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　　● 根基道理：并联式夹杂电推进系统根基形成如下图所示。正在保守双转子涡扇策动机的根本上，通过正在凹凸压轴上耦合设想内置式起动发电机，实现高功率电能的发生取操纵。基于电机取发电机的可逆向工做道理，正在策动机起动阶段，起动发电机正在策动机不变工做前做为电起动机工做，带动策动机转子到必然转速后喷油焚烧，使策动机进入不变工做形态；正在策动机不变工做阶段，电动机转换为发电机，提取凹凸压轴功率向飞机用电设备供电。外置储能系统可以或许按照分歧飞翔阶段的功率需求进行能量弥补或存储，正在分歧飞翔阶段，通过燃油取电能的分析调配，实现能量的高效操纵，从而降低油耗，提拔航程或留空时间。

　　图：夹杂动力系统全剖面能量优化操纵示企图，来历：《航空燃气涡轮-电夹杂动力系统环节手艺阐发》！

　　(4) 高功率电驱及电控系统：沉点处理大功率电能的发生、传输、调配以及操纵等一系列环节问题。

　　中国航发湖南动力机械研究所（简称“608所”）结合江山科技无限公司，基于阿若拉SA60L轻型活动飞机，开展80kW级夹杂电推进系统手艺研究取验证。该系统通过80kW级燃气涡轮发电系统发生电能，取3。5kWh的动力电池，驱动电机带动螺旋桨发生推力。该系统于2022年3月完成飞翔演示验证。

　　政策方面，2024年03月27日，工信部等四部分结合发布的《通用航空配备立异使用实施方案（2024-2030年）》，标记着通航范畴的顶层设想出台。此中涉及动力方案的表述包罗：1）明白以电动化为从攻标的目的，兼顾夹杂动力、氢动力、可持续燃料动力等手艺线）扶植“干-支-末”无人机配送收集；推进大中型固定翼飞机；支撑加速干线物流、结尾配送无人机研制出产并投入运营。3）持续鞭策100-200马力活塞策动机批量交付，实现市场规模使用。4）开展400kW以下夹杂推进系统研制。

　　正在全球交通变化取科技立异的海潮中，夹杂电推进系统为新一代飞翔器的成长斥地了簇新的道。它不只无效处理了纯电飞翔器面对的续航、载荷和充电等环节痛点，更以其奇特的手艺劣势，为飞翔器正在物流配送、城市空中交通、应急救援及军用等范畴的普遍使用供给了可能。从投资视角来看，无论是零件制制商、焦点子系统研发企业，仍是焦点零部件供应商，都包含着庞大的投资潜力，无望外行业的快速成长中收成丰厚的报答。

　　● 认证难度大：夹杂电推进手艺线差别大，目前缺乏针对性的适航条目和尺度规范，使得适航认证难度较高。

　　2023年11月完成ChaparralC1机型的首飞，这款全自从的夹杂动力eVTOL货运飞机，采用自研的夹杂电推进系统，航程可达300英里（约483公里），无效负载300磅（136公斤）。该公司先后拿到包罗“火速至上”项目正在内的多个军方合同，累计融资近1亿美元，投资方包罗洛克希德马丁等。

　　● 特点：并联式夹杂电推进系统通过正在燃气涡轮策动机的轴上并联电机，可以或许调理策动机正在分歧飞翔工况下的功率，正在高功率需求阶段电机做为帮力，短时间提拔策动机推力机能，正在功率需求较低阶段电机转换为发电机进行功率提取。因为构型取涡扇策动机根基分歧，因而并联式夹杂电推进系统具备较好的高度和速度推力特征，同时油耗率比保守策动机有所降低。

　　● 分量问题：为了满脚飞机的航程和机能要求，夹杂电推进系统需要配备较大容量的电池和其他相关设备，这会使飞机的分量显著添加。而飞机分量添加会导致油耗上升、飞翔机能下降，添加运营成本。

　　● 强调团队布景和手艺储蓄：航空财产敌手艺和实践的要求较高，拟投标的公司应具备手艺、工艺、供应链、市场、公司管理等复合型能力；正在手艺方面，考虑到夹杂电推进系统的特殊性，应沉点关心创始团队正在：夹杂动力系统总体机能设想取阐发建模、飞发一体化设想取阐发和能量分析办理节制手艺方面的手艺储蓄及实操经验。

　　按照以上阐发，参考新能源车财产纯电和混动持久并存的态势，我们认为，正在动力电池机能达到抱负形态之前，夹杂电推进系统将成为飞翔器实现长续航里程的优选方案，将来混动和纯电线也将持久并存。

　　● 特点：正在式夹杂电推进系统中燃气涡轮策动机只担任带动发电机发生电能，所有推力均来历于电动机驱动的螺旋桨或电扇，因为可以或许实现较大的等效涵道比，因而油耗机能十分优异。但电驱推进的排气速度较低，导致动力系统高度速度特征较差。

　　由团队开办的逃梦空天科技公司已完成70千瓦级式夹杂动力活塞策动机的试制验证。该型策动机的功沉比达到0。7kW/kg，耗油率为0。35kg/kWh，已完成最大起飞分量为640kg的垂曲起降无人机的试飞验证工做。此中，无人机的最大飞翔速度为320公里/小时，巡航速度为240公里/小时，航程可达800至1，000公里。用以驱动最大起飞分量达数吨级的电动飞翔器的400千瓦级甚至兆瓦级式夹杂动力涡轮策动机，也正正在研发傍边。

　　● 轻量化材料及工艺：轻量化材料（如碳纤维复合材料、钛合金）可显著降低飞翔器分量，是提拔飞翔器机能的环节，手艺附加值高，沉点关心具备碳纤维复材、钛合金等全财产链结构能力，具备平台化通用手艺及工艺的相关标的。

　　▶ 研发标的目的及冲破点：采用模子预测节制、多方针优化等先辈节制策略，实现各子系统的协同优化节制；使用多物理场耦合仿实手艺，正在设想阶段对系统进行全面的机能评估和优化。能量需正在多种形式间转换，如燃油化学能先为机械能，再为电能，最初又为机械能驱动螺旋桨，每次转换城市有能量丧失，降低了系统全体效率。

　　(3) 高功率密度电机系统：是夹杂分布式推进系统的环节部件，其能量效率、功沉比等机能间接影响夹杂动力系统的机能收益？。

　　● 高功率密度发电系统：做为供给电能的系统，发电系统对夹杂电推进系统很是主要，沉点关心兆瓦级的保守涡轮发电机及半超导、全超导发电机手艺，焦点参数包罗功率密度及能源转换效率等！

　　● 挖掘具备平台化能力的通用手艺及工艺：基于上述环节手艺，挖掘具备上述环节手艺的平台化扩展能力和通用手艺，同时下逛使用普遍的企业。

　　(2) 航空用高功率燃气涡轮发电手艺：焦点难点正在于高温材料、热效率极限、动态节制取轻量化设想。

　　● 空间占用：夹杂电推进系统的各个部件体积较大，需要正在飞机无限的空间内合理结构，这对飞机的布局设想和内部空间操纵提出了更高要求。如电池组凡是体积较大，若何正在不影响飞机气动机能和客舱空间的前提下，合理安设电池组是一个挑和。

　　美国NASA提出了2050年前的航空夹杂电推进系统总体规划，先后支撑并开展了多个研究打算来支撑相关企业和机构开展夹杂电推进手艺摸索，估计2035年安拆夹杂动力推进系统的飞翔器将投入市场。

　　航空燃气涡轮-电夹杂动力系统是正在保守燃气涡轮策动机根本上，以大功率的电能发生取操纵为明显特征的全新架构航空动力系统。取保守燃气涡轮策动机比拟，其次要机能和使用劣势包罗以下几点。

　　● 货运无人机：市场需求明白，手艺成熟度较高，贸易化径清晰，特别关心具备军平易近两用特征的产物。

　　图：并联式涡轮-电动夹杂动力推进系统示企图；来历：《航空燃气涡轮-电夹杂动力系统环节手艺阐发》。

　　● 布局复杂：夹杂电推进系统融合了保守燃油策动机、发电机、电池、电动机等多个子系统，各部件之间的毗连和协同工做机制复杂，导致系统的全体设想、安拆和调试难度大幅添加。

　　(1) 夹杂动力系统总体机能优化设想手艺：全新动力构型相关的建模取阐发手艺、飞发一体化设想手艺、分布式节制架构设想手艺！

　　当前，按照电能正在夹杂动力中的利用体例分歧，夹杂电推进系统可大致分为式夹杂电推进系统和并联式夹杂电推进系统，两种连接体例的次要区别是策动机能否取推进系统连接。

　　Electra。aero公司由约翰·兰福德(JohnLangford)创立，他是美国极光公司（Aurora）创始人和前CEO、美国航空航天协会（AIAA）现任。极光公司2017年被波音公司收购后，兰福德于2020岁首年月分开极光公司创立了Electra公司，取多名麻省理工的航空航天系传授合做研制了该机的根基设想。

　　下图别离为美国尝试系统宇航公司ESAero的“ECO-150干线客机概念图”和NASA的“X-57 Maxwell飞机概念图”，两种方案均采纳式夹杂电推进手艺，方针是降低巡航耗油率和Nox的排放。

　　航空动力系统的电气化成长路子，按照电能能否供给全数推力可分为全电推进和夹杂电推进两种形式。考虑到当前全电推进中动力电池的能量密度已成为限制电推进手艺成长使用的最大瓶颈，用“发电安拆+电动机”的夹杂电推进模式取代全电推进模式将是当下航空电气化成长最为可行的方案之一。

　　● 高功率密度电机：电机是夹杂电推进系统的焦点动力部件，具备高功率密度、高效率、轻量化设想，同时顺应航空范畴的高转速和高靠得住性要求的高功率密度电机市场需求明白，此中：永磁电机、超导电机等手艺标的目的具有高成长性。

　　▶ 研发标的目的及冲破点：摸索新型材料和制制工艺，降低能量转换安拆的内阻和损耗；采用分布式能源办理系统，按照飞翔工况及时优化能量分派，削减传输距离和丧失。

　　翊飞航空科技公司的创始团队具备美国赛斯纳、北航无人机、丰鸟无人机等国表里出名航空企业，公司针对干线/下沉航空物流市场需求研发的ES1000电动短距起降无人运输机已进入制制环节。该机最大商载1500公斤，尺度航程1200公里，打算采用600~800kW级涡轮夹杂动力取分布式电推进方案，具有优异的短距起降能力，起降滑跑距离约100米，并可正在非铺拆道面跑道起降。

　　● 使用标的目的：式夹杂电推进系同一般使用于垂曲起降、通用航空、低速无人机以及干线客机等对飞翔速度要求不高的飞翔器。

　　NASA为满脚2035年耗油率降低70%，氮氧化物排放降低80%，噪声比国际平易近用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）第三阶段尺度降低81dB的近景方针，开展了大量夹杂分布式研究工做，并取得了主要进展。对于将来宽体客机，NASA摸索了全复合材料、层流、翼身融合体的N3-X飞机概念，如下图所示，其最凸起的特点是采用了燃气涡轮-电夹杂分布式推进系统。该系统属于式夹杂电推进系统，将发生推进力的安拆取产活泼力的安拆分隔，由两台安拆正在翼腹的涡轴策动机驱动超导发电机发生电能，并驱动15台嵌入机身的超导电动推进器发生推力。

　　因为电机具有相对标准近似无关的特征，即一个大功率电机系统分化为多个小功率电机系统后，整个系统的功率密度和效率根基不变。因而，能够以分布式小功率电动机驱动小曲径螺旋桨、电扇或旋翼的体例，代替大曲径螺旋桨、电扇或旋翼。这将无效提高档效涵道比，提高策动机热效率，无效添加航程、降低噪声。此外，小尺寸螺旋桨、电扇或旋翼，更易取机体融合，可大幅度改善飞翔器全体气动效率。分布式布局还可正在发电子系统、电推进子系统、储能安拆之间省去机械传输布局，为飞翔器布局结构带来极大便当。

　　夹杂电推进系统通过将保守燃油策动机取电动机相连系，充实阐扬两者的劣势，从而无效处理纯电飞翔器的续航、充电和载荷等问题。正在续航方面，燃油策动机能够正在飞翔过程中持续发电，为电动机供给电力弥补，大大耽误了飞翔器的续航里程。

　　值得一提的是，除了油电混动方案外，逃梦空天团队还正在积极摸索液氢夹杂动力电推进方案，并于2025年1月9日完成国内首型吨级混动倾转eVTOL搭载液氢的飞翔验证，由此也验证了夹杂电推进方案中对于分歧燃料的适配敌对性。

　　至2023岁暮，Electra Aero曾经从25个客户获得了跨越1100架订单，包罗曲升机包机办事公司Bristow等，2022年1月，洛克希德马丁风险投资投资了该公司。

　　Electra设想为11座超短距起降的涡轮夹杂电动飞机，可搭载9名乘客，2名飞翔员，设想航程500英里（约805公里），巡航速度200英里/小时（约322公里/小时），将具有短至150英尺（约46米）的地面滑跑距离，使其可以或许正在长度约为300英尺（约91米）的短着陆跑道上运转。

　　● 使用标的目的：并联式夹杂电推进系统适宜使用于中高速无人机、公事机以及干线客机等对飞翔速度有必然要求的飞翔器。

　　目前，国表里次要正在研eVTOL以纯电动力为从。因为逐渐发觉现有电池手艺带来的局限性，部门制制商已关心并研发夹杂动力eVTOL，以下列举国表里的一些典型混动飞翔器案例。

　　提拔保守燃气涡轮策动机的热效率取单元推力，独一体例是大幅提高策动机热力轮回参数（高涡轮前温度、高总压比等），高温、高负荷对策动机的部件设想以及布局材料强度等提出了极高的要求，限制了燃气涡轮策动机机能的进一步提拔。夹杂动力系统可以或许平衡飞翔器正在起飞、爬升以及巡航段所需的功率，优化燃气涡轮策动机的设想参数，储能系统可正在策动机功率不脚时供给弥补能源或正在功率过剩时吸纳多余功率，一方面能够让燃气涡轮焦点计心情一直处于高效工做点，另一方面也减小了燃气涡轮焦点计心情高功率工做范畴，使得无需采用较高的热力轮回参数设想便可满脚飞翔器的推力和油耗需求，从而降低了策动机设想难度、制形成本及后期成本。

　　图：式涡轮-电动夹杂动力推进系统示企图；来历：《航空燃气涡轮-电夹杂动力系统环节手艺阐发》。

　　● 传输损耗：电能正在传输过程中，因为电线电阻、电磁干扰等要素，也会发生能量损耗。出格是正在分布式电推进系统中，电机分布正在机翼或机身遍地，电能传输距离长，传输损耗更较着。

　　● 根基道理：式夹杂动力推进手艺架构如下图所示，图中C，G，T别离代表燃气涡轮策动机的压气机、燃烧室以及涡轮三大部件。利用燃气涡轮策动机带动发电机发生电能，通过电缆毗连电动机，电动机取涵道电扇或旋翼或螺旋桨机械毗连发生推力，电池做为辅帮能源正在功率需求较大的飞翔阶段为推进供给额外能量来历，正在巡航或下降等功率需求较小的飞翔阶段，燃气涡轮策动机能够一直工做正在高效率区，部门功率用于驱动涵道电扇或旋翼或螺旋桨，多余功率用于为电池充电。式夹杂动力凡是采用分布式推进，一台燃气涡轮策动机带动多个螺旋桨或小型电动电扇。通过能量办理系统实现能量分派和高效操纵。

　　▶ 研发标的目的及冲破点：研发高能量密度的电池、轻量化的电机和发电机等部件；优化系统结构，采用紧凑化设想，提高空间操纵率。

　　● 尺度制定畅后：航空业手艺成长敏捷，夹杂电推进系统不竭立异，但相关尺度规范的制定相对畅后，无法及时跟上手艺成长程序，给新手艺的使用和推广带来妨碍。

　　连系上表及相关研究，全电推进中动力电池的能量密度已成为限制电推进手艺成长使用的最大瓶颈。当前电池单体电芯的能量密度最高程度正在300Wh/kg摆布，难以满脚eVTOL奇特的使命剖面以及苛刻的运转的要求。虽然有阐发认为，到2030年能量密度跨越500Wh/kg的锂电池无望实现大规模工业使用，但也远低于燃料的能量密度（约12000Wh/kg）。

　　下图为保守策动机（左）和夹杂动力策动机（左）工做区域平均效率比力：保守策动机为15%~20%，夹杂动力策动机为30%~36%。

　　(5) 热办理系统及热收受接管系统：新一代飞翔器正在引入大量电气化设备后，电器元件的散热取热防护成为新的问题。

　　中国航发集团、应流股份、申动力、鸿鹏航空等正在60-120kW级方面完成了混动系统关测试/试飞，正在200-1000kW级方面开展了方案设想、样机试制取台架测试工做。大学、理工大学等科研院所也进行了多年的研究摸索，并取得了丰盛，以下为部门案例展现。

　　▶ 冲破点：积极参取适航尺度的制定和修订工做，鞭策成立同一的适航认证系统；开展适航验证手艺研究，堆集数据和经验，为系统的认证供给手艺支撑。

　　图：保守策动机（左）和夹杂动力策动机（左）工做区域对比，来历：号《向哥谈无人机取低空财产》？。

　　夹杂电推进手艺做为航空业的立异手艺，虽然具备前述劣势，同时也已具备工程化经验，但仍面对如下挑和，亟待冲破！

　　同时基于相关行业研究、市场调研、企业走访等工做，就夹杂电推进财产链相关的飞翔器零件和财产链上逛别离提出如下投资思。

　　按照飞机推力的来历及垂起体例等可将电推进飞机分类为全电垂曲起降飞机（eVTOL）、全电保守起降飞机和夹杂电推进飞机等，下表展现了三类电推进飞机2020年至2030年正在航程、座级和功率上的成长趋向。

　　● 集成挑和：分歧部件来自分歧手艺范畴，其物理特征、工做参数和节制逻辑差别大，要实现高效集成，使各部件正在分歧飞翔工况下都能协同工做，达到最优机能，面对诸多手艺难题。如航空策动机取质子互换膜燃料电池耦应时，因燃料电池工做温区窄，而航空策动机进气参数变化大，两者协同婚配工为难度大。

　　● 严选下逛使用标的目的：应选择具备明白市场需求、贸易化径清晰、具备较高的手艺壁垒的标的目的，总体准绳包罗“先载货后载人、先隔离后融合、军平易近两用”等。

　　做为航空业“第三时代”的主要标记，可以或许显著提高能源操纵效率、降低噪声和削减排放，正在航空业绿色转型上远高于常规航空策动机手艺前进带来的收益。

　　纯电eVTOL头部企业JOBY通过收购一家氢能航空公司，也已进行提前结构。2024年7月11日，美国电动航空上市公司Joby颁布发表氢电版的S4eVTOL验证机正在6月底的测试中一次性飞翔了523英里（约841公里）。据引见，该验证机集成了液态氢燃料箱和燃料电池系统，搭载了40公斤液氢，下降时还残剩10%。

　　夹杂动力推进系统中存正在燃油、电能两种分歧的能量形式，电池做为电能存储安拆，正在飞翔过程中能够起到“能量缓存”的感化，正在起飞、爬升等功率需求较高的阶段，电池能够做为辅帮能量来历配合输出功率，从而满脚较大的推进功率需求；正在巡航阶段，燃气涡轮策动机能够工做正在最优效率点，多余的功率能够存储进入电池。鄙人降阶段，推进功率需求进一步降低，另一方面也能够封闭燃气涡轮策动机，间接采用电池供给较小的推进功率。通过飞翔使命剖面的分析能量优化办理，可降低使命轮回的分析燃油耗损量。

　　表：《通用航空配备立异使用实施方案（2024-2030 年）》 摘要；来历：中国网、招商证券。