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低空经济 (五)空中大脑:飞控系统_安博娱乐体育电竞登陆官网
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低空经济 (五)空中大脑:飞控系统
时间 :2025-01-04 17:27:36     安博作者: 安博体育

  低空经济产业的发展正在加速,飞控系统作为eVTOL(电动垂直起降飞行器)的核心组件,受益于下游整机需求的推动,市场规模预计将持续增长。2023年,全球eVTOL飞控市场规模为45亿美元,占整个无人机(含eVTOL)市场的14%。

  预计到2030年,全球eVTOL飞控市场规模将增至130亿美元,年复合增长率(CAGR)约为16.4%,意味着未来7年内,eVTOL飞控市场将迎来爆发性增长。eVTOL的制造成本主要由推进系统、航电与飞控系统、结构与内饰、能源系统和组装构成。其中,推进系统成本占比最大(40%),而航电与飞控系统占比为20%。这在某种程度上预示着,随着eVTOL的规模化量产,飞控系统的市场价值将同步提升。

  随着eVTOL逐步进入量产阶段,飞控系统的高的附加价值特性将推动行业进一步扩张。根据Rolls Royce和Roland Berger的预测,2030年全球载人eVTOL保有量将达到7000架,2040年增至4.7万辆,2050年达到16.1万辆。亚太地区到2050年将占全球eVTOL市场的51%,成为主要推动力量。

  目前市场上以霍尼韦尔、泰雷兹等国际巨头为主导的飞控系统供应商占据较大份额,但由于出口管制和技术壁垒,国内厂商有望实现国产替代。

  飞控系统(Flight Control System,FCS)是eVTOL飞行器中最关键的组成部分,不仅保障飞行安全,还具有高技术上的含金量,承担航迹控制、姿态控制、飞行增稳等核心功能。其主要职责包括:

  飞行增稳:经过控制舵面等装置,保证飞行器在恶劣天气或高速飞行中的稳定性。

  飞控系统不仅集成了无人驾驶仪,还具备自动领航、自动着陆、地形跟随等功能。它帮助飞行员完成高精度操控,必要时可替代飞行员进行部分或全部飞行控制,特别是在复杂气动条件下。

  现代eVTOL飞行器中广泛采用电传操纵技术,使用电子信号替代传统物理运动,极大提升操控精度和实时性。与机械操纵相比,电传操纵具有以下优势:

  减轻重量和节约空间:电子传输系统无需复杂机械结构,降低了飞行器重量和空间占用。

  电传操纵技术解决了飞行器大型化、复杂化后的操控难题,也是推动eVTOL发展的重要技术之一。

  飞控系统要求极高的可靠性,尤其是载人eVTOL飞行器,必须在任何情况下都能安全运作。因此,飞控系统普遍采用多余度技术,在系统内设计多套冗余组件。当某个子系统出现故障时,冗余组件能马上接管,避免飞行失控。

  冗余设计:例如,在飞控计算机、传感器和作动器等核心部件中,通常会设置多个备份系统,这些冗余系统通过“投票机制”确保信号准确和系统正常运转。

  异构多余度:为进一步提升系统可靠性,一些飞控系统采用异构冗余设计,即不同硬件平台或软件架构的冗余系统共同工作,以防单一类型故障导致系统失效。

  飞控系统的另一个技术壁垒是适航要求。作为新型飞行器,载人eVTOL一定要满足民航飞机的安全标准,特别是在适航审定中,对不同故障模式下的安全性能有严格要求。

  根据《运输类飞机适航标准》(第25.1309条),飞控系统必须确保灾难性事故的发生概率低于每飞行小时10^-9。这要求飞控系统在开发阶段通过严格的安全性评估和多次冗余测试,确保在极端故障情况下仍能保证飞行安全。

  飞控系统的控制算法很复杂,需实时处理飞行器的状态数据(如姿态、角速度、加速度等),并根据飞行环境(如气流变化、地形等)进行精确调整。同时,该系统还与推进系统、导航系统等其他系统有大量数据交联,以确保飞行器的整体协调运作。

  飞行包线保护:这是飞控系统中的重要功能,用于限制飞行器的速度、过载和姿态,防止其超出安全飞行范围。通过这一保护,飞行员可以在不损坏飞行器的前提下最大限度地操控。

  eVTOL的飞行状态复杂,既有垂直起降的旋翼飞行模式,也有前飞的固定翼飞行模式。飞控系统一定要能在这些模式间顺畅切换,并经过控制作动器和旋翼实现稳定飞行。这要求飞控系统具备高度协调的感知、计算和执行能力。

  飞控计算机是总系统的核心,负责控制律计算和指令传输。由于飞控系统要高冗余度设计,飞控计算机内部一般会用模块化设计,分为多个子模块(如电源模块、CPU模块、I/O模块等),以便在硬件上实现冗余配置,并提高系统的扩展性和可靠性。

  简化飞行操纵(SVO):SVO是未来eVTOL发展的重要趋势之一。通过飞控软件代替飞行员执行部分操作,可以大幅度降低飞行员的工作负担,提高飞行安全性。尤其是在eVTOL旋翼与固定翼状态的切换中,飞控系统发挥至关重要的作用,这也代表着SVO趋势下,飞控系统的价值量将显著提升。

  自主飞行的终极目标:随技术的不断进化,eVTOL飞控系统的最终目标是实现完全自主飞行。自主飞行系统将通过飞行管理系统(FMS)与飞行控制管理系统(FCS)的深度整合,支持从自动飞行向自主飞行的演进。这将彻底改变现有的空中出行模式,推动飞控技术的智能化与自动化升级。

  狮尾智能:核心团队由航空航天专家组成,具备高安全等级飞控系统研发能力,已完成新一代三余度双通道飞控计算机技术攻关。

  边界智控:参与C919大飞机飞控系统研发,具备民航飞控系统开发经验,已成功开发高安全等级飞控系统。

  昂际航电:由中国航空工业集团与GE共同成立,专注于航电系统和飞控系统的研发,推动eVTOL飞控系统国产化。

  中航618所(西安飞行自动控制研究所):中国航空工业集团核心研发机构,承担了C919部分飞控系统研发任务,未来将在eVTOL领域推动国产飞控系统的发展。