【低空】低空經濟專題:寧波材料所碳纖維團隊分享碳纖維在電動飛機中應用發展趨勢
2024年4月22日,致力于推進垂直飛行的全球領先的非營利組織垂直飛行協會發布了最新版《世界垂直起降飛機目錄》,其中電動飛機eVTOL的概念數量已經突破1000個,并由430多名設計師設計。在2014年舉辦了全球首次eVTOL研討會時,當時已知的eVTOL項目數量僅約為六個,2018年7月為100個,2019年9月達到200個,2021年1月達到400個,2022年1月超過600個,2023年4月達到800個,今年4月增加了第1000架作品,Doroni Aerospace H1-X雙座個人eVTOL飛機。
從歷史上看,研制一架新飛機需要7到9年的時間,而在電動飛機eVTOL領域國內外參與者都試圖將其研制周期縮短,這也伴隨著大量的資金投入,根據美國宇航局NASA的一份統計數據,電動飛機從概念設計到完成產品開發認證投入高達10億美元,因此全球電動飛機參與商均經歷了多輪且大量的融資,并且帶動了包括歐美民航、美空軍、歐美車企、碳纖維復合材料供應商等在內的眾多行業領域的合作發展。
近年來我國在低空經濟領域出臺了若干政策,截至2024年初,全國已有二十多個省(自治區、直轄市)將低空經濟有關內容寫入地方2024 年《政府工作報告》,而根據一項統計顯示,截至2023年,亞太地區共有17家電動飛機eVTOL原始設備制造商(OEM),其中中國多達10家。
出于安全性、能源效率等多方面因素考慮,電動飛機eVTOL迫切需要輕量化和新穎的設計理念,例如碳纖維單體機身等。碳纖維復合材料在電動飛機eVTOL中的代表性應用包括:
- 1)主結構:包括機身、機翼、旋翼外殼、起落架,以及各種控制結構如襟翼、方向舵、升降舵和副翼等
- 2)推進系統:包括旋翼葉片、螺旋槳和短艙
- 3)內部結構:包括墻隔板、座椅靠背、儲物箱、地板以及門和天花板蓋
- 4)面板、蓋板和通信應用:包括檢修門、貨箱、天線和天線蓋板
- 5)動力系統:電池架和電池盒
根據統計顯示,目前國外電動飛機的結構材料中均大量使用了碳纖維復合材料,而且以日本東麗、美國Hexcel和比利時Solvay公司已定型的航空級碳纖維復合材料產品為主,由于這些材料已經通過了航空材料認證,因此可以避免電動飛機應用中對材料的再度長周期材料認定。
目前電動飛機中使用的碳纖維復合材料仍然以碳纖維熱固性復合材料為主,有些公司產品如Joby電動飛機使用了成本較高的傳統高壓釜工藝,但是隨著后續電動飛機生產率提高以及預計2040年后大規模生產時,將會大量使用碳纖維熱塑性復合材料。










































