面對日益擁擠的城市交通,未來出行的解決之道在哪里?當我們思考這個問題的時候,有人將目光投向腳下的大地,于是我們有了便捷的地鐵網絡;也有人抬頭仰望天空,這時會看到eVTOL正在向我們飛來。
eVTOL是“電動垂直起降飛行器”的簡稱,這是一種以清潔的電能為動力,具有垂直起降功能的中短途飛行器,其概念是在2014年由美國直升機協會和美國航天航空協會提出的。2016年,Uber在此基礎上推出了“Uber Elevate”空中出租車計劃,由此引發了相關行業和玩家濃厚的興趣,漸成了一個新“風口”。近年來,各國政府也紛紛將eVTOL視為未來交通出行的一個新趨勢,將其繪入科技戰略發展的藍圖,這就又為eVTOL的熱度添了一把火。
跨界的eVTOL
之所以大家會普遍看好eVTOL,有一個很直觀的理由,那就是——eVTOL正好處在航空和汽車兩大行業生態系統的交叉點上——因此它也被形象地稱為“飛行汽車”——而在這種“跨界”的位置上是非常容易孵化出“爆款”應用的。比如我們所熟知的智能手機,實際上就是傳統手機和電腦兩個生態相融合的產物。
顯而易見,eVTOL垂直起降、可懸停的特性,是傳承自直升飛機。實際上在20世紀下半葉,伴隨著直升機的發展,人們一直在探索其在城市交通中大規模應用的可能性,不過受制于成本、噪聲、安全性等方面的問題,一直未能如愿。但這一直是傳統航空業心心念的話題。
幸運的是,進入2010年代,隨著電動汽車的發展和商用,人們越發意識到,電動汽車的某些特質和優勢恰好可以補齊傳統直升機的“短板”,定義出一種全新的飛行器。比如,電氣化可以讓飛行器的系統架構更簡單,有利于降低生產和運維的成本;電動汽車與自動駕駛、智能化有天然的親和性,其在舒適性和安全性上的成果,可以很方便地移植到新的飛行器上,用來提升用戶體驗;而且電力驅動的飛行器噪音更低,也更加環保……所有這些優勢與利用低空空域、可垂直起降、適用于小載荷(相對于傳統航空業)與中短途運輸等需求相結合,eVTOL的雛形也就清晰了。
圖1:eVTOL有望成為未來出行的新模式
應對跨界的開發挑戰
不過,任何一次成功“跨界”都不是輕而易舉的。具體到eVTOL,我們會發現由于其同時跨航空和汽車兩個行業,在產品定義和開發過程中,面臨著許多前所未有的挑戰。
首先,作為一款在人口密集的城市上空飛行的航空器,eVTOL在安全性和可靠性上容不得半點馬虎,這方面需要對標傳統的航空級產品,甚至在某些方面的要求更為嚴苛;而另一方面,想要實現規模化的商用,其又必須能夠滿足輕量化、經濟性等要求。顯然,這兩方面的設計需求之間是存在矛盾的。
其次,在人們的腦洞中,eVTOL潛在的應用是極為廣泛的,除了城市交通,在觀光旅游、醫療救助、災害救援等方面都有很大的想象空間,因此隨著需求的快速發展,就要求產品的迭代升級速度比傳統航空器快得多。這就意味著,eVTOL在研發時要充分考慮到可擴展性,這也是eVTOL產品在未來市場競爭中勝出的關鍵。
想要解決上述這些挑戰,就需要在研發eVTOL產品和方案的同時,構建起一個不同于傳統航空和汽車行業的全新的開發生態。
具體到元器件的選型上,為了滿足敏捷設計的要求,在盡可能短的時間內完成設計迭代,eVTOL的開發者與傳統航空業的開發者相比,更愿意選用現成的商用物料,而不是專門的定制化產品和方案。也就是說,eVTOL產品在確保安全性、耐用性和可靠性,并實現尺寸、重量上優化的同時,會更注重標準化,以滿足快速擴展和經濟性的要求。
實際上,類似策略的成功已經在電動汽車身上得到了驗證。眾所周知,經過上百年的發展,傳統內燃機汽車的核心技術大都集中在幾個頭部車企的手中,后來者幾乎不可能撼動他們的地位;而在新興的電動汽車領域,關鍵部件如電機、電控和電池,其市場化程度較高,標準的商用物料“有錢就能買到”,這就給了特斯拉這種跨界進入的“門外漢”機會,使其成為攪動市場的“鯰魚”,同時也為整個電動汽車行業的發展帶來了活力。eVTOL的一只腳既然是從電動汽車行業跨界而來的,這樣的成功經驗顯然也會順手“拿來”。
當然,能“上天”的和能“上車”的元器件相比,肯定還是有其特殊之處的。這就使得eVTOL開發者在選擇合作的元器件供應商時有更特殊的要求。
“
一方面,eVTOL的元器件供應商要同時具有服務航空航天和汽車行業的經驗為佳,這樣才有能力為eVTOL的跨界創新提供有價值的專業服務,而不局限于傳統的航空航天產品的范疇。
另一方面,該元器件供應商要能夠提供豐富的標準化商用產品組合,從中可以快速遴選出適用于eVTOL的產品,或者稍作優化即可滿足eVTOL特殊的要求,在不影響可靠性、安全性的前提下加快開發周期,節省綜合成本。
”
TE Connectivity(以下簡稱TE)就是這樣的元器件供應商!憑借在航空和汽車領域跨行業的專業經驗,以及廣泛的產品線,TE可以為eVTOL提供全面的元器件解決方案,涵蓋發電和配電、飛控和導航、信息娛樂和機艙內部設施,以及結構與互連等各個方面。
圖2:TE提供全面的eVTOL解決方案
(圖源:TE Connectivity)
下文中,我們將重點介紹幾款TE的互連解決方案,帶大家一起直觀體驗TE是如何助力eVTOL“玩跨界”的。
TE的“跨界”eVTOL互連方案
在eVTOL產品的設計中,互連技術是將各個組件連接和整合為一個完整系統的關鍵一環。根據上文所描述的eVTOL典型應用場景,我們不難看出,適用于“跨界”的eVTOL的互連產品和方案,也需要具備“跨界”的特質。
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一方面,這些互連產品和方案需要滿足航空器在安全性、可靠性、電磁兼容等方面嚴苛的要求;
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另一方面,在經濟性、易用性、可擴展性上,它們也必須經得住規模化商用的考驗。
能夠同時滿足這兩方面要求的互連產品和方案,在市場上并不是可以“信手拈來”的。不過好消息是,TE已經為你準備好了!
在連接器方面,TE針對航空和航天領域的高安全、高可靠型產品,就非常適合于eVTOL的應用。比如TE的Deutsch 369連接器,其基于Deutsch ARINC 809/EN4165接口設計,可配置為3、6和9線制,采用航空和航天行業要求的低煙、低毒、低易燃性的輕質、高性能復合材料制成,符合IP67防護標準,是一種結構緊湊、可靠性極高的信號連接解決方案。
圖3:TE的Deutsch 369連接器
(圖源:TE Connectivity)
在Deutsch 369連接器標準產品基礎上,TE進一步推出了Deutsch 369屏蔽式連接器(可與其他369產品兼容互插配),設計用于需要防護周圍EMI噪聲的惡劣環境,可耐受3.6kA間接雷擊,低頻時屏蔽效果>60dB,高頻時屏蔽效果>40dB,可支持高達100Mbs的數據傳輸速度,符合MIL-DTL-38999性能等級要求。這些特性與eVTOL的設計需求是非常匹配的。
而且,Deutsch 369屏蔽式連接器采用推拉式插配,無需緊固件,并可正向盲插,有鎖定咔噠聲,且采用防斜插接口設計以防止接點損壞,因此特別適用于盲配和可視性較低的裝配場合。這些易用性上的優化設計,十分有利于降低維護成本,也是eVTOL設計所看重的重要特性。
圖4:TE的369屏蔽式矩形連接器
(圖源:TE Connectivity)
線纜
除了連接器,線纜也是eVTOL互連方案中不可或缺的組成部分。
如上文所述,為了獲得擴展性和經濟性等優勢,eVTOL的開發者傾向于選用現成的商用產品,而不是定制解決方案。這也就意味著,一些大眾市場的主流技術和標準,也會被應用到eVTOL中。比如在信息娛樂和機艙內部設施的高速數據互連通信中,USB就是一個必然的技術選項。
不過,普通的USB互連產品顯然無法滿足eVTOL特殊的設計要求,這就需要可靠性更高的產品來補位。TE的Raychem USB 3.1電纜就是為此而打造的產品。
Raychem USB 3.1電纜支持的帶寬是USB 3.0的兩倍,數據傳輸速度達到了10 Gb/s,同時支持USB 2.0傳統應用,能夠滿足機上娛樂(IFE)等應用日益增長的數據吞吐量的需求。該電纜具有-65°C至200°C很寬的溫度范圍、2000psi的護套抗拉強度,以及符合可燃性標準等特性,可應對惡劣環境的挑戰,提供足夠的可靠性和安全性保障。
此外,與市場上的行業標準膠帶纏繞結構相比,Raychem USB 3.1電纜結構支持擠壓組件和護套的使用,令端接大為簡化,這也是eVTOL所需的一個優勢特性。
圖5:Raychem USB 3.1電纜
(圖源:TE Connectivity)
線纜管理
有經驗的工程師都知道,在互連方案的設計時,除了連接器和線纜的選型,線纜管理也十分重要,它可以讓系統中的布線更為整潔有序,降低后期維護維修的成本。這一點在空間受限的eVTOL中顯得尤為重要。
TE的EM70x復合P型夾就是一種適用于eVTOL的輕便、快速并且高效的線纜管理解決方案。具體來講它有三個優勢:
快速
快速鎖定功能讓操作員能夠根據需要快速打開和關閉夾具;使用無硬件鎖定機制,將FOD(異物碎片)進入的風險降至盡可能低。
靈活
獨立的安裝和夾緊功能,可實現靈活和模塊化的裝配過程;精心研制的PEEK(聚醚醚酮)材料,在保持強度的同時實現了輕質化;有多種尺寸可供選擇(如03、05、07、09、11、13、15、17、19和21),滿足廣泛的應用需求。
易用
無工具鎖定和解鎖功能,實現了快捷的線束安裝和維修;符合人體工學的設計,讓操作員使用起來更舒適,從而縮短裝配操作的時間,提高工作效率。
EM70x復合P型夾可在-65°C至85°C的溫度范圍內工作,在商業航空、軍用航空航天、軍用車輛、船舶、工業車輛、鐵路和汽車等領域已經有很多成功的用例,在eVTOL中應用自然也會游刃有余。
圖6:EM70x復合P型夾
(圖源:TE Connectivity)
本文小結
根據摩根·斯坦利的研究報告中,2020年全球城市空中交通(UAM)市場規模為80億美元,預計到2050年,這個領域潛在的市場規模將達到9萬億美元。這意味著eVTOL面對著一個巨大的市場發展空間。
圖7:全球城市空中交通潛在市場規模
(資料來源:Morgan Stanley)
而置身其中的玩家在這個新興市場中是否具有強大的競爭力,關鍵就是要看其是否有出色的“跨界”能力,能夠充分利用航空和汽車行業的成功經驗和優勢資源,快速構建起支撐eVTOL的開發生態系統,打造出滿足市場所需的過硬產品。
在這個過程中,同樣具有跨行業服務能力的元器件供應商(如TE),以及他們所提供的具有“跨界”特質的產品和方案(如本文介紹的TE互連解決方案),無疑將成為強力的助推器,助力eVTOL一飛沖天!
TE相關技術資源
Deutsch 369屏蔽式矩形連接器,了解詳情>>
Raychem USB 3.1電纜,了解詳情>>
EM70x復合P型夾,了解詳情>>
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