混动技术方案对比分析

串联为主，活塞涡轮各有优势。

1、串联 vs.并联：串联更具适用性

混动垂直起降飞行器（也称 HVTOL），由发动机和电机结合驱动。依据发动机 和电机的链接方式，可将混动类型划分为串联结构和并联结构。

串联结构：燃油发动机不直接工作，仅带动发电机供电。在串联结构下，发动 机并不直接为飞机产生动力，而是驱动发电机用于电池供电，飞行器的直接动 力完全来自电机。由于飞行器多采用分布式电驱动，即有数量众多的升力/推进 桨，每个都由对应电机直驱，因此串联结构更加适用，因其不需要传动系统， 结构简单，成本低，是主流方向。 并联结构：发动机和电机可共同作用于推进器。在并联结构下，发动机与电机 通过机械联接接入驱动系统，两个动力源根据不同工作模式，分别进行驱动或 者联合驱动。因此，并联式混合动力可在不同飞行阶段调节发动机功率，结合 电机，可在短时间内提升推力性能，从而具备较优的飞行高度和速度推力。同 时，综合调配燃油与电能，可高效利用能量，从而实现油耗的降低以及航程或 滞空时间的提升。

串联式混电系统可使 ICE 始终工作在最优燃油经济区。其混电传动系统完全由 电动机驱动螺旋桨运作，依据总性能要求决定电动机的尺寸。串联结构是由发 电机通过交直流转换模块(AC/DC 模块)为推进系统供能或为电池充电，将 ICE 与功率需求分离。功率不足时，电池将作为动力源进行补充。即从起飞到降落 过程，可保持 ICE 稳定在最优燃油经济区。 串联式混电系统通常采用多螺旋桨/旋翼的分布式布局。其节能机理可以概括为 两点：1) 只需采用小型 ICE 即可满足飞机的巡航需求，并由电池提供起飞、爬 升等额外动力，从而提高 ICE 的负荷率；2) 使 ICE 始终工作在最优燃油经济区。 推进器可以通过功率的分散进一步降低气动噪声的总声级，多个推进器的冗余 可以为飞机提供更可靠的推力支持，因此在飞行控制和推力提供方面比传统飞 机具有更高的承载能力、环保性和稳健性。

2、活塞 vs 涡轮：活塞经济性强，涡轮性能卓越

活塞发动机为往复式内燃机。其工作原理为活塞承载燃气压力，在气缸中进行 反复运动，通过带动螺旋桨高速转动而产生推力。另外，活塞发动机一般由多 气缸组合构成以满足功率要求，从而带动曲轴和螺旋桨转动以产足够动力。活 塞式发动机具有功重比低（1 千瓦/千克）的缺点，但也有耗油率低，构造成本 低等优势，可在满足动力的情况下装载更多汽油或有效载荷。因此，活塞式发动机适用于功率需求为 200 千瓦内的通用飞机，已广泛用于支线航空物流运输、 牧渔业飞行作业等领域。

涡轮发动机分为 4 种基本类型，即涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷 气发动机和涡轮风扇发动机，分别简称涡桨/涡轴/涡喷/涡扇发动机。上述发动 机均包含压气机、燃烧室以及驱动压气机的燃气涡轮三大部件，统称为航空燃 气涡轮发动机。其中，涡轴/涡桨在低空领域有较好的使用场景，前者多用于直 升机，后者多用于小型通航飞机；涡扇/涡喷主要用于民航及军用场景，详见附 录。

涡桨发动机和涡轴发动机差异。两者具有较大的通用性，易于相互借鉴和派生， 但它们的减速传动系统、螺旋桨和动力输出方式略有差异。涡桨多用于固定翼 飞机如运输机，其发动机的推力由 95%的螺旋桨拉力+5%的排气口燃气推力组 成。涡轴多用于直升机，几乎没有发动机的燃气推力，其燃气能量基本转化为 机械轴功率。两种发动机均由螺旋桨和燃气轮机组成，螺旋桨由涡轮带动。其 结构复杂、制造成本高，但也具备输出功率高、功重比高（4 千瓦/千克以上） 等优点，广泛应用于中低速飞机以及有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞 机。

活塞发动机适用于支线运输。相比活塞发动机，涡桨/涡轴发动机有功重比高、 零部件数量少、噪音小等特点，具备较长滞空时间和较大任务半径。而活塞发 动机更具有低耗油，体积小，适用性好，制造成本低，有效负载能力高等优势。 通用航空所需飞行器会遵循“先货后人”的准则，目前 500-2000 公里范围内的 支线航空运输有较大市场需求。 活塞发动机价格优势显著。价格方面，涡轴发动机价格较高，大致每 kw 对应 1-2 万元，即 100kw 功率的涡轴发动机大约 100 万元甚至接近 200 万元，而活 塞发动机仅 20-30 万，经济性优势显著。因此，活塞发动机适于空中跨城载货 运输，主要是成本更低使得下游更容易实现商业化，其次是发动机虽噪音大， 但是多在郊区飞行，对居民影响有限。