對化石燃料消耗、空氣污染和不斷上升的二氧化碳 (CO 2 ) 排放對環(huán)境影響的擔憂不斷升級，推動了全球?qū)冸妱悠?(EV) 和混合動力電動汽車 (HEV) 的需求。這反映出人們認識到電力對于限制汽車運輸?shù)奶甲阚E至關重要。

航空業(yè)正在經(jīng)歷類似的演變，分析電動航空的成本和性能優(yōu)勢，從而顯著擴大市場。如果可以降低航空旅行基礎設施成本，則將航空旅行擴展到服務不足和偏遠地區(qū)變得更加可行。隨著越來越多的支線機場和連接點提供無處不在的短途“空中出租車”服務，航空運輸?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飛機，讓更多人和更多機場的乘客更容易乘坐飛機。

Ampaire 的目標是通過零尾氣排放的全電動飛機實現(xiàn)燃油成本降低 90%、維護成本降低 50% 以及起飛和著陸過程中的噪音降低 66%（與傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動的飛機相比） .

Ampaire 估計，僅在美國，改用電力推進就可以將可行的航空公司目的地數(shù)量從 500 個機場擴大到 5,000 個機場的 10 倍，并且可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)類似的擴張。生活在偏遠地區(qū)的人們將更容易獲得支線航空運輸，而由于高昂的運營成本而難以實現(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

目前處于原型設計階段，Ampaire 開發(fā)了雙動力裝置架構(gòu)，以在初始試飛場景中實現(xiàn)冗余，用于評估和開發(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力和推進負載的技術(shù)-路徑需要。

目前的 Ampaire 原型機——改裝的 Cessna 337 Skymaster——在飛機后部配備了標準的內(nèi)燃機驅(qū)動螺旋槳，在前部配備了電動螺旋槳，包括直列式并聯(lián)混合動力架構(gòu)。飛行中的動力可以在兩個推進系統(tǒng)之間動態(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，預計在起飛和爬升過程中將主要使用內(nèi)燃機，而在巡航過程中，電動發(fā)動機將作為主要的推進機構(gòu)。隨著時間的推移，正在進行的工程創(chuàng)新有望產(chǎn)生一種全電動飛機，提供不依賴汽油或 CO 2排放的短途航空運輸。并行創(chuàng)新將有助于減少電池和電力存儲技術(shù)的尺寸和重量，以確保更高的電力效率和更遠距離的飛行。

快速原型制作必不可少的高密度電源組件解決方案

Ampaire 原型機的供電系統(tǒng)包括一個高壓電池組，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)工作并嚴格調(diào)節(jié)至 28V 輸出。高壓電池需要隔離，負載參數(shù)需要高達 500 W 的額定功率。Ampaire 設計團隊還要求該解決方案尺寸緊湊、效率高、熱管理解決方案簡單、原型設計快速，并且在短時間內(nèi)完成生產(chǎn)。設計團隊也不想為電源轉(zhuǎn)換器設計或使用電路板。

根據(jù)這些設計要求，Vicor 工程團隊建議分兩個階段完成功率轉(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計并縮短了上市時間。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 團隊不使用電路板安裝的強烈愿望，因此選擇了機箱安裝和熱敏 VIA 封裝。VIA 封裝包含濾波、過壓和熱保護，以及 PMBus 控制接口，以簡化整個電源系統(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計和短時間生產(chǎn)。

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

超高壓BCM4414

一種可擴展并滿足嚴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展性使 Ampaire 工程師能夠獲得關鍵的設計優(yōu)勢。這些電源技術(shù)優(yōu)勢與提供軍用和航空航天級質(zhì)量和可靠性的 Vicor 久經(jīng)考驗的傳統(tǒng)相得益彰。在高度監(jiān)管的航空技術(shù)領域，這有助于簡化驗證和認證周期。隨著 Ampaire 從其當前改進的混合動力總成架構(gòu)過渡到全電動推進系統(tǒng)，這種易于組件認證將被證明是一項巨大的資產(chǎn)。

電動飛行的未來

Ampaire 是電動航空市場的領導者之一，可以駕駛展示商業(yè)可行性的飛機。其原型機計劃由總部位于夏威夷的 Mokulele 航空公司進行測試，該航空公司希望使用下一代商業(yè)生產(chǎn)的 Ampaire 飛機在夏威夷群島進行短途飛行。未來的 Ampaire 生產(chǎn)型飛機預計可搭載 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 實現(xiàn)了高效的航空級電源鏈，旨在實現(xiàn)更環(huán)保的航空旅行和運輸?shù)男聲r代。隨著 Ampaire 準備起飛，整個航空業(yè)都在密切關注，焦急地期待著它的崛起。

審核編輯 黃昊宇