互连技术如何与eVTOL飞行汽车一起“玩跨界 ”?
【导读】面对日益拥挤的城市交通,未来出行的解决之道在哪里?当我们思考这个问题的时候,有人将目光投向脚下的大地,于是我们有了便捷的地铁网络;也有人抬头仰望天空,这时会看到eVTOL正在向我们飞来。
eVTOL是“电动垂直起降飞行器”的简称,这是一种以清洁的电能为动力,具有垂直起降功能的中短途飞行器,其概念是在2014年由美国直升机协会和美国航天航空协会提出的。2016年,Uber在此基础上推出了“Uber Elevate”空中出租车计划,由此引发了相关行业和玩家浓厚的兴趣,渐成了一个新“风口”。近年来,各国政府也纷纷将eVTOL视为未来交通出行的一个新趋势,将其绘入科技战略发展的蓝图,这就又为eVTOL的热度添了一把火。
跨界的eVTOL
之所以大家会普遍看好eVTOL,有一个很直观的理由,那就是——eVTOL正好处在航空和汽车两大行业生态系统的交叉点上——因此它也被形象地称为“飞行汽车”——而在这种“跨界”的位置上是非常容易孵化出“爆款”应用的。比如我们所熟知的智能手机,实际上就是传统手机和电脑两个生态相融合的产物。
显而易见,eVTOL垂直起降、可悬停的特性,是传承自直升飞机。实际上在20世纪下半叶,伴随着直升机的发展,人们一直在探索其在城市交通中大规模应用的可能性,不过受制于成本、噪声、安全性等方面的问题,一直未能如愿。但这一直是传统航空业心心念的话题。
幸运的是,进入2010年代,随着电动汽车的发展和商用,人们越发意识到,电动汽车的某些特质和优势恰好可以补齐传统直升机的“短板”,定义出一种全新的飞行器。比如,电气化可以让飞行器的系统架构更简单,有利于降低生产和运维的成本;电动汽车与自动驾驶、智能化有天然的亲和性,其在舒适性和安全性上的成果,可以很方便地移植到新的飞行器上,用来提升用户体验;而且电力驱动的飞行器噪音更低,也更加环保……所有这些优势与利用低空空域、可垂直起降、适用于小载荷(相对于传统航空业)与中短途运输等需求相结合,eVTOL的雏形也就清晰了。
图1:eVTOL有望成为未来出行的新模式
(图源:TE Connectivity)
应对跨界的开发挑战
不过,任何一次成功“跨界”都不是轻而易举的。具体到eVTOL,我们会发现由于其同时跨航空和汽车两个行业,在产品定义和开发过程中,面临着许多前所未有的挑战。
首先,作为一款在人口密集的城市上空飞行的航空器,eVTOL在安全性和可靠性上容不得半点马虎,这方面需要对标传统的航空级产品,甚至在某些方面的要求更为严苛;而另一方面,想要实现规模化的商用,其又必须能够满足轻量化、经济性等要求。显然,这两方面的设计需求之间是存在矛盾的。
其次,在人们的脑洞中,eVTOL潜在的应用是极为广泛的,除了城市交通,在观光旅游、医疗救助、灾害救援等方面都有很大的想象空间,因此随着需求的快速发展,就要求产品的迭代升级速度比传统航空器快得多。这就意味着,eVTOL在研发时要充分考虑到可扩展性,这也是eVTOL产品在未来市场竞争中胜出的关键。
想要解决上述这些挑战,就需要在研发eVTOL产品和方案的同时,构建起一个不同于传统航空和汽车行业的全新的开发生态。
具体到元器件的选型上,为了满足敏捷设计的要求,在尽可能短的时间内完成设计迭代,eVTOL的开发者与传统航空业的开发者相比,更愿意选用现成的商用物料,而不是专门的定制化产品和方案。也就是说,eVTOL产品在确保安全性、耐用性和可靠性,并实现尺寸、重量上优化的同时,会更注重标准化,以满足快速扩展和经济性的要求。
实际上,类似策略的成功已经在电动汽车身上得到了验证。众所周知,经过上百年的发展,传统内燃机汽车的核心技术大都集中在几个头部车企的手中,后来者几乎不可能撼动他们的地位;而在新兴的电动汽车领域,关键部件如电机、电控和电池,其市场化程度较高,标准的商用物料“有钱就能买到”,这就给了特斯拉这种跨界进入的“门外汉”机会,使其成为搅动市场的“鲶鱼”,同时也为整个电动汽车行业的发展带来了活力。eVTOL的一只脚既然是从电动汽车行业跨界而来的,这样的成功经验显然也会顺手“拿来”。
当然,能“上天”的和能“上车”的元器件相比,肯定还是有其特殊之处的。这就使得eVTOL开发者在选择合作的元器件供应商时有更特殊的要求。
“
一方面,eVTOL的元器件供应商要同时具有服务航空航天和汽车行业的经验为佳,这样才有能力为eVTOL的跨界创新提供有价值的专业服务,而不局限于传统的航空航天产品的范畴。
另一方面,该元器件供应商要能够提供丰富的标准化商用产品组合,从中可以快速遴选出适用于eVTOL的产品,或者稍作优化即可满足eVTOL特殊的要求,在不影响可靠性、安全性的前提下加快开发周期,节省综合成本。
”
TE Connectivity(以下简称TE)就是这样的元器件供应商!凭借在航空和汽车领域跨行业的专业经验,以及广泛的产品线,TE可以为eVTOL提供全面的元器件解决方案,涵盖发电和配电、飞控和导航、信息娱乐和机舱内部设施,以及结构与互连等各个方面。
图2:TE提供全面的eVTOL解决方案
(图源:TE Connectivity)
下文中,我们将重点介绍几款TE的互连解决方案,带大家一起直观体验TE是如何助力eVTOL“玩跨界”的。
TE的“跨界”eVTOL互连方案
在eVTOL产品的设计中,互连技术是将各个组件连接和整合为一个完整系统的关键一环。根据上文所描述的eVTOL典型应用场景,我们不难看出,适用于“跨界”的eVTOL的互连产品和方案,也需要具备“跨界”的特质。
一方面,这些互连产品和方案需要满足航空器在安全性、可靠性、电磁兼容等方面严苛的要求;
另一方面,在经济性、易用性、可扩展性上,它们也必须经得住规模化商用的考验。
能够同时满足这两方面要求的互连产品和方案,在市场上并不是可以“信手拈来”的。不过好消息是,TE已经为你准备好了!
连接器
在连接器方面,TE针对航空和航天领域的高安全、高可靠型产品,就非常适合于eVTOL的应用。比如TE的Deutsch 369连接器,其基于Deutsch ARINC 809/EN4165接口设计,可配置为3、6和9线制,采用航空和航天行业要求的低烟、低毒、低易燃性的轻质、高性能复合材料制成,符合IP67防护标准,是一种结构紧凑、可靠性极高的信号连接解决方案。
图3:TE的Deutsch 369连接器
(图源:TE Connectivity)
在Deutsch 369连接器标准产品基础上,TE进一步推出了Deutsch 369屏蔽式连接器(可与其他369产品兼容互插配),设计用于需要防护周围EMI噪声的恶劣环境,可耐受3.6kA间接雷击,低频时屏蔽效果>60dB,高频时屏蔽效果>40dB,可支持高达100Mbs的数据传输速度,符合MIL-DTL-38999性能等级要求。这些特性与eVTOL的设计需求是非常匹配的。
而且,Deutsch 369屏蔽式连接器采用推拉式插配,无需紧固件,并可正向盲插,有锁定咔哒声,且采用防斜插接口设计以防止接点损坏,因此特别适用于盲配和可视性较低的装配场合。这些易用性上的优化设计,十分有利于降低维护成本,也是eVTOL设计所看重的重要特性。
图4:TE的369屏蔽式矩形连接器
(图源:TE Connectivity)
线缆
除了连接器,线缆也是eVTOL互连方案中不可或缺的组成部分。
如上文所述,为了获得扩展性和经济性等优势,eVTOL的开发者倾向于选用现成的商用产品,而不是定制解决方案。这也就意味着,一些大众市场的主流技术和标准,也会被应用到eVTOL中。比如在信息娱乐和机舱内部设施的高速数据互连通信中,USB就是一个必然的技术选项。
不过,普通的USB互连产品显然无法满足eVTOL特殊的设计要求,这就需要可靠性更高的产品来补位。TE的Raychem USB 3.1电缆就是为此而打造的产品。
Raychem USB 3.1电缆支持的带宽是USB 3.0的两倍,数据传输速度达到了10 Gb/s,同时支持USB 2.0传统应用,能够满足机上娱乐(IFE)等应用日益增长的数据吞吐量的需求。该电缆具有-65°C至200°C很宽的温度范围、2000psi的护套抗拉强度,以及符合可燃性标准等特性,可应对恶劣环境的挑战,提供足够的可靠性和安全性保障。
此外,与市场上的行业标准胶带缠绕结构相比,Raychem USB 3.1电缆结构支持挤压组件和护套的使用,令端接大为简化,这也是eVTOL所需的一个优势特性。
图5:Raychem USB 3.1电缆
(图源:TE Connectivity)
线缆管理
有经验的工程师都知道,在互连方案的设计时,除了连接器和线缆的选型,线缆管理也十分重要,它可以让系统中的布线更为整洁有序,降低后期维护维修的成本。这一点在空间受限的eVTOL中显得尤为重要。
TE的EM70x复合P型夹就是一种适用于eVTOL的轻便、快速并且高效的线缆管理解决方案。具体来讲它有三个优势:
快速
快速锁定功能让操作员能够根据需要快速打开和关闭夹具;使用无硬件锁定机制,将FOD(异物碎片)进入的风险降至尽可能低。
灵活
独立的安装和夹紧功能,可实现灵活和模块化的装配过程;精心研制的PEEK(聚醚醚酮)材料,在保持强度的同时实现了轻质化;有多种尺寸可供选择(如03、05、07、09、11、13、15、17、19和21),满足广泛的应用需求。
易用
无工具锁定和解锁功能,实现了快捷的线束安装和维修;符合人体工学的设计,让操作员使用起来更舒适,从而缩短装配操作的时间,提高工作效率。
EM70x复合P型夹可在-65°C至85°C的温度范围内工作,在商业航空、军用航空航天、军用车辆、船舶、工业车辆、铁路和汽车等领域已经有很多成功的用例,在eVTOL中应用自然也会游刃有余。
图6:EM70x复合P型夹
(图源:TE Connectivity)
本文小结
根据摩根·斯坦利的研究报告中,2020年全球城市空中交通(UAM)市场规模为80亿美元,预计到2050年,这个领域潜在的市场规模将达到9万亿美元。这意味着eVTOL面对着一个巨大的市场发展空间。
图7:全球城市空中交通潜在市场规模
(资料来源:Morgan Stanley)
而置身其中的玩家在这个新兴市场中是否具有强大的竞争力,关键就是要看其是否有出色的“跨界”能力,能够充分利用航空和汽车行业的成功经验和优势资源,快速构建起支撑eVTOL的开发生态系统,打造出满足市场所需的过硬产品。
在这个过程中,同样具有跨行业服务能力的元器件供应商(如TE),以及他们所提供的具有“跨界”特质的产品和方案(如本文介绍的TE互连解决方案),无疑将成为强力的助推器,助力eVTOL一飞冲天!
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