东安动力前不久宣布,他们的高功率转子发动机R05E样机成功实现了点火。虽说这不是国内最早的转子发动机(一汽在1960年3月份就曾成功试制,后来天津动力机厂、北京汽车制造厂、上海汽车拖拉机研究所、金华修理厂等国内企业也曾尝试过应用),但从实用角度来看,东安动力这套机器可能更接近大规模商用化。
东安动力对R05E的前景还是比较看好的:在产品路径上,R05E将作为起点,逐步拓展至中高空无人机动力市场,支持独立或随机适航认证。产品排量覆盖0.5L至1.5L(通过多串联转子实现),功率范围达50kW到150kW,后续还会有增压版本出现。

可以说,东安动力对R05E及其衍生项目的规划很是“立体”;同时,这也引出了一个问题:转子发动机适合搭配低空经济吗?
不给直驱都好说
在讨论转子发动机“上机”之前,我们需要先看看它的动力特性:由于工作原理的不同,转子发动机天生要更侧重于高转速段的功率表现,扭矩输出能力并不出彩——它的燃气在做功阶段刚开始时只有很短的力臂,因此难以有效转化能量。
同理可以想见,转子发动机的高效运转区间一般也不太可能是低转段——此时它连有效的能量/功率输出都做不好,更不用提再加上负载、起降时的情况了。但是,转子发动机的功率密度、紧凑性和运转平顺性对于航空器而言诱惑又太大。最终,我们看到的结果就是让它充当增程器的路线。

比较有意思的是,东安动力的一个战略合作伙伴正是小鹏汇天,后者的产品路线图在2027年前后正好对动力系统有批量需求;而在这次R05E的消息发布时,双方的合作关系又被专门提及了一次——不难想象,东安动力这次的转子发动机并非先射箭才画靶子。

多说一句,【利用转子发动机来做增程器、驱动旋翼的任务由电机承担】的思路,在乘用车领域也已经有过尝试了——马自达在北美市场销售的转子增程车MX-30 R-EV也是如此。
那如果不喜欢转子发动机,活塞式内燃机在私人级别的VTOL飞行器上还有用武之地吗?理论上来说,这是可行的,但在运转平顺性、重量取舍、尺寸削减等重重优化之后,这类发动机/增程器未必就能和汽车通用了。
非要直驱怎么办?
前面提到,由于扭矩输出水平偏低、低转性能不理想,转子发动机并不适合做私人VTOL飞行器的直接动力源。那么,除了电动机之外,还有什么比较合适的动力源来直驱旋翼?

一个比较务实的想法是涡轴发动机:从提供升力这一点来说,直升机和VTOL在工作原理上没什么本质性的差别,所以直升机广泛使用的涡轴发动机VTOL也能用,只是传动系可能不太好设计——VTOL还要考虑旋翼的翻转,想兼顾高传动效率、低重量和足够少的空间占用,应该不能算太容易——除非你给每个桨都配置独立动力,但这重量好像更得不偿失……

事实上,涡桨发动机正是前人们在VTOL类飞行器上尝试最多的动力源。上图中皮亚塞基飞机公司为美国陆军开发的VZ-8P“空中吉普”就是一个经典案例——从里面上来说,它和我们现在提的“飞行汽车”亲缘关系要更近。
还有类似方案吗?

视野回到当代,提到和小鹏汇天类似的eVTOL,你可能会第一时间想起通用提过的方案:在2021年的CES展会上,为了给那时的奥特能电池体系添彩,通用搞过这么一个设计理念,同样强调高度的自动化水平;同时,它在设计上也有地面车辆承担转运任务,总体来说更加偏向于出租车化:

另外,贝尔公司也曾经提出过一个名为HSVTOL的概念方案(见上图),其设想中的“最终形态”也许也可以算某种奇怪的混合动力:在这个设想中,它的发动机可以在涡轴(动力大头从轴输出)和涡扇(主要靠反推)两种模式之间切换,涡轴模式负责水平或短距起降,而涡扇模式(更接近常见的喷气机)则负责高速巡航,以实现741kph的巡航速度——这在传统的VTOL类飞行器上是难以想象的高速。
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