现在进行相关研究和探索,不仅会为 未来轻型电动飞机创造坚实的飞行平台,还会 促进航空电池行业的发展,从而进入轻型电动 飞机发展的良性循环。
锂电池能量比正在逐年提高 价格逐年降低
3.4可提升我国轻型飞机在国际上的竞争力
轻型电动飞机紧紧围绕着机场运营,在地面,飞机、人员、设 施非常集中。布置充电设施、培养技术团队和进行完善的维护是 很方便的。相对于电动汽车,轻型电动飞机更容易进入商业化阶 段
活动相对集中的机场
分散在城市中的汽车充电站

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