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China eVTOL 核心动力总成与主机厂工程方案

载人客运与重载 eVTOL 电动涵道动力总成

专为高安全客运及重载飞行器打造的 400V–800V 高压分布式动力架构。在达到 53 dB(A) 城市垂直起降场低噪准入的同时,具备单发失效 (OEI) 动力毫秒级重构与航空级包容防护。

eVTOL 适航集成平台实机
Yuntu eVTOL Ducted Aircraft Demonstrator
起降场声学指标
53 dB(A) @ 100米
高压母线体系
400V – 800V DC 宽压
动力冗余安全
单发失效 (OEI) 动态重构
适航规章对标
FAA 21.17(b) / EASA / CAAC
i技术方案概要 (China AAM / 主机厂总师技术摘要)

eVTOL(电动垂直起降飞行器)动力系统必须兼顾两大极值工况:垂直起降阶段的高静推力,以及前向巡航阶段的低迎风阻力。在中国低空经济与先进空中交通 (AAM) 领跑全球的背景下,封闭式电动涵道风扇相比传统开式外露螺旋桨具有决定性优势:在垂直起降阶段利用进气道前缘吸力额外提供高达 20%~35% 的推力增益;在声学上实现 100 米测点仅 53 dB(A) 的超低噪音(完全满足城市商业起降场严苛昼夜环保限值);并具备航空级芳纶/碳纤维叶片飞脱完全包容机匣,满足 FAA 21.17(b)、EASA SC-VTOL 及 CAAC 中国民航无单点失效适航安全准则。

Ref:信息源自:云途飞行器动力总体设计师委员会与试飞遥测数据库 (2026)
全构型气动适配矩阵

原生适配三大主流 eVTOL 飞行器构型

无论是倾转涵道矢量推进、复合翼升力-巡航分立推进,还是多冗余分布式多旋翼构型,云途系列化涵道动力单元均可提供原生短舱级气动与机械结构集成。

倾转涵道构型 (Tilt-Duct 矢量推进)Architecture 01
倾转机构涵道矢量动力短舱

倾转机构涵道矢量动力短舱

动力短舱可在 90° 垂直悬停与 0° 轴向前飞之间平稳过渡。涵道短舱外壁在转换飞行阶段充当高效环形升力面,显著推迟附面层气流分离,并抑制气动颤振。

Thrust Dynamic Allocation:
100% 动力全矢量利用,兼顾垂直起降大升力与高速前向巡航
Cruise Aerodynamic Impact:
支持 250 – 320 km/h 高速经济巡航,消除开式旋翼停转死重与阻力
Recommended Units:
云途 200kgf / 500kgf 集成动力短舱
硬件参数 →
复合翼构型 (升力-巡航独立推进)Architecture 02
垂直起降升力 + 高速巡航推力分立架构

垂直起降升力 + 高速巡航推力分立架构

垂直升力涵道平整嵌入机翼舱段或翼尖短舱,平飞阶段升力单元完全停机,由机身尾部高效率推力涵道负责高速巡航,杜绝开式多旋翼旋转振动干扰。

Thrust Dynamic Allocation:
垂起升力单元独立分布 + 尾部高效率巡航推进单元
Cruise Aerodynamic Impact:
巡航阶段机翼完全承担气动升力,前向迎风截面积与型阻极低
Recommended Units:
升力端: 60kgf / 200kgf | 巡航端: 200kgf / 500kgf
硬件参数 →
分布式多旋翼构型 (DEP Multirotor)Architecture 03
多冗余分布式电动涵道动力集群

多冗余分布式电动涵道动力集群

沿机身周向布置 8 至 16 台紧凑型涵道动力单元。封闭式机匣彻底消除外露桨叶对客舱的碰撞风险,支持高密度停机坪紧凑停靠与近距起降。

Thrust Dynamic Allocation:
全向多轴毫秒级差动扭矩姿态控制
Cruise Aerodynamic Impact:
高悬停气动推功比,50毫秒级阶跃相电流响应
Recommended Units:
60kgf / 200kgf 阵列集群
硬件参数 →
全任务剖面能耗与气动优化

兼顾垂直起降推重比裕度与高速巡航低风阻

传统开式螺旋桨无法兼顾“垂直悬停升力面积需求”与“水平巡航阻力面积控制”的物理矛盾。云途涵道动力单元借助进气导流增能与自整流短舱,完美契合全剖面工况需求。

Flight Regime 01

垂直起飞与悬停爬升 (推重比 T/W = 1.3 ~ 1.45)

飞行力学需用推力:零前向速度下的峰值静推力与动态姿态控制裕度

涵道进气前缘的大圆弧导流吸力贡献 25%~35% 总推力,大幅降低电机扭矩负荷,在起飞爬升阶段减少高达 18% 的动力电池放电能耗。

Flight Regime 02

倾转过渡与前向加速 (0 – 120 km/h)

飞行力学需用推力:侧风与大攻角迎风下的短舱附面层气流稳定性

经过风洞标定的进气道前缘在大角度侧风气流下仍能保持气流平稳附着不失速,彻底规避开式倾转旋翼在转换阶段剧烈的桨叶拍击颤振。

Flight Regime 03

高速气动经济巡航 (180 – 300 km/h)

飞行力学需用推力:极低气动型阻与电机高效率区连续输出

流线型碳纤维整流短舱前向风阻极小,远低于开式螺旋桨停转或顺桨状态产生的巨大风阻,大幅提升飞行器航程与商载比例。

高压电气与主动热管理 (800V DC Architecture)

800V 高压直流母线拓扑与全天候主动双回路热管理

兆瓦级整机分布式动力总成对高压母线绝缘耐压、碳化硅 (SiC) 逆变损耗以及 -40°C 至 +55°C 极端全温区热平衡提出了极严苛要求。

电气架构 (Electrical Architecture)

双通道 800V 高压直流配电母线

采用物理与电气完全隔离的双冗余高压直流母线架构,配置毫秒级固态断路与热熔快速切断保护,单通道失压不影响另一通道 50% 额定功率输出。

适配 400V–800V 直流母线 | 耐压裕度:1,200V
逆变控制 (Inverter & ESC)

碳化硅 (SiC) 高频一体化电调逆变器

第三代半导体 SiC 功率模组紧凑贴合于涵道定子后部,40kHz 高频斩波大幅平抑电磁纹波与转矩脉动,逆变电效率突破 99.2%。

开关频率:40kHz | 逆变转换效率:99.2%
热管理回路 (Thermal Loop)

双回路强制泵驱乙二醇主动水冷系统

针对电机定子与电调发热源设计精密微通道散热水套,高流量乙二醇防冻冷却液循环带走热量,确保夏日高温连续悬停工况零热衰减。

单机排热能力达 35kW | 适应 -40°C ~ +55°C 全温区
城市垂直起降场声学准入门槛

53 分贝超低噪声:eVTOL 获准进入城市商业航线的核心通行证

阻碍客运 eVTOL 在城市商业中心区(CBD)和住宅毗邻起降场(Vertiport)商业化运营的最大阻力并非技术,而是社区噪声抗议。传统螺旋桨产生高达 76-85 dB 的刺耳周期性低频单音,极易触发夜间起降禁令。云途涵道动力实现无缝融入城市环境白噪。

Observer / Measurement PointOpen Rotor SystemYuntu Ducted SystemVertiport Standard
停机坪安全隔离区边界 (30米)88 – 94 dB(A)(刺耳尖啸,地勤需戴防噪耳罩)64 dB(A)(柔和低沉的均匀气流声)民航直升机起降场标准:<75 dB(A)
地面起降场侧线测点 (100米)76 – 85 dB(A)(穿透性强,引发强烈的烦躁感)53 dB(A)(与安静郊区或办公室交谈相当)城市起降场夜间严苛环保限值:<55 dB(A)
低空航线正上方飞越 (300米高空)68 – 74 dB(A)(地面行人明显感知突兀声源)42 dB(A)(完全被城市地面背景交通声淹没)常态化日间通勤环保推荐线:<50 dB(A)

* 云途涵道动力采用三重降噪技术路径:封闭式涵道短舱物理屏蔽横向偶极子声源辐射、机匣内壁微孔亥姆霍兹共振衬层深度吸声(降噪超18dB),以及非均匀叶片周向干涉技术消除离散单音谐波峰值。

适航合规与高压电气系统安全

无单点失效准则:400V–800V 分布式电推进安全冗余

严格对照 FAA 14 CFR § 21.17(b) 适航审定基线与 EASA SC-VTOL 增强类适航标准(要求灾难性故障概率低于 10⁻⁹ / 飞行小时)。

Safety Principle 01

单发失效 (OEI) 毫秒级推力重构算法

当任意单个动力分支出现电气断开或短路故障时,机载飞控与电调总线在 80 毫秒内完成剩余动力单元的相电流阶跃提升与力矩平衡重构,确保受控平稳降落。

Safety Principle 02

双通道电气隔离永磁同步电机

电机定子绕组采用物理与电气完全隔离的双套三相绕组,分别由两台独立逆变电调驱动。A 通道发生电气失效时,B 通道仍可维持 50% 额定推力不间断输出。

Safety Principle 03

高模量芳纶机匣叶片防飞脱包容装甲

机匣结构具备 120% 超速极限状态下的全质量动叶断裂冲击动能吸收能力,彻底消除断裂叶片穿透客舱、电池仓或高压电缆引发次生灾难的风险。

Safety Principle 04

高抗噪数字航电总线与实时健康监测 (PHM)

光耦隔离 CAN Aerospace 与确定性车载以太网总线,以 1000 Hz 刷新率实时监测各单元线圈温度、三轴振动频谱、母线电压与瞬态电流,实现早期故障预警。

Target Airworthiness & Compliance Frameworks:
✓ FAA 14 CFR Part 23 / 21.17(b) 特别适航审定标准✓ EASA SC-VTOL.2225 (Category Enhanced 适航增强级)✓ EASA SC E-19 电推进动力单元适航认证规章✓ RTCA DO-160G (机载环境) 与 DO-178C (机载软件 DAL-A)
工程集成与适航协同全流程 (Integration Roadmap)

主机厂动力系统工程集成与适航审定四大阶段

从最初的整机气动耦合计算到 FAA 21.17(b) / EASA SC-VTOL / CAAC 型号合格证 (TC) 取证,云途动力集成工程团队全程深度伴随主机厂。

阶段 01第 1 – 2 个月

气动流场联合仿真与接口控制文件 (ICD) 冻结

联合主机厂进行机翼-短舱内外流干扰气动计算,评估进气畸变裕度与结构安装承力边界,固化机械、电气与冷却接口标准。

交付成果物:全机三维外流场 CFD 报告、机械 CAD 与电气接口规范 (ICD)
阶段 02第 3 – 4 个月

飞控-动力硬件在环 (HIL) 闭环验证

推进控制单元 (PCU) 与主机厂飞行控制计算机 (FCC) 建立确定性总线闭环,标定 20ms 阶跃动态响应与 OEI 紧急动力重构控制律。

交付成果物:双余度 CAN / ARINC 429 通信协议栈与 HIL 测试报告
阶段 03第 5 – 7 个月

全尺寸倾转风洞试验与 DO-160G 严酷环境考核

在大型气动声学风洞中全面考核倾转过渡过程中的侧风气动稳定性、声学抑制表现,并在试验箱内完成 DO-160G 严酷度测试。

交付成果物:0°–90° 倾转走廊全气动矩阵数据与高低温风沙试验报告
阶段 04第 8 – 12 个月

适航审定符合性证据包交付与首飞保障

向局方提供破裂包容、电磁兼容、高压绝缘及功能危险性评估 (FHA) 证据链,现场保障地面系留试车、首发悬停与航线倾转首飞。

交付成果物:FAA 21.17(b) / EASA / CAAC MoC 符合性证据链与首飞技术支持
主机厂动力选型匹配指南

主机厂动力选型与工程匹配输入规范

云途动力系统集成团队基于一维动量理论与三维瞬态 Navier-Stokes CFD 仿真平台,为主机厂提供精确到单机的动力匹配报告。启动选型需提供以下边界条件:

1. 整机最大起飞重量 (MTOW) 与目标推重比 (T/W)

整机最大设计总起飞重量(kg),以及期望的垂直起降安全推重比(OEI适航推荐 1.30~1.40)。

算例:MTOW = 2,200 kg,推重比 T/W = 1.35(全机起飞需总推力:2,970 kgf)

2. 计划动力单元数量与机体安装空间包络

整机计划采用的涵道推进单元台数,以及机翼/机身结构允许的最大单体外径。

算例:6 台 500kgf 单元 或 12 台 200kgf 分布式单元(单体外涵道直径限制 < 1,350 mm)

3. 动力母线电压体系与大倍率放电压降限制

动力电池组的额定工作电压与垂直悬停满负荷大电流放电时的母线截止电压。

算例:额定 650 VDC,满推力放电跌落不低于 540 VDC(放电倍率 4C~5C)

4. 航线任务剖面:巡航速度、高度与环境极限温湿

设计前向巡航速度、作业海拔高度以及最严苛极端起飞环境温湿度(如中东沙漠高温环境)。

算例:巡航速度 220 km/h,巡航高度 1,000 米,环境温度:最高 45℃ 沙尘工况
§ FAQ/方案选型与技术问答

eVTOL 涵道动力总成集成常见技术问答 (FAQ)

01载人 eVTOL 为何越来越倾向于选择电动涵道风扇而非开式螺旋桨?
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三大不可替代的核心原因:1)城市垂直起降场声学准入法规——涵道风扇 100 米仅 53 dB(A),而开式螺旋桨常年处于 76-85 dB 刺耳频段,难以获得城市低空航线许可;2)零外露旋转叶片与芳纶防飞脱包容机匣带来的绝对旅客与地面安全;3)进气前缘导流吸力额外贡献 25%~35% 垂直推力,大幅降低起飞功耗并减小整机旋转半径。关于详细的微孔亥姆霍兹吸声衬层设计、Tyler-Sofrin模态截断与全消音室测试数据,请参阅技术白皮书:从 85 分贝刺耳尖叫到 53 分贝“风吹树叶”:涵道风扇城市起降场声学降噪实战。
云途全系列电控具备毫秒级高速故障遥测与动态补偿固件。当监测到某台单元断开失效时,飞控系统可在 50~80 毫秒内对对称及相邻单元实施相电流阶跃提升与力矩平衡重构,确保满足 EASA SC-VTOL 增强类适航安全降落指标。
云途商业级涵道动力平台主要适配 400V 至 800V 高压直流体系。对于 2 吨级及以上的多发载人 eVTOL,强烈推荐采用 600V~800V 高压母线,可显著削减全机供电电缆死重,并减少大电流 I²R 焦耳热损耗。
完全支持。云途工程团队具备全流程气动仿真与碳纤维复合材料制造能力,可根据您的机型总体设计进行专属定制开发: 1. 机体安装接口定制:提供与机翼、机身或倾转轴完全匹配的高刚性连接构件与承力支座; 2. 进气导流前缘优化:针对悬停、倾转过渡等大角度迎风工况重新设计进气口外形,防止气流分离; 3. 整机一体化气动减阻:使涵道外壳与您的机身外形平滑过渡,最大限度降低前向巡航风阻。
在前飞巡航状态下,开式多旋翼停转后会产生巨大的桨盘平阻与紊流干扰。而封闭式涵道短舱外形具备极高的气动整流度,可充当环形升力翼面,阻力面积远小于开式多旋翼停转风阻,保障飞行器在 200~300 km/h 维持高速经济巡航。深入了解悬停与平飞工况的动力学差异,请参阅:悬停 vs 巡航推进工况差异与转换动力学深度解析。
一套完整的商业级 eVTOL 动力总成预算主要取决于飞行器最大起飞重量 (MTOW)、高压母线体系(400V–800V DC)以及适航数据包的等级要求(如 DO-160G 环境适航试验、DO-178C 飞行控制固件)。云途动力面向整机主机厂提供敏捷且阶梯化的工程支持:针对先期技术验证机与缩比试飞,成熟的 60kgf~200kgf 标准动力单元可在 4~6 周内交付测试实物;针对载人客运商业型号的定制化分布式电推进总成,云途工程团队全程协同主机厂参与 CAAC/FAA 适航审定与试飞排故。如需飞行器整机气动多学科优化与样机试飞工程支持,请参阅云途 商用 eVTOL 飞行器设计与全栈航空工程服务。欢迎提交动力选型工况清单获取专业工程估算与商业报价。

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