飞行汽车函道电机技术是什么?

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一、飞行汽车涵道电机技术是什么？



飞行汽车涵道电机技术中的涵道电机（Ducted Fan Motor），是一种将电动机和风扇巧妙结合在一起的设备。它的独特之处在于通过涵道设计来提升空气流动效率。

具体而言，其工作原理是先利用涵道设计产生高速旋转的空气流，随后把这股空气流引入到电动机的内部。这样一来，电动机的冷却效果以及空气动力学性能都能得到提高，进而有效地增强了电动机的效率和可靠性，同时还能降低运行时产生的噪音。

从实际应用表现来看，涵道电机具备诸多优点。首先，得益于涵道设计，它能够提供更大的空气流量和压力，从而可以满足飞行汽车在各种不同工况下的应用需求。比如说，在飞行汽车起飞、降落以及空中不同飞行姿态调整时，足够的空气流量和压力能保障其稳定运行。

其次，在噪音方面，它通过对空气流的优化，减少了运行过程中的噪音，这使得飞行汽车无论是在城市低空飞行，还是在相对安静的区域起降，都不会因为噪音过大而造成干扰，为人们营造了更舒适的环境。

再者，在能效方面，借助优化空气流提高冷却效果，使得电动机的运行效率得以提升，有助于延长飞行汽车的续航里程，解决当下飞行汽车发展中续航能力受限的部分难题。

另外，从结构上来说，它将电动机和风扇集成在一起，让整个设备的结构更加紧凑，能够在飞行汽车有限的空间内合理布局，节省出更多空间用于搭载乘客、放置货物或者布置其他关键系统。而且，其结构和设计也让维护工作变得更加简单，降低了维护成本，便于后续的保养和维修。

不过，涵道电机也并非十全十美，它存在着制造成本较高、对材料要求也较高等缺点。但随着科技的不断进步和发展，相信这些问题会逐步得到改善，而涵道电机在飞行汽车等诸多领域的应用也必将更加广泛，为未来的交通出行带来更多的可能性。
二、飞行汽车涵道电机技术的优势



（一）空气流量与压力表现出色

飞行汽车涵道电机技术凭借其独特的涵道设计，在空气流量与压力方面有着出色表现。涵道就像是一个“空气加速器”，通过对空气流动路径的限定和引导，能够使空气更加集中且快速地流动，进而产生更大的空气流量以及更高的压力。

例如在飞行汽车起飞阶段，需要足够强劲的向上推力来克服重力，让车辆顺利升空，这时函道电机所提供的较大空气流量和压力就能发挥关键作用，确保飞行汽车可以快速平稳地起飞。在飞行过程中，当进行姿态调整，比如转向、上升或下降时，相应的动作也都依赖足够的空气动力支持，而该技术所带来的良好空气流量与压力表现，能够精准地满足这些不同飞行场景下的应用需求，保障飞行汽车在空中的稳定运行。
（二）运行噪音大幅降低

涵道电机在降低运行噪音方面有着独特的优势，其原理在于对空气流的优化。正常情况下，电机运转以及空气快速流动时容易产生湍流等不稳定的气流状态，这些往往是噪音产生的源头。而涵道电机的涵道结构可以对空气流进行梳理，让空气更加有序地通过电机和风扇区域，减少了湍流的产生。

打个比方，就好像原本杂乱无章、相互碰撞的人群（空气分子），经过合理的通道引导（涵道）后，变得井然有序地流动，相互之间的“摩擦碰撞”（产生噪音的因素）也就大大减少了。如此一来，飞行汽车在飞行过程中，不管是在城市上空低空飞行，还是在郊外相对安静的区域起降，都不会因为电机运行噪音过大而干扰周围环境，为驾乘人员营造出更为安静舒适的飞行体验。
（三）能效得到显著提高

对于涵道电机而言，它通过优化空气流实现了冷却效果的提升，进而提高电动机的运行效率。在工作时，经过涵道设计优化后的空气流会进入电动机内部，带走电动机运行过程中产生的热量，就如同给电动机安装了一个高效的“散热风扇”。

更好的散热效果意味着电动机能够在更适宜的温度环境下运行，减少了因过热导致的能量损耗以及性能下降等问题。举个例子，如果把电动机比作一个正在跑步的运动员，热量就是他跑步过程中产生的疲惫感，良好的散热能让运动员（电动机）始终保持较好的状态，持续高效地“奔跑”（运转），从而提高整个飞行汽车的能效，有助于延长飞行汽车的续航里程，缓解当下飞行汽车发展中续航能力受限的情况，为其更广泛的应用提供有力支持。
（四）结构紧凑节省空间

涵道电机的一大结构特点就是将电动机和风扇集成一体，这种一体化的设计让整个设备显得十分紧凑。在飞行汽车有限的内部空间里，空间的合理利用至关重要，每一寸空间都需要精打细算。

集成式的涵道电机避免了电动机与风扇分开布置所需要的额外连接结构以及占用的多余空间，使得整个推进系统能够以更小的“体积”来实现相同甚至更好的功能。比如，节省出来的空间可以用来搭载更多的乘客，增加飞行汽车的运力；或者放置货物，提升飞行汽车的运输能力；还可以布置其他如电池、控制系统等关键系统，完善飞行汽车的整体性能，为飞行汽车的多功能化和实用化发展创造了有利条件。
（五）维护工作简单易行

从维护的角度来看，涵道电机的结构和设计为其带来了极大的便利性。由于电动机和风扇集成在一起，其内部结构相对规整，在进行部件检修、更换等维护工作时，工作人员能够更方便地定位和操作。

例如，当某个部件出现故障需要更换时，清晰的结构布局使得维修人员可以快速找到对应的位置，拆卸和安装新部件的过程也更为简便，不需要花费大量时间去梳理复杂的线路和连接关系。而且，这种相对简单的维护方式也降低了维护成本，无论是人力成本还是零部件更换成本都能得到有效的控制，这对于飞行汽车后续的保养和维修来说是非常关键的，有助于保障飞行汽车能够长时间稳定可靠地运行，减少因维护困难导致的使用不便和成本增加等问题。
三、飞行汽车涵道电机技术的应用现状



（一）在部分飞行汽车项目中的实践

在飞行汽车领域的发展进程中，已经有不少项目开始应用函道电机技术，并且展现出了显著的优势，比如小鹏汇天分体式飞行汽车“陆地航母”项目。

在刚刚闭幕的第十五届中国国际航空航天博览会上，小鹏汇天分体式飞行汽车“陆地航母”完成了全球首次公开飞行，成为低空馆内一大亮点，吸引了世界的目光。这一成果离不开其重要战略合作伙伴——西青企业天津市云驱科技有限公司在涵道电机电控系统方面所做的努力。该系统被安装在飞行器左右旋翼主机下方，对于低空载人飞行器而言，安全性能和飞行性能都需要极致的技术保障，而云驱科技的这套涵道电机电控系统就是为了给小鹏飞行汽车的飞行安全“加码”。

小鹏的分体飞行器采用的是分布式电推进系统，云驱科技提供的产品属于辅助电机，它有着独特的性能表现。要知道，市场上相同体积的电机转数一般在3000至5000转，而云驱科技的这套系统的瞬间转数最大能够达到每分钟不低于两万转。更重要的是，在飞行器飞行过程中，一旦主驱电机出现了故障，该涵道电机电控系统能够在三分之一秒内启动，为飞行器提供必要的推力，维持飞行器的平衡状态，使乘客可以在短时间内安全着陆，这无疑大大提升了飞行汽车整体的安全性和可靠性，让人们对飞行汽车的实际应用增添了更多信心。由此可见，函道电机技术在飞行汽车项目中的应用，对于保障飞行安全、优化飞行性能等方面有着不可或缺的重要作用，也为飞行汽车未来进一步走向大众、实现商业化等奠定了良好的基础。
（二）相关企业的布局与合作

随着飞行汽车行业的兴起，越来越多的企业看到了涵道电机技术在其中蕴含的巨大潜力，众多企业开始布局并展开合作，共同推动这项技术的应用与发展。

例如浙江金盾风机股份有限公司（金盾股份，300411.SZ）就积极在这一领域展开探索。早在2018年，金盾股份就与清华大学联手，开始研发飞行汽车配套叶轮项目，为后续深入合作打下了良好的基础。在2024年7月17日晚间，金盾股份公告称，公司近日与清华大学就合作完成飞行汽车涵道风扇与推进系统研发项目达成一致合作，双方签订《技术开发合同书》。该项目由清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室具体承办，合同含税经费总额为3000万元，合作内容包括开展飞行汽车涵道风扇与推进系统关键技术攻关和新型通风/散热等装备开发，完成电动涵道风扇推进系统设计、制造与试验，以及地面测试台架建设等。

以飞行汽车应用为牵引，金盾股份与清华大学开展飞行汽车涵道风扇与推进系统研制与产业化，不仅意在拓展应用于核电、轨道交通、特种车辆、舰船等新能源和运载装备领域，推进汽车、机械制造等传统产业转型升级，提高新能源、高端装备制造等战略性新兴产业的新质生产力水平，更是希望借此抢占飞行汽车等未来产业发展先机，强化攻关能力，带动整个行业的发展。

除此之外，还有像天津市云驱科技有限公司，除了和小鹏汇天在分体式飞行汽车项目上紧密合作外，还长期与亿华通，上海鳃华、康明斯、巴拉德等国内外业内领先企业合作，并与清华大学、河北工业大学、福州大学等一流高校开展科研合作，不断拓展在函道电机技术等方面的应用场景，提升自身的技术实力，共同助力飞行汽车行业蓬勃发展，让函道电机技术能在更多飞行汽车项目中落地开花，为低空经济的发展注入源源不断的动力。
四、飞行汽车涵道电机技术面临的挑战



（一）制造成本方面的难题

飞行汽车涵道电机技术在制造成本方面面临着不小的挑战。首先，从材料角度来看，为了满足飞行汽车对电机高性能、高可靠性以及适应复杂飞行环境等要求，其需要采用特殊的高质量材料。例如，在电机的关键部件上，要使用具备更高耐温极限的绝缘材料，这种材料相比于普通绝缘材料成本要高出许多。同时，为了提升电机的功率密度，需要配备更高磁能密度的永磁材料，而这类永磁材料的获取成本相对昂贵，并且其加工工艺也较为复杂，进一步增加了成本。

再者，在制造工艺方面，函道电机的涵道结构设计与加工精度要求极高。涵道需要有合适的形状、尺寸以及良好的表面质量，以保证空气能够按照理想的路径流动，从而实现提升空气流量、压力以及降低噪音等效果。为达到这样的精度要求，就需要运用先进的加工设备以及精细的制造工艺，这无疑使得制造成本大幅上升。而且，在装配环节，由于其内部结构紧凑，各部件之间的配合紧密，装配过程需要专业的技术人员以及特定的工装夹具来确保装配质量，人力成本和设备投入成本也不容小觑。

较高的制造成本使得飞行汽车配备函道电机后，整体价格居高不下，在一定程度上限制了飞行汽车的推广应用。对于普通消费者而言，较高的售价会降低其购买意愿；对于运营企业来说，高昂的成本也会压缩利润空间，影响其大规模投入使用的决策，进而阻碍了飞行汽车函道电机技术更广泛地走向市场。
（二）对材料要求严格的限制

飞行汽车函道电机技术对材料有着严格要求，这也成为了制约其进一步拓展的关键因素之一。在强度方面，由于飞行汽车在飞行过程中会面临各种复杂的力学环境，比如起飞、降落时的冲击力，飞行中的振动以及不同姿态下的受力变化等，这就要求函道电机所使用的材料具备高强度的特性，像外壳材料需要能够承受较大的压力且不易变形损坏。然而，能够满足这种高强度要求的金属材料往往是一些高性能的合金材料，其生产过程复杂，成本较高，而且市场上的供应量相对有限，获取难度较大。

在耐热性上，电机在工作时会产生热量，特别是在飞行汽车长时间飞行或者高负荷运转的情况下，电机内部温度会迅速升高。为了保证电机能稳定可靠地运行，材料需要有良好的耐热性能，避免因高温导致性能下降甚至损坏。例如，电机的绕组材料就需要能够在高温环境下保持良好的导电性和绝缘性，目前一些耐高温的特种导线材料不仅价格昂贵，还依赖于特定的生产工艺和技术，难以大规模普及应用。

此外，从材料的轻量化角度来看，飞行汽车要实现更好的飞行性能和有效载荷能力，对各个部件的轻量化要求很高。对于函道电机而言，需要使用轻质且高强度的材料来减轻自身重量，但很多轻质材料的成本偏高，并且在加工、成型等工艺环节也存在一定的技术难题，这些都使得符合要求的关键材料成为了限制飞行汽车函道电机技术快速发展的瓶颈所在。
五、飞行汽车涵道电机技术的发展趋势



（一）技术创新方向展望

在飞行汽车涵道电机技术领域，不断涌现出各类创新成果，为其后续发展提供了强劲动力。例如，清华大学特种动力团队提出的风冷热管导叶电机新方案，便是极具代表性的创新成果之一。这一方案基于电机与涵道风扇一体化设计，通过风冷热管导叶的巧妙运用，在额定工况下，电机的功率密度能够达到4.8kW/kg，实现了功率密度的显著提升。

展望未来，在性能优化方面，函道电机技术有着诸多可能的发展路径。首先，在提高功率密度上，或许会探索采用更先进的材料以及优化电机的电磁设计，进一步缩小电机体积的同时增强其功率输出，以满足飞行汽车对于动力越来越高的要求。像研发具备更高磁能积的永磁材料，或是改进电机绕组的绕制方式等，都有望成为实现这一目标的关键举措。

其次，针对降低噪音这一需求，可能会从优化涵道的内部结构入手，通过运用计算流体力学（CFD）等先进技术，对涵道内空气流动进行更精准的模拟和分析，设计出能让空气流更加平稳、有序通过的涵道形状和表面纹理，从而最大限度地减少湍流产生，进一步降低运行时的噪音，为飞行汽车营造更安静的飞行环境。

再者，在提升散热效率方面，有望引入新的散热技术和材料，如高效的热传导材料应用于电机的散热结构中，或者借鉴航空发动机等领域的先进冷却方式，像气膜冷却、微通道冷却等，确保电机在高负荷运转下也能保持良好的散热状态，保障其稳定可靠运行，延长使用寿命，助力飞行汽车实现更高效、更持久的飞行。
（二）产业前景与机遇

随着国家对低空经济重视程度的不断提升，飞行汽车函道电机技术迎来了前所未有的产业前景与发展机遇。国家层面，《国家综合立体交通网规划纲要》将“低空经济”概念写入国家规划，并且划定了合法的低空空域，这为飞行汽车的飞行活动提供了广阔空间，是飞行汽车产业发展的重要基础保障。

与此同时，一系列相关政策陆续出台，形成了强大的政策支持体系。例如2024年3月四部门印发的《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》，明确提出要提升通用航空装备供给能力、产业创新能力等目标，为飞行汽车及其关键技术的发展指明了方向。在地方层面，众多省市也积极响应，像广东、上海、四川、湖南、海南等省市均出台了相应行动方案，从基建、应用场景拓展、产业链培育和项目投资补助等多方面助力低空经济快速发展，这也将直接推动飞行汽车函道电机技术的应用与推广。

从产业应用角度来看，飞行汽车函道电机技术有望在未来实现大规模应用。当前，已经有不少企业在积极布局飞行汽车领域，并且越来越多的飞行汽车项目开始采用函道电机技术，其在提升飞行性能、保障飞行安全等方面的优势逐渐凸显。随着技术的不断成熟和成本的逐步降低，预计会有更多的飞行汽车制造商选择函道电机作为其动力推进系统的关键部件，进而带动整个产业链的发展，形成涵盖研发、生产、销售、售后等环节的完整产业生态。

而且，飞行汽车涵道电机技术的发展还将助力相关产业转型升级。除了飞行汽车本身，该技术在核电、轨道交通、特种车辆、舰船等新能源和运载装备领域也具备一定的应用潜力，有望推动汽车、机械制造等传统产业向高端化、智能化方向迈进，提高新能源、高端装备制造等战略性新兴产业的新质生产力水平，在未来的经济发展格局中占据重要地位，释放出巨大的经济效益和社会效益。

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