יסודות טכניים של מנוע eVTOL

1. מאפיינים טכניים שלמנוע eVTOL

In חשמל מבוזרהנעה, מנועים מניעים מספר מדחפים או מאווררים על הכנפיים או גוף המטוס כדי ליצור מערכת הנעה המספקת דחף למטוס. צפיפות ההספק של המנוע משפיעה ישירות על כושר הנעת המטען של המטוס. כושר תפוקת ההספק, האמינות ויכולת ההסתגלות הסביבתית של המנוע הם גורמים חשובים לקביעת המאפיינים הדינמיים והבטיחות של כלי הטיס המונעים חשמלית. בחירת כלי רכב חשמליים, רחפנים ומנועי eVTOL שונה עקב עלויות שונות, תרחישי יישום וסיבות אחרות [1].

(מקור תמונה: אתר האינטרנט הרשמי של Network/Safran)

1) כלי רכב חשמלייםמגנט קבוע יותרמנועים סינכרוניים,מנועים בעלי מגנט קבוע בעלי יעילות גבוהה יותר ומומנט גבוה יותר יכולים לספק חוויית נהיגה טובה יותר. יחד עם זאת, צפיפות ההספק הגבוהה של מנועי מגנט קבוע יכולה גם לסייע לרכבים חשמליים להשיג הספק גבוה יותר באותו נפח.

(2) כטב"מ: נפוץ ללא מברשותמנוע DC.למנוע DC ללא מברשות משקל ורעש נמוכים, ועלות התחזוקה נמוכה, מה שמתאים לדרישות הטיסה של כטב"מים; שנית, מהירות מנוע ה-DC ללא מברשות גבוהה יותר, מה שמתאים לצורכי טיסה במהירות גבוהה של רחפנים. לדוגמה, DJI משתמשת במנועים ללא מברשות.

(3) eVTOL: דרישות גבוהות יותר ליעילות המנוע וצפיפות המומנט, מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע הוא פתרון מבטיח מאוד למערכת הנעה חשמלית, מכיוון שלמנוע מגנט קבוע בעל שטף צירי יש שיעור ניצול גבוה של שטח רדיאלי, וצפיפות ההספק וצפיפות המומנט יתרונות במקרה של יחס קוטר אורך קטן. מטוסי VTOL חשמליים נוכחיים, כגון Joby S4 ו-Archer Midnight, כולם מאמצים מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע [1].

האיור הבא מציג את תמונת הענן של עוצמת האינדוקציה המגנטית עם רוטור קבוע של מנוע שטף צירי עם רוטור יחיד וסטטור יחיד

האיור הבא הוא השוואה בין פרמטרים של מנועי מטוסים חשמליים ורכבים חשמליים

2. מגמת פיתוח מנוע eVTOL
כיום, מגמת הפיתוח העיקרית של מערכת החשמל eVTOL היא להפחית את משקל מבנה המנוע ואת משקל העזר של מערכת הקירור על ידי שיפור טכנולוגיית התכנון האלקטרומגנטי, טכנולוגיית ניהול תרמי וטכנולוגיית קלות משקל, ושיפור מתמיד של צפיפות ההספק של המנוע ויכולת תפוקת ההספק במגוון רחב של תנאים משתנים. על פי "מחקר ופיתוח של מכוניות מעופפות וטכנולוגיות מפתח", מנוע ההנעה לתעופה הצליח להביא את צפיפות ההספק המדורגת של גוף המנוע ליותר מ-5 קילוואט/ק"ג באמצעות שימוש בחומרי בידוד עם מגבלות טמפרטורה גבוהות יותר, חומרי מגנט קבוע עם צפיפות אנרגיה מגנטית גבוהה יותר וחומרים מבניים קלים יותר. על ידי שיפור תכנון המבנה האלקטרומגנטי של המנוע, כגון שימוש במערך מגנטי Halbach, מבנה ללא ליבת ברזל, סלילת חוט Litz וטכנולוגיות אחרות, כמו גם שיפור תכנון פיזור החום של המנוע, צפוי שצפיפות ההספק המדורגת של גוף המנוע תוכל להגיע ל-10 קילוואט/ק"ג בשנת 2030, וצפיפות ההספק המדורגת תעלה על 13 קילוואט/ק"ג בשנת 2035 [1].

3. השוואה בין מסלולים חשמליים טהורים והיברידיים
בהשוואה למסלול החשמלי הטהור ולמסלול ההיברידי, מתוך מבחר היצרנים הרלוונטיים הנוכחי, פרויקט eVTOL המקומי מבוסס בעיקר על תוכנית החשמל הטהורה, המוגבלת על ידי צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום-יון, ו-eVTOL בעל קיבולת נוסעים נמוכה הוא זירת הנחיתה הטובה ביותר של טכנולוגיית הנעה חשמלית טהורה. בחו"ל, חלק מהיצרנים הציגו את התוכנית ההיברידית מראש, והובילו מספר סבבי בדיקות ואיטרציות. כפי שניתן לראות בטבלה הבאה, התוכנית ההיברידית חזקה יותר באופן ברור בזווית הסיבולת, ויכולה להשיג יישומים רבים יותר בתרחיש של תנועה למרחקים בינוניים-ארוכים וגובה נמוך בעתיד [1].