對(duì)化石燃料消耗、空氣污染和不斷上升的二氧化碳 (CO 2 ) 排放對(duì)環(huán)境影響的擔(dān)憂不斷升級(jí)，推動(dòng)了全球?qū)冸妱?dòng)汽車 (EV) 和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 的需求。這反映出人們認(rèn)識(shí)到電力對(duì)于限制汽車運(yùn)輸?shù)奶甲阚E至關(guān)重要。

航空業(yè)正在經(jīng)歷類似的演變，分析電動(dòng)航空的成本和性能優(yōu)勢(shì)，從而顯著擴(kuò)大市場。如果可以降低航空旅行基礎(chǔ)設(shè)施成本，則將航空旅行擴(kuò)展到服務(wù)不足和偏遠(yuǎn)地區(qū)變得更加可行。隨著越來越多的支線機(jī)場和連接點(diǎn)提供無處不在的短途“空中出租車”服務(wù)，航空運(yùn)輸?shù)奈磥韺⑴c今天截然不同。

Ampaire (Hawthorne, California) 致力于通過開發(fā)更環(huán)保、成本更低和更安靜的電動(dòng)飛機(jī)，讓更多人和更多機(jī)場的乘客更容易乘坐飛機(jī)。

Ampaire 的目標(biāo)是通過零尾氣排放的全電動(dòng)飛機(jī)實(shí)現(xiàn)燃油成本降低 90%、維護(hù)成本降低 50% 以及起飛和著陸過程中的噪音降低 66%（與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)相比） .

Ampaire 估計(jì)，僅在美國，改用電力推進(jìn)就可以將可行的航空公司目的地?cái)?shù)量從 500 個(gè)機(jī)場擴(kuò)大到 5,000 個(gè)機(jī)場的 10 倍，并且可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)類似的擴(kuò)張。生活在偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們將更容易獲得支線航空運(yùn)輸，而由于高昂的運(yùn)營成本而難以實(shí)現(xiàn)盈利的支線航空公司將處于有利地位，可以蓬勃發(fā)展。

為航空旅行提供更環(huán)保、更清潔的能源

目前處于原型設(shè)計(jì)階段，Ampaire 開發(fā)了雙動(dòng)力裝置架構(gòu)，以在初始試飛場景中實(shí)現(xiàn)冗余，用于評(píng)估和開發(fā)根據(jù)有效載荷、巡航速度和飛行在燃料和電力源之間分配動(dòng)力和推進(jìn)負(fù)載的技術(shù)-路徑需要。

目前的 Ampaire 原型機(jī)——改裝的 Cessna 337 Skymaster——在飛機(jī)后部配備了標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，在前部配備了電動(dòng)螺旋槳，包括直列式并聯(lián)混合動(dòng)力架構(gòu)。飛行中的動(dòng)力可以在兩個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)之間動(dòng)態(tài)共享，以優(yōu)化速度、功率、燃料消耗和噪音。

在未來的發(fā)展階段，預(yù)計(jì)在起飛和爬升過程中將主要使用內(nèi)燃機(jī)，而在巡航過程中，電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)將作為主要的推進(jìn)機(jī)構(gòu)。隨著時(shí)間的推移，正在進(jìn)行的工程創(chuàng)新有望產(chǎn)生一種全電動(dòng)飛機(jī)，提供不依賴汽油或 CO 2排放的短途航空運(yùn)輸。并行創(chuàng)新將有助于減少電池和電力存儲(chǔ)技術(shù)的尺寸和重量，以確保更高的電力效率和更遠(yuǎn)距離的飛行。

快速原型制作必不可少的高密度電源組件解決方案

Ampaire 原型機(jī)的供電系統(tǒng)包括一個(gè)高壓電池組，其電源電壓范圍為 500 至 738 V。典型的航空電子控制和監(jiān)控系統(tǒng)采用 28 V 電源供電，因此 DC/DC 轉(zhuǎn)換器解決方案能夠需要在寬輸入范圍內(nèi)工作并嚴(yán)格調(diào)節(jié)至 28V 輸出。高壓電池需要隔離，負(fù)載參數(shù)需要高達(dá) 500 W 的額定功率。Ampaire 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還要求該解決方案尺寸緊湊、效率高、熱管理解決方案簡單、原型設(shè)計(jì)快速，并且在短時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也不想為電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)或使用電路板。

根據(jù)這些設(shè)計(jì)要求，Vicor 工程團(tuán)隊(duì)建議分兩個(gè)階段完成功率轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，以優(yōu)化效率和功率密度并簡化熱管理。Vicor 的模塊化供電解決方案簡化了航空航天設(shè)計(jì)并縮短了上市時(shí)間。在第一階段，固定比率總線轉(zhuǎn)換器 (BCM) 隔離和下轉(zhuǎn)換電池的高電源電壓，在第二階段，低壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 (DCM) 將總線轉(zhuǎn)換器的輸出調(diào)節(jié)到28 V。鑒于 500 W 的功率水平和 Ampaire 團(tuán)隊(duì)不使用電路板安裝的強(qiáng)烈愿望，因此選擇了機(jī)箱安裝和熱敏 VIA 封裝。VIA 封裝包含濾波、過壓和熱保護(hù)，以及 PMBus 控制接口，以簡化整個(gè)電源系統(tǒng)命令。這種模塊化方法確保了這種高度集成的解決方案的快速原型設(shè)計(jì)和短時(shí)間生產(chǎn)。

第一級(jí)選擇了超高壓 (UHV) BCM4414 VIA，并與配套的 DCM3414 VIA 結(jié)合用于第二級(jí)。兩個(gè)設(shè)備都位于一個(gè)緊湊的壓鑄鋁子系統(tǒng)外殼中，并安裝在機(jī)箱上并熱粘合到外殼上，以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)冷卻并防止航空航天應(yīng)用固有的顯著沖擊/振動(dòng)。BCM 和 DCM 組件可實(shí)現(xiàn)快速簡單的并行功能，這將幫助 Ampaire 設(shè)計(jì)人員在未來的飛機(jī)中擴(kuò)展到更高的功率水平。

超高壓BCM4414

一種可擴(kuò)展并滿足嚴(yán)格航空要求的模塊化方法

與笨重的傳統(tǒng)“銀盒”電源相比，Vicor 模塊化解決方案的整體模塊化和可擴(kuò)展性使 Ampaire 工程師能夠獲得關(guān)鍵的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。這些電源技術(shù)優(yōu)勢(shì)與提供軍用和航空航天級(jí)質(zhì)量和可靠性的 Vicor 久經(jīng)考驗(yàn)的傳統(tǒng)相得益彰。在高度監(jiān)管的航空技術(shù)領(lǐng)域，這有助于簡化驗(yàn)證和認(rèn)證周期。隨著 Ampaire 從其當(dāng)前改進(jìn)的混合動(dòng)力總成架構(gòu)過渡到全電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，這種易于組件認(rèn)證將被證明是一項(xiàng)巨大的資產(chǎn)。

電動(dòng)飛行的未來

Ampaire 是電動(dòng)航空市場的領(lǐng)導(dǎo)者之一，可以駕駛展示商業(yè)可行性的飛機(jī)。其原型機(jī)計(jì)劃由總部位于夏威夷的 Mokulele 航空公司進(jìn)行測試，該航空公司希望使用下一代商業(yè)生產(chǎn)的 Ampaire 飛機(jī)在夏威夷群島進(jìn)行短途飛行。未來的 Ampaire 生產(chǎn)型飛機(jī)預(yù)計(jì)可搭載 9 至 19 名乘客，并在從檀香山到卡胡魯伊的 90 英里范圍內(nèi)飛行。

Vicor 高密度 BCM VIA 和 DCM VIA 轉(zhuǎn)換器幫助 Ampaire 實(shí)現(xiàn)了高效的航空級(jí)電源鏈，旨在實(shí)現(xiàn)更環(huán)保的航空旅行和運(yùn)輸?shù)男聲r(shí)代。隨著 Ampaire 準(zhǔn)備起飛，整個(gè)航空業(yè)都在密切關(guān)注，焦急地期待著它的崛起。

審核編輯 黃昊宇