细数电动飞机连接性的10大挑战
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eVTOL 和 UAM 飞机设计人员正在通过先进的连接解决方案，来解决电池、吊舱和快速充电站的电压和功率挑战。
图1：城市空中交通 (UAM) 车辆示意图 正如电动汽车 (EV) 正在彻底改变汽车行业一样，电动飞机有望提高航空旅行的可持续性和便利性。城市空中/高级空中机动 (UAM/AAM) 的空中出租车和电动垂直起降 (eVTOL) 车辆的设计人员，在连接高压 (HV) 和大功率 (HP) 系统时面临着众多挑战。电线互连系统 (EWIS) 工程师和 eVTOL 飞机设计师正在寻找广泛的解决方案来应对这 10 个连接挑战。 一、更高的电压 (kV)、功率 (MW) 应用高压电缆和电力系统对电气工程师来说并不是什么新鲜事，但为混合动力和电动飞机应用适当的技术却带来了新的情况。 通过使用按线设计的方法，EWIS 工程师要确保所有链路——连接器、接线、护套/绝缘、转换器、接触器、电源共享网络等——都能处理电动飞机特有的电压和环境条件。 更高的电压见于： 1、传统飞机的电气系统采用 115VAC/400Hz 和 270VDC，具有 HV 电源要求，通常限制为 230VAC。在 eVTOL 飞机中，垂直起飞和悬停期间升力所需的整个旋翼区域的推力需要无刷 800VDC 电机提供从 2,300 rpm 到 20,000 rpm 的风扇速度。 2、在快速充电站中使用的发电机、功率转换器和控制器中会遇到高压交流电 (AC)。其他电气差异包括非线性功率共享网络和多向充电路径。 为更高电压进行设计意味着使用具有更厚介电材料的产品，这些材料更重、更硬并占用更多空间。先进的电源布线必须允许吊舱和机翼的布线和动态弯曲的灵活性，优化布线重量、电缆横截面，并考虑带状(扁平)电缆几何形状。 相应的 HV 连接器解决方案必须在非传统连接器几何形状中实现通常高达 1,000A 的载流能力。连接解决方案必须满足电动飞机具有挑战性的功率密度、电源频率以及尺寸、重量和功率 (SWaP) 要求。 二、减轻局部放电/电晕效应 在高空管理 HV 比在地面上更复杂。HV 可以更快地电离周围的空气颗粒，并产生灾难性的影响，这是由于高度较低的空气密度，因为受约束较少的颗粒可以更快地达到更高的速度。释放的能量会产生电晕放电，从而通过绝缘体中的空隙、空腔和电气树状结构引起功率损失。两个点/表面之间的电压间隙可能会发生放电，因为该区域中的材料不能包含高电场。放电还可以引发电弧，可能引发火灾。选择适合 HV 条件的电介质材料和结构——例如耐电晕聚四氟乙烯 (PTFE)——可将绝缘击穿的放电风险降至最低。 三、提高了更恶劣环境、频繁维护和检查、冲击、振动的可靠性
图2、TE的无人电源连接器可为每个触点提供高达 80A 的电流和混合电源灵活性。 eVTOL 车辆的飞行距离比商用飞机短，预计每天会进行多次起飞和着陆。互连需要可靠并能承受更频繁着陆和起飞的振动和冲击。可靠性至关重要，因为 eVTOL 飞越人口稠密的城市环境。 为了帮助确保性能，需要轻松检查电子/电气隔间。连接器、模制电缆组件和安全系紧装置上的应力消除，有助于避免摩擦组件和材料疲劳。高可靠性连接产品包括：高性能、抗疲劳和抗应力松弛连接器材料，以及连接器接触系统中的冗余。 四、减重溢价 与通过燃烧燃料变得更轻的传统飞机不同，eVTOL 飞机的重量不会随着距离的增加而减少，并且放电电池实际上是自重，因此 EWIS 设计人员需要计算并仔细比较给定安培数和接线架构的连接组件的重量。先进的轻质材料(塑料和复合材料)和 3D 打印可以创建尺寸合适的组件，以实现紧凑的空间和重量优化。 |
