中程电动飞机,连接世界各地

作者:《ANSYS Dimensions》员工

20世纪30年代,装有喷气式发动机的飞机飞上天空,从此开启了喷气式飞机时代。这些发动机依靠碳氢燃料燃烧产生的推力来平稳地运载乘客。在该领域经过80多年的持续创新后,magniX正在酝酿一场行业变革,通过研发飞机电力推进系统,开创新的航空时代。该系统可使飞机搭载多达20名乘客(或乘客加货物),最远可飞行650英里且无尾气排放。这将为清洁、廉价、中等里程的商用客运及货运飞机创造新市场机会。近日,《Dimensions》与magniX公司首席执行官Roei Ganzarski进行了对话,了解magniX如何解决电动飞机的挑战,同时重新定义“连接”的概念。

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The magni500 motor provides 560 kW of power output and 2,814 Nm torque at 1,900 rpm.

Dimensions:magniX的主要目标是什么?

Roei Ganzarski:我们的目标是通过清洁、低成本的电动航空连接各个社区,促进繁荣。为了实现这一目标,我们正在为商用航空研发创新性的电力推进解决方案。

D:鉴于现在“连通”更多地与无线通信技术相关,连通社区这一概念十分有趣。航空业扮演什么样的角色呢?

RG: :显然,大型航空公司已将所有大城市连接起来。但当您看到那些子社区(中小型城市、乡镇、农村地区)很少有低成本、高效的航空或铁路连接(尤其在美国),因为这些连接缺乏经济型。所以,如果有人想乘坐飞机,他们可能需要开车数小时,才能到达机场。这限制了人口和货物的流动,进而限制了经济发展和繁荣。

电动航空将为中小型城市提供清洁、廉价的交通方式,这意味着,现在您可以重新定义“郊区”为40分钟航程而非40分钟车程的城镇。瞬间,小城镇的小型企业可以将他们的产品出口到其它更大的城市,并不断发展壮大。企业规模不断扩大,雇员增多,经济变得更加景气和繁荣。这就是magniX的意义所在。

A magniX engineer performs electric propulsion testing.
magniX工程师进行电动推进测试。
D:电气化已被广泛应用到汽车及工业领域,但我们还没听说过飞机的电力推进系统。是什么驱使你们决定将电气化应用到航空航天行业呢?

RG: 我们选择将重点放在商用航空,因为商用航空可以带来巨大发展。对于不足50英里的路程,我们有许多交通选择,比如汽车、公交车和地铁等。虽然这些交通方式并非是最高效或最清洁的,但它们可以提供所需的服务。而对于超过1,000英里的路程,当前的航空业可提供高效且价格合理的解决方案。

但对于距离在50英里到1,000英里之间的路程,目前并没有既清洁又经济实惠的两全解决方案。在很多情况下,驾车数小时是唯一可用的交通方式,话虽如此,但机场基础设施特别是在美国这类地方已经非常发达。因此,电动航空解决方案可以增强连通性,同时并不需要大量的基础设施投入,例如,高速铁路需要铺设绵长的铁轨。

即使采用今天的电池技术,我们也可以做一些短途飞行,改装后的飞机可飞行100英里,电力推进系统设计的飞机可飞行650英里。但长远来看,2018年全球5%的航班飞行距离小于100英里,45%的航班飞行距离小于500英里。这些数据还不包括货运航班,因此很显然,这些距离的飞行拥有市场。那为什么不采用电动技术?为什么不使用清洁航空,并降低全球航空4%的排放量(在美国可降低12%)?

航空电机的关键要素是重量、功率、效率及可靠性。

A magniX electric motor on a Cessna “iron bird” test rig.

Cessna“iron bird”试验台上的magniX电动机。

Roei Ganzarski

Roei Ganzarski
MAGNIX首席执行官
D:在为航空航天应用研发电力推进系统中,你们遇到的最大的工程挑战是什么?

RG: 航空电机的关键要素是重量、功率、效率及可靠性。我们已经能够研发出功率更大、重量更轻的电机,实现航空业所期待的可靠性和冗余度。此外,这种电机以极低的速度旋转,低转速十分重要。例如,传统中等里程飞机的螺旋桨转速约为1,900转/分钟,而其涡轮机或活塞发动机的转速是它们的数倍。因此,需要在这些元件之间安装一个重型变速箱来使两个速度相匹配。而我们不需要重型变速箱,我们的电机转速为1,900转/分钟,螺旋桨转速相同,所产生的功率与传统内燃机相同。这意味着我们可以直接将螺旋桨与发动机连接,从而避免变速箱所带来的重量和维护需求。

D:工程仿真在这项创新中起了什么作用?

RG:仿真是我们在magniX进行研发的关键。我们正在做一件开拓性的事,我们无法从过往文献中寻找或到其他公司参考学习,然后说“嘿,让我看看你们的成果,我也计划做同样的事。”

因此,现在有两种方法来应对这一挑战。我们可以用过去的方式制造电机,对其进行试验和学习,也可以利用超前的仿真技术,用制造界的老话来说,就是在要“变成金属”之前对不同的想法进行试验。

仿真技术让我们能在多物理场环境中对不同想法进行尝试,从流体动力学到应力、结构属性到电磁学,以考虑电机在工作时同时产生的所有力。在实际进行硬件制造前,我们可在计算机上用虚拟仿真的方式完成,仿真技术有助于加快我们上市的进程。如果我们必须构建每个电机设计,再对其进行测试,那么这一过程的地面测试可能就要花费数年,更别说在空中测试了。当您像我们一样在进行行业变革时,时间显得尤为重要。

D:是什么让你们选择ANSYS仿真解决方案?

RG: 当我们在各地考察时,注意到其他很多航空公司都在使用ANSYS仿真技术。因此我们认为该工具一定是经过行业验证,并且已在航空航天领域广泛成功应用。

由于航空航天行业具有较高的安全标准,所以也就必须拥有监管机构批准的仿真标准。我们必须通过FAA、EASA、加拿大交通部及世界上其他监管机构所设定的每一项测试,我们期待以出色的成绩通过每一项测试。通过将ANSYS嵌入式软件研发工具用于我们的电机控制代码,我们对认证工作得到简化,从而更快地投入市场。

我们必须有信心让合作伙伴、供应商、客户以及监管机构看到我们的数据,然后说:“我们了解仿真模型,知道仿真模型所展现的情况与现实发生的情况极其接近,我们接受仿真生成的结果。”全球仅有少量几家公司拥有这种高标准的仿真和建模水平,ANSYS是我们极佳的选择。

magnix team

D:通过运用仿真技术如何让magniX受益?

RG:我们从ANSYS解决方案中收获的最大价值就是时间与金钱。使用ANSYS仿真技术,最重要的是让我们以后不再有花费更多资金和时间成本的顾虑。仿真会提前告诉我们,“这是行不通的,或者这不会带来您想要的结果。”

正如我们通过电气化来改变这个80多年一成不变的行业一样,如果您正在引领一场变革,就必须率先进入市场,做出真正的改变并领导行业前行。而ANSYS能够帮助我们率先进入市场。

D:是什么让magniX与众不同?

RG: 这一切都要归功于我们的团队。我们不希望他们做出所谓的跳出思维框架,因为他们根本不应该只看到框架。所以当用这种态度来面对电动商用航空所面临的挑战时,他们会说,“好吧,我们需要做什么才能克服这些挑战?”而不是通过传统的方法,看看我们现在有哪些技术,并确定我们可以做什么来逐渐改进这些技术。这种方法截然不同。作为一家致力于商用电动航空的小公司,我们可以允许自己走这条与众不同的道路,并快速实现目标。我们的团队带着同样的理想、专注以及对现状的质疑,他们在二三十年代推动了航空业的发展,也曾在这条路上迷失方向。

正如我所言,magniX的目标不是电机本身。相反,magniX专注于如何用电机通过清洁、低成本的航空将各个社区连接起来,因为如果实现这一目标,将为人类与货运打开一扇前所未有的大门⸺这才是真正的终极格局。

MAGNIX简介

A magniDrive, which controls the company's motors.

用于控制公司电机的magniDrive。

员工人数: 60
总部: 华盛顿州雷德蒙德

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