多旋翼型eVTOL飞行器飞行性能简析

 

 

 

 

 

 

运用直升机旋翼空气动力学和飞机空气动力学基础知识，以典型的多旋翼型 eVTOL —— Volocopter VoloCity 为例，能够简要地估算此种类型 eVTOL 飞行器的飞行性能：

 

 

 

 

 

Volocopter VoloCity 网址：https://evtol.news/volocopter-volocity/

 

 

 

Volocopter VoloCity 性能表

 

 

 

垂直飞行性能：

 

Volocopter VoloCity 起飞重量 900 千克，电动旋翼 18 个，单旋翼直径 2.3 米，单个桨盘面积 4.15 平方米，总桨盘面积 74.8 平方米，桨盘载荷 12 千克/平方米。

 

 

 

 

Volocopter VoloCity 桨盘载荷和功率载荷

 

 

 

Volocopter VoloCity 桨盘载荷比直升机的小，功率载荷要比直升机的高，可以达到 8 千克/千瓦。

 

垂直起降时，满额功率等于起飞重量/功率载荷，为 112.5 千瓦。单个电动旋翼功率为 6.25 千瓦。

 

若设定，垂直起飞或垂直降落时间分别为 2 分钟，为保证垂直起飞和垂直降落，电池需要提供 7.5 千瓦时的起降电量。起降电量能够设置为应急门限，起飞时低于应急门限不允许起飞，飞行时低于应急门限告警迫降。

 

前向飞行性能：

 

Volocopter VoloCity 以满额功率 112.5 千瓦推进，最大速度为 110 千米/小时，推力为 3.68 千牛，升阻比为 2.4 ，桨盘前倾角约为 23 度。

 

 

 

Volocopter VoloCity 巡航速度 90 千米/小时，航行范围 35 ~ 65 千米。若假设，以最大速度航行往返最大航程 70 千米所需的航行电量，等于以巡航速度航行往返最大航程 130 千米所需的航行电量，并且等于总航行电量。

 

 

 

那么，航行电量为 71.6 千瓦，巡航功率为 103.4 千瓦，巡航推力为 4.14 千牛，巡航升阻比为 2.13 ，桨盘前倾角约为 25 度。最大续航时间为 1.44 小时，最大航程为 130 千米。

 

整机性能：

 

Volocopter VoloCity 电池最小电量必须大于等于航行电量加上起降电量，为 79.1 千瓦时。若设定，电池容量密度为 0.18 千瓦时/千克，电池总重量为 440 千克。

 

Volocopter VoloCity 要求仅有 12 个电动旋翼工作仍能保证安全飞行，实际上是加大了桨盘载荷为 18 千克/平方米，减小了功率载荷为 6.53 千克/千瓦，单个电动旋翼功率为 11.5 千瓦。能够同时满足垂直起降时，功率为 6.25 千瓦的要求。

 

若设定，电机功率重量比为 2 千瓦/千克，旋翼电机重量为 5.75 千克，直径 2.3 米的单个旋翼重量为 4.25 千克，单个电动旋翼重量为 10 千克，18 个电动旋翼总重量为 180 千克。

 

Volocopter VoloCity 空载重量 700 千克，减去电池重量和电动旋翼重量，机体重量为 80 千克。

 

Volocopter VoloCity 有效载荷 200 千克，起飞重量 900 千克，有效载荷率为 0.22 。