用中程电力飞行连接世界

Ansys Dimensions Staff

喷气机时代的第一个时代开始于20世纪30年代，当时喷气动力飞机飞上了天空。这些发动机依靠燃烧碳氢化合物燃料产生的推力来舒适地运载乘客。经过80多年的不断创新，magniX现在正计划彻底改变这个行业，并通过开发电力推进飞机来启动下一个航空时代，该飞机最多可搭载20名乘客，或者乘客和货物的组合，最远可达650英里，没有废气排放。这将为清洁、廉价、中间里程的商业客运和货运航班创造一个新的市场。《维度》杂志最近采访了magniX的首席执行官罗伊•甘扎斯基，了解该公司是如何解决这个问题的电动飞机挑战，同时重新定义“连通性”的概念。

你在magniX的主要目标是什么?

Roei Ganzarski:我们的目标是通过将社区与清洁、低成本的电动航空连接起来，促进繁荣。为此，我们正在为商用航空开发创新的电力推进解决方案。

D:连接社区的概念很有趣，因为今天“连接”更多地与无线通信技术联系在一起。航空在其中扮演什么角色?

鲁柏:显然，所有主要城市都已经有大型航空公司连接起来。但是当你看一下次级社区——中等或较小的城市、城镇、农村地区——很少有低成本、高效的空中交通或铁路交通(尤其是在美国)，因为这并不经济。因此，如果有人想坐飞机，他们可能需要开车——很多次要开几个小时——才能到达机场。这限制了人员和货物的流动，反过来又限制了经济增长和繁荣。

电动飞机将在中小城市之间提供一种非常清洁、低成本的交通方式，这意味着现在你可以把“郊区”重新定义为一个40分钟飞行距离的城镇，而不是40分钟车程的城镇。突然间，小镇上的一家小公司可以将产品出口到其他大城市，从而实现增长。他们增长，雇佣更多的人，经济变得更好，繁荣程度上升。这就是magniX的意义所在。

一名magniX工程师正在进行电力推进测试。

D:电气化已经应用于汽车和工业领域，但我们还没有听说过飞机的电力推进。你为什么决定将电气化引入航空航天工业?

鲁柏:我们选择商业航空作为重点，是因为它可以带来巨大的繁荣效应。对于50英里以内的距离，我们有很多选择，如汽车、公共汽车、地铁等。虽然它们可能不是最高效或最干净的，但它们提供服务。对于1000英里以上的距离，今天的航空业提供了一种高效且价格合理的解决方案。

对于50到1000英里之间的距离，没有好的、清洁的、经济的解决方案可以提供价值。在许多情况下，唯一可用的交通方式是开车几个小时。话虽如此，机场的基础设施，尤其是在美国这样的地方，是广泛的。因此，电动航空解决方案提供了更强的连通性，同时不需要在基础设施方面进行巨额投资——例如，高速铁路需要铺设长距离的轨道。

即使有了今天的电池技术，我们也可以进行短途飞行——改装后的飞机飞行100英里，一开始就设计为电力推进的飞机飞行650英里。但从这个角度来看，2018年全球5%的航班航程不到100英里，45%的航班航程不到500英里。这些数字甚至不包括货运航班。所以显然需要这些范围。为什么不让它们变成电动的呢?为什么不让它们变得更清洁，减少全球4%的航空排放(在美国是12%)?

航空发动机的关键要素是重量、功率、效率和可靠性。

塞斯纳“铁鸟”测试台上的magniX电动马达。

Roei Ganzarski
首席执行官Magnix

D:在为航空航天应用开发电力推进系统的过程中，最大的工程挑战是什么?

鲁柏:航空发动机的关键要素是重量、功率、效率和可靠性。我们已经能够开发出比其他任何发动机都更强大、更轻的发动机，具有我们在航空领域所期望的可靠性和冗余度。此外，电动机的转速非常低。这种低速是非常重要的。举个例子，一架传统的中程飞机，螺旋桨的转速大约是每分钟1900转，但涡轮或活塞发动机的转速是这个转速的好几倍。所以你需要在这些元素之间安装一个重型变速箱来匹配速度。我们去掉了沉重的变速箱。我们的马达以每分钟1900转的速度转动——与螺旋桨的速度相同——产生与传统内燃机相同的功率水平。这意味着我们可以将螺旋桨直接连接到电机上，消除了齿轮箱的重量和维护因素。

D:工程仿真在这一创新中发挥了什么作用?

鲁柏:模拟是我们在magniX开发的一个关键方面。我们正在做一些以前没有人做过的事情。我们不能环顾文献或其他公司，然后说，“嘿，给我看看你做了什么，我也会做同样的事情。”

所以，有两种方法来应对这个挑战。我们可以开始制造马达，试一试，然后学习——就像过去那样——或者我们可以利用非凡的模拟技术，让我们在真正“制造金属”(用旧的制造业术语来说)之前尝试不同的想法。

模拟允许我们在多物理场环境中尝试不同的想法，从流体动力学到应力，从结构特性到电磁学，考虑到电动机工作时所有同时起作用的力。我们可以在创建第一篇硬件文章之前，在计算机上虚拟地做到这一点。模拟有助于提高我们进入市场的速度。如果我们必须建造每一个电机设计来测试每一个，我们将需要几年的时间才能在地面上尝试任何东西，更不用说在空中了。当你像我们这样革新一个行业时，时间是至关重要的。

D:是什么促使您选择ANSYS仿真解决方案?

鲁柏:当我们环顾四周时，我们注意到Ansys仿真正在被许多其他航空航天公司使用。所以我们知道这个工具本身已经被证明并且已经成功地应用于航空航天领域。

因为航空航天工业需要高水平的安全，你必须有监管当局批准的模拟水平。我们必须通过美国联邦航空局、欧洲航空安全局、加拿大运输部和世界上其他监管机构对我们进行的每一项测试，我们希望以优异的成绩通过每一项测试。通过在我们的电机中使用Ansys的嵌入式软件开发工具进行控制代码，我们有最大的信心，我们的资格认证工作将得到简化，使我们能够更快地进入市场。

我们必须相信，我们的合作伙伴、供应商、客户和监管机构在看到我们的数据后会说:“我们知道这个模拟模型，我们知道它所代表的是尽可能接近现实情况的，我们将接受它产生的结果。”世界上很少有公司具有满足这些高标准的建模和仿真水平，Ansys是我们的选择。

D:使用模拟对magniX有什么好处?

鲁柏:我们从Ansys解决方案中获得的最大价值是时间和金钱。使用Ansys模拟让我们能够做的，最重要的是，排除那些以后会花费我们大量金钱和时间的想法。模拟可以提前告诉我们，“这是行不通的，或者它不会给你想要的结果。”

当你领导一场革命时，就像我们正在做的那样，让一个80多年来一直没有真正改变的行业电气化，你必须第一个进入市场，做出真正的改变，引领潮流。Ansys帮助我们率先进入市场。

D:是什么让magniX与众不同?

鲁柏:这一切都是关于我们的团队。我们不希望他们跳出固有的思维模式——他们不应该看到固有的思维模式。所以，当你用这种态度来面对电动商业航空的挑战时，他们会说，“好吧，我们需要做些什么才能到达那里?而传统的方法是，看看我们现在拥有的东西，然后决定我们可以做些什么来逐步改进它。这是一种非常不同的方法。作为一家致力于商业电动航空的小公司，我们可以允许自己遵循这种不同的方法，并且做得非常快。我们的团队正在带回同样水平的梦想、专注和对现状的质疑，这些在20年代和30年代推动了航空业的发展，并在此过程中迷失了方向。

正如我所说，magniX不是关于电动机本身。更确切地说，它是关于发动机如何用清洁、低成本的航空运输连接社区，因为如果你这样做，你就打开了前所未有的人员和货物流动的大门——这才是真正的终极游戏。