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混合动力飞机的1MW发电机/兆瓦级混合动力系统即将上线

发布日期:2021-03-06
混合动力飞机的1MW发电机/兆瓦级混合动力系统即将上线

霍尼韦尔(Honeywell)正在开发一种适用于混合动力飞机的1MW发电机,其功率比2019年开发的先前版本强大两倍半,并将于今年晚些时候进行演示。

涡轮发电机是霍尼韦尔1兆瓦发电机和HGT1700辅助动力装置的组合,目前已在每架空中客车A350 XWB上飞行。280磅(127千克)的 动力单元将能够使用生物燃料,喷气燃料和柴油运行,旨在为重型货运无人机,空中出租车和通勤飞机中的大功率电动机或电池供电。

1MW汽轮发电机

霍尼韦尔的1MW涡轮发电机已设计用于分布式电力推进系统(图片:霍尼韦尔

霍尼韦尔表示,新的涡轮发电机系统的首次演示将在今年9月进行,随后还将进行资格鉴定。

霍尼韦尔航空航天公司负责无人机系统和城市空中交通的副总裁兼总经理Stephane Fymat表示:“随着城市空中交通部门的形成和无人机的投入使用,对电力和混合电力的内在需求。我们的涡轮发电机为这些新兴市场提供安全,轻便的包装,我们正在设计解决方案,以满足开发未来飞机的客户的独特需求。”

霍尼韦尔认为涡轮发电机的发展是对飞机设计(例如eVTOL)中使用分布式电力推进技术的一种回应。在这样的设计中,飞机周围的多个电动机与风扇一起使用以进行起飞,然后关闭或倾斜以进行水平飞行。

霍尼韦尔航空航天公司动力系统业务发展高级总监泰勒·阿尔伯施塔特(Taylor Alberstadt)表示:“我们在制造辅助动力装置和大型燃气轮机方面无与伦比的遗产使我们能够为未来的车辆创建动力系统。我们认为,航空业的未来将包括许多新型的推进系统和动力系统,我们准备在其发展中遥遥领先。”

去年12月,霍尼韦尔(Honeywell)与英国初创公司Faradair Aerospace签署了一项谅解备忘录,以合作开发系统和涡轮发电机组,该机组将使用可持续的航空燃料为Faradair的生物电混合飞机(BEHA)供电。Faradair计划到2030年交付300辆混合动力BEHA,其中150辆将处于消防状态。霍尼韦尔正在与其他数个潜在的涡轮发电机客户进行深入讨论,以根据各种制造商的任务要求帮助确定功率要求。

霍尼韦尔在2019年亚特兰大举行的HAI HELI-EXPO上推出了其首款用于城市空中机动性(UAM)的涡轮发电机。它结合了霍尼韦尔(中国)的HTS900涡轮轴发动机和两台200千瓦发电机。

Honeywell is developing a 1MW generator suitable for use in hybrid-electric aircraft that is two and a half times more powerful than the previous version developed in 2019 that will be demonstrated later this year.

The turbogenerator is a combination of a  Honeywell 1MW generator and HGT1700 auxiliary power unit, which is currently flown on every Airbus A350 XWB. The 280 lbs (127kg) power unit will be able to run on biofuel, jet fuel and diesel and is designed to provide power to high-power electric motors or batteries in heavy-lift cargo drones, air taxis and commuter aircraft.

 

1MW Turbogenerator

Honeywell's 1MW Turbogenerator has been designed for use in distributed electric propulsion systems (image: Honeywell)

Honeywell said the first demonstration of the new turbogenerator system will occur by September this year, with qualification to follow.

Stephane Fymat, vice president and general manager for unmanned aerial systems and urban air mobility at Honeywell Aerospace said, “There is an inherent need for electric and hybrid-electric power as the urban air mobility segment takes shape and unmanned aerial vehicles enter service. Our turbogenerators provide a safe, lightweight package to serve these burgeoning segments, and we’re designing our solutions to meet the unique needs of customers developing aerial vehicles of the future.”

Honeywell sees the development of the turbogenerator as a response to the increased use of distributed electric propulsion in aircraft designs such as eVTOLs. In such designs multiple electric motors around an aircraft are used with fans for take-off and then either switched off or tilted for horizontal flight.

Taylor Alberstadt, senior director of Power Systems Business Development at Honeywell Aerospace said, “Our unrivaled legacy in the manufacturing of auxiliary power units and larger gas turbine engines gives us the ability to create power systems for future vehicles. We think the future of aviation will include many new types of propulsion and power systems, and we are prepared to lead the way in their development.”

In December, Honeywell signed a memorandum of understanding with British startup Faradair Aerospace to collaborate on systems and a turbogeneration unit that will run on sustainable aviation fuel to power Faradair’s Bio Electric Hybrid Aircraft (BEHA). Faradair intends to deliver 300 hybrid-electric BEHAs into service by 2030, of which 150 will be in a firefighting configuration. Honeywell is in advanced discussions with several other potential turbogenerator customers, working to help define power requirements based on mission profiles required by various manufacturers.

Honeywell unveiled its first turbogenerator for urban air mobility (UAM) at the 2019 HAI HELI-EXPO in Atlanta. It combined Honeywell’s HTS900 turboshaft engine with two 200-kilowatt generators.

 

此前霍尼韦尔在2019年美国直升机展(Heli-EXPO)上展示了一种混合动力系统,该系统由HTS900涡轴发动机驱动两台200kW的发电机,即发电功率400kW,只有上述新款混合动力系统的40%。
这款功率达1MW的发电机重约127kg,本来是为DARPA的X-Plane项目中XV-24A 垂直起降飞行器开发的兆瓦级发电机。XV-24A由极光(Aurora)公司开发,最大起飞重量可达5.5t。按项目需求,XV-24A用罗罗AE1107涡轴发机来驱动3台霍尼韦尔的1MW发电机,输出总功率可达3MW,用来驱动24台电动涵道风扇。虽然该项目在2018年被DARPA取消,但其中的兆瓦级发电机项目被霍尼韦尔保留下来,成为2019年基于HTS900的混合动力系统200kW级发电机的研发基础,并最终演变为上述功率达到1MW的发电机。

极光公司的XV-24A垂直起降飞行器概念。

这款原本为XV-24A设计的发电机的效率高达98%,而传统的机载发电机的效率只有92%,而且新款兆瓦级发电机的功率密度是现有同级别发电机的五倍,可实现电推进所需的高功率密度需求。

此前霍尼韦尔在推出HTS900平台的400kW级混合动力平台后市场反映较为冷淡,因此后来霍尼韦尔在HTS900平台的基础上采用了更大的动力源(宽体机的APU),并与日本电装(Denso)公司进行合作。这反映出未来UAM或短途货运市场将有更高的电力需求。

2020年12月,霍尼韦尔与英国初创企业FaradAir公司合作,为该公司正在开发的“仿生电动混合动力飞机”(BEHA)开发混合动力系统,借此机会霍尼韦尔发布了这个混合动力项目。除此之外,霍尼韦尔还为该机提供航电系统和飞控系统。
BEHA飞机采用了三层机翼概念,旨在不到300m的距离实现起飞和降落。该机由约1200kW的涡轴发动机和500 kW的电动机驱动一副对转涵道风扇,在起飞时该机主要使用电池来驱动,以减少噪音和排放;在巡航阶段,飞机将过渡到涡轴发动机驱动,同时对电池进行充电。而在涡轴发动机故障的情况下,电池可以提供备用动力以供飞机紧急降落。
按FaradAir公司的计划,BEHA飞机家族中首款型号被称为MH1,该机翼展16.5m,能够搭载18名乘客,或3个LD3集装箱,或5t其他类型的散货。Faradair的目标是在2024年BEHA实现首飞,到2030年将有300架飞机投入使用。

NASA的兆瓦级混合动力尝试

NASA在3月9日了展示一项“电动飞行器飞行演示”(EPFD)项目,以对一款兆瓦级电动飞机的推进系统进行飞行测试。该计划的提案将于4月20日之前提交。
NASA打算采用一款现有的动力系统测试平台来替代之前的X-Plane飞机,例如X-57或X-59等。NASA阿姆斯特朗飞行研究中心计划授予EPFD项目一份或多份合同,该合同旨在完善适用于通勤、支线和单通道飞机的推进系统,该系统将在2035年投入使用。
EPFD的目的是演示一种具有代表性的混合动力系统,其总输出功率至少为现有技术水平的3倍,且满足故障管理系统冗余等要求。在可能的情况下,该项目将于2023年首飞,最晚不迟于2024年3月。NASA表示该项目将使美国工业界首先将兆瓦级的混合动力系统示范产品推入市场。

NASA的EPFD项目概念,该项目也需要兆瓦级的发电能力。

 
EPFD项目为成熟的电气化动力总成建立了关键性能参数(KPP),其中包括“完整”的参数和“最小”的参数。例如对于单通道飞机,其“完整”的KPP是在12000m高度、电压为1000V时,输出功率2MW;而“最小”KPP是在6000m高度、电压为500V时,功率1 MW。
而对于计划在EPFD项目下进行地面测试和飞行测试的演示系统,将采用一个稍低的KPP,其单通道客机的总功率为1.5 MW、19座支线飞机的总功率为500 kW。
而该演示项目的目标是将兆瓦级电气化动力系统的成熟度达到6级,并准备进行产品型号开发和认证。

通过凯尔西赖克曼| 2021年3月9日,请
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