航空工業(yè)作為全球交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，正面臨著日益嚴(yán)峻的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，航空業(yè)約占全球二氧化碳排放量的2.5%，且隨著航空運(yùn)輸需求的持續(xù)增長，這一比例預(yù)計(jì)將進(jìn)一步上升。在此背景下，混合動力推進(jìn)技術(shù)作為航空減排的關(guān)鍵路徑之一，憑借其獨(dú)特的節(jié)能、減排和降噪潛力，近年來受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)相比，混合動力推進(jìn)系統(tǒng)通過將燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)與電推進(jìn)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了動力系統(tǒng)的機(jī)械解耦，既提高了設(shè)計(jì)自由度，也增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，從而在多學(xué)科設(shè)計(jì)、評價(jià)體系建立、飛機(jī)發(fā)動機(jī)一體化設(shè)計(jì)等方面提出了更為復(fù)雜和苛刻的需求。

環(huán)境改善需求是推動混合動力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的核心驅(qū)動力之一。隨著航空旅行的普及，乘坐飛機(jī)已成為大眾長途旅行的首選方式，客機(jī)提供了高效、快速和安全的運(yùn)輸服務(wù)，這是任何其他長途旅行方式都無法比擬的。低污染、低噪聲、高性價(jià)比、高燃油效率和更大設(shè)計(jì)靈活度成為航空業(yè)持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)需求。同時(shí)，航空旅行因其靈活的容量和路線、低廉的基礎(chǔ)設(shè)施成本和不受地理障礙限制的特點(diǎn)，進(jìn)一步刺激了航空業(yè)的快速擴(kuò)張，也強(qiáng)化了對節(jié)能、減排和降低成本的需求。

然而，以渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)為代表的傳統(tǒng)動力系統(tǒng)由于燃燒溫度已接近化學(xué)極限，加上渦輪材料限制和冷卻的高代價(jià)，其熱效率提升空間極為有限，性能提升已逐步逼近漸近線。傳統(tǒng)航空發(fā)動機(jī)涵道比變化范圍小，非設(shè)計(jì)點(diǎn)工況下部件性能下降嚴(yán)重，使其設(shè)計(jì)無法兼顧寬速域、大空域的需求。因此，必須考慮更具革命性的技術(shù)進(jìn)步，才能滿足社會和市場對航空發(fā)動機(jī)發(fā)展的期待。為此，美國在2008年提出了針對2035年技術(shù)條件的'N+3'目標(biāo)；歐洲制定了針對航空業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展策略；中國政府也自2009年起宣布了一系列有關(guān)遏制溫室氣體排放的措施，并在2020年做出了"雙碳"戰(zhàn)略的重大部署。

在應(yīng)對航空減排的技術(shù)路徑中，純電動飛行器雖然具有零排放的潛力，但當(dāng)前電池的性能（比能約400 Wh/kg）顯著低于航空煤油的比能（11，889 Wh/kg），會給電氣化飛行器帶來過重的額外負(fù)載，導(dǎo)致商載大幅度降低或飛機(jī)輪檔能耗升高。同時(shí)，飛機(jī)航線設(shè)計(jì)中必然存在的大功率工作階段（如起飛、爬升和降落等）要求推進(jìn)系統(tǒng)在高功率下高效運(yùn)行，而電推進(jìn)系統(tǒng)在大功率需求下的效率衰退很快。混合動力推進(jìn)系統(tǒng)恰好能夠?qū)⑷細(xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)和電推進(jìn)的優(yōu)勢互補(bǔ)，一方面部分規(guī)避低比能電池帶來的質(zhì)量懲罰，另一方面通過航程中給電池充電來重復(fù)利用電池質(zhì)量，回收飛機(jī)下降航段燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的過剩功率，并在后續(xù)降落和滑行航段利用。這樣的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅允許燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)始終工作在最佳運(yùn)行工況，提升整體工作效率，還能通過能量轉(zhuǎn)化提高電池的使用比能，緩解物理比能不足引發(fā)的問題。與此同時(shí)，混合動力推進(jìn)系統(tǒng)可以選取航空煤油、液氫、甲烷、乙醇等多種可替代的清潔燃料，在實(shí)現(xiàn)減碳的前提下，成為現(xiàn)階段最具工程實(shí)際價(jià)值的技術(shù)路徑。

一、國內(nèi)外混合動力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)突破與亮點(diǎn)

1.1 國際技術(shù)突破與進(jìn)展

全球范圍內(nèi)，航空混合動力推進(jìn)技術(shù)已從概念設(shè)計(jì)逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究和試驗(yàn)驗(yàn)證階段。眾多國際航空巨頭和科研機(jī)構(gòu)投入大量資源，取得了顯著的技術(shù)突破。GE Aerospace作為全球航空航天推進(jìn)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，在混合動力推進(jìn)技術(shù)方面展示了多項(xiàng)重要進(jìn)展。在2025年3月的Verticon大會上，GE Aerospace展示了其通過對尖端演示機(jī)和戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系的大量投資推動混合動力技術(shù)創(chuàng)新的成果。公司防御與系統(tǒng)工程副總裁Darin DiTommaso表示："當(dāng)我們展望飛行的未來時(shí)，混合動力推進(jìn)為提高商業(yè)和軍用航空的效率和性能提供了一個(gè)變革性的機(jī)會。通過利用我們在傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)和電氣系統(tǒng)方面的專業(yè)知識，GE Aerospace正在開創(chuàng)可擴(kuò)展的混合動力解決方案，這將塑造下一個(gè)航空時(shí)代。"

GE Aerospace開發(fā)的混合動力電動演示器用于測試電力系統(tǒng)與渦輪軸、渦輪螺旋槳飛機(jī)和渦輪風(fēng)扇燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的集成，包括多個(gè)重要項(xiàng)目：西科斯基HEX計(jì)劃推進(jìn)垂直飛行技術(shù)，涉及集成由CT7渦輪軸發(fā)動機(jī)、電動機(jī)/發(fā)電機(jī)和相關(guān)電力電子設(shè)備組成的GE航空航天混合動力系統(tǒng)，為西科斯基的混合動力垂直起降演示器提供動力；陸軍ARC-STEP計(jì)劃專注于兆瓦級電氣化動力裝置的研究、開發(fā)和測試，評估混合動力系統(tǒng)如何提高軍用旋翼機(jī)的性能，提供運(yùn)營效率和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢；與NASA和波音合作的EPFD計(jì)劃重點(diǎn)是在本十年內(nèi)開發(fā)和測試用于地面和飛行測試的兆瓦級混合動力系統(tǒng)，旨在加強(qiáng)商用航空對適航混合動力電動發(fā)動機(jī)架構(gòu)的理解；與NASA合作的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)動力提取演示計(jì)劃則將電動機(jī)/發(fā)電機(jī)嵌入高旁路商用渦輪風(fēng)扇中，在不同運(yùn)行階段補(bǔ)充電力，創(chuàng)建可以在有或沒有電池等儲能的情況下工作的系統(tǒng)。

除了GE Aerospace，其他國際公司也在混合動力推進(jìn)領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。據(jù)恒州誠思調(diào)研統(tǒng)計(jì)，2024年全球混合動力推進(jìn)系統(tǒng)市場規(guī)模約225.9億元，預(yù)計(jì)未來將持續(xù)保持平穩(wěn)增長的態(tài)勢，到2031年市場規(guī)模將接近406.8億元，未來六年復(fù)合年增長率為8.7%。這表明混合動力推進(jìn)技術(shù)不僅受到技術(shù)推動，也受到市場需求的強(qiáng)烈牽引。Rolls-Royce、Siemens和BAE Systems等公司也在不同應(yīng)用領(lǐng)域推出了各自的混合動力解決方案，特別是在城市空運(yùn)和區(qū)域航空市場。

在歐洲，航空研究機(jī)構(gòu)正積極探索分布式電推進(jìn)技術(shù)路徑。一項(xiàng)針對帶有誘導(dǎo)翼的分布式推進(jìn)機(jī)翼的推進(jìn)/空氣動力耦合解析建模研究，針對分布式電推進(jìn)垂直起降無人機(jī)的開發(fā)，提出了一種空氣動力學(xué)分析方法，實(shí)現(xiàn)了快速計(jì)算和評估，支持此類飛機(jī)的整體設(shè)計(jì)和優(yōu)化。該模型通過CFD模擬和實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證，表明模塊化建模方法有效滿足了氣動設(shè)計(jì)和計(jì)算的要求，模型的解準(zhǔn)確表征了復(fù)雜配置下DPW單元的氣動行為。該研究揭示了垂直起降時(shí)的管道主導(dǎo)推力模式和巡航時(shí)的自由流主導(dǎo)模式，實(shí)現(xiàn)了高效的短距/垂直起降，并將計(jì)算時(shí)間從CFD的數(shù)小時(shí)減少到幾秒，支持無人機(jī)配置的快速評估。

1.2 中國技術(shù)突破與研發(fā)亮點(diǎn)

中國在混合動力推進(jìn)系統(tǒng)領(lǐng)域雖起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速，在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和系統(tǒng)集成方面取得了顯著進(jìn)展。從國家戰(zhàn)略層面，中國自2009年起宣布了一系列遏制溫室氣體排放的措施，2020年做出的"雙碳"戰(zhàn)略重大部署進(jìn)一步加速了航空減排技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程。在2025年9月西安舉辦的第十三屆中國航空推進(jìn)技術(shù)論壇上，混合動力推進(jìn)技術(shù)成為焦點(diǎn)議題之一。論壇涵蓋了譜系化發(fā)展與保障、基于數(shù)字孿生的航空發(fā)動機(jī)全生命周期管理、CMC航空發(fā)動機(jī)葉片柔性制造與再制造技術(shù)等內(nèi)容，反映了中國航空業(yè)界對混合動力技術(shù)的廣泛關(guān)注。

在技術(shù)研發(fā)方面，中國企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)積極布局混合動力推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。新時(shí)達(dá)與國內(nèi)985大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的《油電混合分布式推進(jìn)系統(tǒng)驗(yàn)證平臺》代表了國內(nèi)在該領(lǐng)域的先進(jìn)水平。該平臺可驗(yàn)證電源管理策略，模擬不同工況下的能量流動，并研究正常、極限及故障狀態(tài)下的電源管理，為航空油電混合推進(jìn)技術(shù)研發(fā)提供了關(guān)鍵測試支持。該平臺針對五大典型技術(shù)挑戰(zhàn)提出了解決方案：多動力源柔性組網(wǎng)與功率動態(tài)分配、極端工況下的電源穩(wěn)定性控制、高頻動態(tài)響應(yīng)與能量流精準(zhǔn)控制、復(fù)雜電磁環(huán)境下的低諧波與高可靠性、多系統(tǒng)協(xié)同控制與跨平臺通訊集成。

中國在無人機(jī)混合動力系統(tǒng)領(lǐng)域也取得了重要進(jìn)展。隨著無人機(jī)市場的快速發(fā)展，市場對無人機(jī)動力系統(tǒng)的效能、續(xù)航力提出了更高規(guī)格的要求。根據(jù)IEK產(chǎn)業(yè)情報(bào)網(wǎng)的報(bào)告，無人機(jī)動力系統(tǒng)與AI的整合、無人機(jī)蜂群應(yīng)用等為主要的發(fā)展機(jī)會，但也面臨著電池能量密度限制、成本高昂及地緣政治帶來的供應(yīng)鏈不穩(wěn)定等挑戰(zhàn)。未來，高能量密度電池、混合動力與新材料的研發(fā)將成為改善性能與續(xù)航力提升的關(guān)鍵。

在機(jī)構(gòu)合作方面，湖南泰德航空技術(shù)有限公司等企業(yè)積極與中國航發(fā)、中航工業(yè)、中國航天科工、中科院、國防科技大學(xué)、中國空氣動力研究與發(fā)展中心等國內(nèi)頂尖科研單位達(dá)成深度戰(zhàn)略合作，整合優(yōu)勢資源，攻克多項(xiàng)技術(shù)難題。公司從航空非標(biāo)測試設(shè)備研制向航空航天發(fā)動機(jī)、無人機(jī)、靶機(jī)、eVTOL等飛行器燃油、潤滑、冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)轉(zhuǎn)型，不斷提升技術(shù)實(shí)力，體現(xiàn)了中國航空產(chǎn)業(yè)鏈在混合動力領(lǐng)域的積極布局。

二、混合動力飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)

2.1 混合動力多學(xué)科集成設(shè)計(jì)與評估技術(shù)

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的復(fù)雜性源于其多物理場、多學(xué)科耦合的特性，需要整合氣動、熱管理、結(jié)構(gòu)、電氣和控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計(jì)方法已無法滿足混合動力飛機(jī)設(shè)計(jì)的需求，多學(xué)科集成設(shè)計(jì)與評估技術(shù)因此成為混合動力飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的核心。在這一領(lǐng)域，基于數(shù)字孿生的全生命周期管理技術(shù)提供了創(chuàng)新性的解決方案。數(shù)字孿生作為物理實(shí)體的虛擬映射，能夠?qū)崟r(shí)反映混合動力系統(tǒng)的狀態(tài)，并通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法優(yōu)化系統(tǒng)性能。中國航空推進(jìn)技術(shù)論壇將"基于數(shù)字孿生的航空發(fā)動機(jī)全生命周期管理"列為重點(diǎn)議題，反映了該技術(shù)在航空混合動力系統(tǒng)中的重要地位。

在多學(xué)科集成設(shè)計(jì)過程中，推進(jìn)/空氣動力耦合解析建模成為關(guān)鍵技術(shù)之一。一項(xiàng)針對分布式推進(jìn)機(jī)翼與誘導(dǎo)翼的研究提出了一種空氣動力學(xué)分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)快速計(jì)算和評估，支持此類飛機(jī)的整體設(shè)計(jì)和優(yōu)化。該研究建立了DPW配置在軸向流動條件和非軸向流動條件下的空氣動力學(xué)分析模型，基于流體動力學(xué)理論和數(shù)學(xué)建模，建立了導(dǎo)管射流耦合下誘導(dǎo)翼的相應(yīng)模型，然后通過疊加這些組件模型，對這些復(fù)雜系統(tǒng)的集成特性進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。這種方法通過CFD模擬和實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證，證明模塊化建模方法有效滿足了空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)和計(jì)算的要求，模型的解準(zhǔn)確表征了復(fù)雜配置下DPW單元的空氣動力學(xué)行為。

混合動力系統(tǒng)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化需要考慮氣動、結(jié)構(gòu)、熱管理和控制等多個(gè)學(xué)科的耦合效應(yīng)。航空發(fā)動機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)葉片的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化面臨諸多挑戰(zhàn)與機(jī)遇，需要綜合應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料科學(xué)和控制理論等多個(gè)學(xué)科知識。在智能化技術(shù)快速發(fā)展背景下，基于人工智能的多學(xué)科優(yōu)化算法逐漸成為研究熱點(diǎn)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建代理模型，顯著提高了優(yōu)化效率，為混合動力飛機(jī)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。

2.2 混合動力飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)

與傳統(tǒng)飛機(jī)不同，混合動力飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)與飛機(jī)本體之間存在強(qiáng)烈的耦合效應(yīng)，推進(jìn)系統(tǒng)布局直接影響飛機(jī)的氣動特性，而飛機(jī)飛行狀態(tài)又反過來影響推進(jìn)系統(tǒng)性能。因此，飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)成為混合動力飛機(jī)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。分布式電推進(jìn)技術(shù)是飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)的典型代表，它通過多個(gè)電力推進(jìn)裝置的分布式布局，實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)系統(tǒng)與升力系統(tǒng)的高度集成，大大改善了飛機(jī)的氣動效率。

在飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)過程中，推進(jìn)系統(tǒng)布局與飛機(jī)氣動外形的一體化優(yōu)化至關(guān)重要。研究表明，分布式電推進(jìn)系統(tǒng)通過將多個(gè)電動推進(jìn)器沿機(jī)翼或機(jī)身分布，能夠利用推進(jìn)器與機(jī)翼之間的氣動耦合效應(yīng)，增加升力系數(shù)，減小阻力，提高氣動效率。特別是對于垂直起降無人機(jī)，分布式推進(jìn)翼與誘導(dǎo)翼的集成設(shè)計(jì)能夠顯著改善垂直起降和巡航模式之間的過渡性能。相關(guān)研究揭示了管道在垂直升力中的主導(dǎo)推力作用和巡航中自由流的主導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)了高效的短距/垂直起降。

動力系統(tǒng)與飛機(jī)能源管理的一體化設(shè)計(jì)也是飛發(fā)一體化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。新時(shí)達(dá)與國內(nèi)985大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的油電混合分布式推進(jìn)系統(tǒng)驗(yàn)證平臺，通過實(shí)時(shí)可視化能量流動路徑，集成變頻器、PWM整流、DC/DC、制動單元運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與三色指示燈報(bào)警，同步顯示電機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速/扭矩及直流母線電壓等關(guān)鍵參數(shù)，深度接入電池管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組SOC/SOH及單體電壓均衡性，實(shí)現(xiàn)了混合動力系統(tǒng)能源管理的全面可視化與優(yōu)化。這種一體化設(shè)計(jì)方法能夠顯著提高混合動力飛機(jī)的整體能效。

面向飛發(fā)一體化的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺需要集成氣動分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、推進(jìn)系統(tǒng)建模和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)模塊。此類平臺采用模塊化設(shè)計(jì)，增設(shè)翻頁功能預(yù)留擴(kuò)展接口，支持后期功能迭代升級，能夠滿足混合動力飛機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜需求?；谀Ｐ偷亩x和基于物理的建模技術(shù)成為飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)平臺的基礎(chǔ)，它們通過統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型描述飛機(jī)和推進(jìn)系統(tǒng)的行為，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程的高度集成。

2.3 混合動力飛機(jī)智能化在線動態(tài)優(yōu)化技術(shù)

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)隨飛行條件的變化而動態(tài)變化，需要實(shí)時(shí)調(diào)整能量管理策略以優(yōu)化系統(tǒng)性能。智能化在線動態(tài)優(yōu)化技術(shù)通過實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整控制策略，能夠顯著提高混合動力系統(tǒng)的效率和可靠性。新時(shí)達(dá)的油電混合分布式推進(jìn)系統(tǒng)驗(yàn)證平臺針對這一挑戰(zhàn)，提出了高頻動態(tài)響應(yīng)與能量流精準(zhǔn)控制解決方案，要求電源管理系統(tǒng)具備微秒級響應(yīng)速度，避免能量流中斷或滯后導(dǎo)致的動力中斷。

在線動態(tài)優(yōu)化的核心是實(shí)時(shí)能量管理策略，它需要根據(jù)飛行階段、動力需求、電池狀態(tài)和環(huán)境條件等多個(gè)因素，智能分配燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)和電動機(jī)之間的功率輸出。在航空油電混合電源管理領(lǐng)域，這種策略能夠優(yōu)化能源分配，提升航空器性能和經(jīng)濟(jì)性，減少環(huán)境影響。例如，在起飛和爬升階段，電池可輔助燃油發(fā)動機(jī)提供額外推力；在巡航階段，發(fā)動機(jī)可為電池充電。這種靈活分配方式提高了能源利用效率，降低了燃油消耗。

為實(shí)現(xiàn)有效的在線動態(tài)優(yōu)化，多系統(tǒng)協(xié)同控制與跨平臺通訊集成技術(shù)不可或缺?；旌蟿恿ο到y(tǒng)涉及電池BMS、原動機(jī)控制器、負(fù)載模擬器、上位機(jī)等多子系統(tǒng)，需要實(shí)現(xiàn)跨協(xié)議通訊與同步控制?；赑ROD15007A高性能控制板卡的控制系統(tǒng)，支持多模式通訊（RS485/CAN/Profinet）與微秒級響應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多單元協(xié)同控制與故障快速處理，為在線動態(tài)優(yōu)化提供了硬件基礎(chǔ)。

人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在混合動力系統(tǒng)在線優(yōu)化中發(fā)揮著日益重要的作用?；?a href="http://cshb120.cn/v/tag/448/" target="_blank">深度學(xué)習(xí)的預(yù)測控制能夠通過歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)傳感器信息，預(yù)測系統(tǒng)未來狀態(tài)，并提前調(diào)整控制策略。IEK產(chǎn)業(yè)情報(bào)網(wǎng)的報(bào)告指出，AI與無人機(jī)動力系統(tǒng)的整合是未來無人機(jī)動力系統(tǒng)的重要機(jī)會。同樣，在混合動力航空推進(jìn)領(lǐng)域，AI技術(shù)能夠優(yōu)化動力分配策略，提高系統(tǒng)適應(yīng)性和可靠性。

2.4 混合動力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安全性分析一體化建模技術(shù)

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的復(fù)雜性給系統(tǒng)安全性帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)與安全性分析的一體化建模技術(shù)能夠在設(shè)計(jì)階段早期識別和解決潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)可靠性。在航空領(lǐng)域，安全性始終是首要考慮因素，混合動力系統(tǒng)作為新興技術(shù)，其安全性分析尤為重要。

一體化建模技術(shù)的核心是系統(tǒng)架構(gòu)與可靠性分析的集成。新時(shí)達(dá)的油電混合分布式推進(jìn)系統(tǒng)驗(yàn)證平臺涵蓋了正常、極限及故障狀態(tài)三重電源管理策略研究，為航空混動系統(tǒng)應(yīng)對極端工況提供了解決方案。該平臺通過建立電池組SOC/SOH及單體電壓均衡性監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)評估電池健康狀態(tài)，預(yù)警潛在故障，提高了混合動力系統(tǒng)的安全性。

在安全性分析中，故障診斷與預(yù)后技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用?；跀?shù)字孿生的故障預(yù)測技術(shù)能夠通過物理模型和數(shù)據(jù)分析，預(yù)測混合動力系統(tǒng)各部件的剩余使用壽命，提前安排維護(hù)，避免故障發(fā)生。航空發(fā)動機(jī)熱端部件疲勞損傷監(jiān)測與評估新技術(shù)研究進(jìn)展反映了該領(lǐng)域的最新發(fā)展方向。對于混合動力系統(tǒng)，類似技術(shù)可以應(yīng)用于電池、電機(jī)、功率電子等關(guān)鍵部件的健康管理。

功能安全與網(wǎng)絡(luò)安全的一體化考慮也是混合動力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要方面。隨著混合動力系統(tǒng)電氣化、智能化程度的提高，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全威脅日益突出。設(shè)計(jì)與安全性分析的一體化建模需要同時(shí)考慮功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，通過威脅建模和安全分析，識別潛在漏洞，并在設(shè)計(jì)階段加以解決。尤其是在多系統(tǒng)協(xié)同控制與跨平臺通訊集成中，網(wǎng)絡(luò)安全措施對于防止惡意攻擊至關(guān)重要。

三、混合動力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與差異化

3.1 技術(shù)挑戰(zhàn)與瓶頸

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)在發(fā)展和應(yīng)用過程中面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)制約著其商業(yè)化進(jìn)程和性能提升。能量密度與系統(tǒng)重量的矛盾是首要挑戰(zhàn)。盡管電池技術(shù)取得了顯著進(jìn)步，但當(dāng)前電池的比能量（約400 Wh/kg）仍遠(yuǎn)低于航空煤油的比能量（11，889 Wh/kg），這給電氣化飛行器帶來了過重的額外負(fù)載，導(dǎo)致商載大幅度降低或飛機(jī)輪檔能耗升高。雖然混合動力系統(tǒng)通過在航程中給電池充電重復(fù)利用電池質(zhì)量，部分緩解了這一問題，但電池低能量密度帶來的重量懲罰仍然是制約混合動力飛機(jī)航程和商載的關(guān)鍵因素。

熱管理挑戰(zhàn)是混合動力系統(tǒng)的另一大技術(shù)瓶頸。混合動力系統(tǒng)集成了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、功率電子設(shè)備和電池等多種產(chǎn)熱部件，在不同工作條件下產(chǎn)生大量熱量。高效散熱對保證系統(tǒng)性能和可靠性至關(guān)重要，但在航空有限的空間和重量約束下，設(shè)計(jì)高效的熱管理系統(tǒng)極具挑戰(zhàn)。航空發(fā)動機(jī)熱端部件疲勞損傷監(jiān)測與評估新技術(shù)研究反映了熱管理在航空推進(jìn)系統(tǒng)中的重要性。

系統(tǒng)復(fù)雜性與可靠性的平衡也是混合動力系統(tǒng)面臨的難題。混合動力推進(jìn)系統(tǒng)為動力系統(tǒng)機(jī)械解耦提供條件的同時(shí)，也增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和設(shè)計(jì)自由度。系統(tǒng)包含多個(gè)動力源（燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、電池、發(fā)電機(jī)等）和多個(gè)能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)（機(jī)械能-電能-化學(xué)能-電能-機(jī)械能），每個(gè)環(huán)節(jié)都引入效率損失和故障風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)船舶混合動力系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，并行混合動力造成的損失可能達(dá)到22%，必須確保收益能超過這個(gè)數(shù)額。雖然這是船舶領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，但航空混合動力系統(tǒng)面臨類似的挑戰(zhàn)。

能量轉(zhuǎn)換效率是影響混合動力系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵因素?；旌蟿恿ο到y(tǒng)涉及多次能量轉(zhuǎn)換，如在減速或過量發(fā)電期間捕獲再生電力，需要經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為電能，再轉(zhuǎn)換為電化學(xué)能存儲；當(dāng)再次使用這種能量時(shí)，又需通過電動機(jī)甚至是附加變速箱再次轉(zhuǎn)換回去。每次轉(zhuǎn)換都伴隨著能量損失，降低了系統(tǒng)整體效率。如何優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，減少能量轉(zhuǎn)換次數(shù)，提高各轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的效率，是混合動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要挑戰(zhàn)。

3.2 產(chǎn)業(yè)鏈與認(rèn)證挑戰(zhàn)

beyond技術(shù)挑戰(zhàn)，混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展還面臨產(chǎn)業(yè)鏈和認(rèn)證方面的障礙。供應(yīng)鏈穩(wěn)定性是混合動力航空產(chǎn)業(yè)鏈面臨的重要挑戰(zhàn)。無人機(jī)動力系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)面臨著地緣政治帶來的供應(yīng)鏈不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，航空混合動力系統(tǒng)同樣面臨類似問題?；旌蟿恿ο到y(tǒng)依賴的電池、功率電子和先進(jìn)材料等領(lǐng)域存在供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，特別是鋰離子電池的關(guān)鍵原材料（如鋰、鈷、鎳等）地理分布集中，地緣政治因素可能導(dǎo)致供應(yīng)中斷或價(jià)格波動。

初始投資成本高昂是混合動力系統(tǒng)商業(yè)化的另一大障礙。以船舶混合動力系統(tǒng)為例，即使燃料成本節(jié)省10%至20%，并不足以使投資資本支出和運(yùn)營支出線早早形成交叉。航空混合動力系統(tǒng)面臨類似的經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)，高昂的研發(fā)成本和初始投資需要大規(guī)模生產(chǎn)才能分?jǐn)?，但在技術(shù)成熟初期，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。因此，許多混合動力航空項(xiàng)目需要政策激勵(lì)與監(jiān)管支持才能順利起步。

適航認(rèn)證是混合動力航空必須跨越的門檻。與傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)相比，混合動力系統(tǒng)架構(gòu)新穎，缺乏成熟的適航標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證方法。特別是在安全性方面，混合動力系統(tǒng)涉及高壓電氣系統(tǒng)、電池安全等多個(gè)新領(lǐng)域，需要制定新的適航標(biāo)準(zhǔn)。中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所首席科學(xué)家李概奇等專家在航空推進(jìn)技術(shù)論壇上的參與，反映了航空界對混合動力系統(tǒng)適航認(rèn)證的關(guān)注。

基礎(chǔ)設(shè)施與技能不足也制約著混合動力航空的發(fā)展?；旌蟿恿︼w機(jī)的運(yùn)營需要相應(yīng)的地面基礎(chǔ)設(shè)施支持，如充電設(shè)施、維護(hù)設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員。現(xiàn)有航空基礎(chǔ)設(shè)施主要針對傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)飛機(jī)，缺乏支持混合動力飛機(jī)的能力。同時(shí)，航空維修人員需要掌握電氣化動力系統(tǒng)的維護(hù)技能，這需要大規(guī)模的培訓(xùn)和技能提升。

3.3 混合動力與傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)差異

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理念、系統(tǒng)架構(gòu)和性能特性等方面存在根本性差異。系統(tǒng)架構(gòu)是兩者最顯著的區(qū)別。傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)通常采用機(jī)械傳動方式，動力傳遞路徑簡單直接；而混合動力推進(jìn)系統(tǒng)通過將燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)與電推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了動力系統(tǒng)的機(jī)械解耦，增加了設(shè)計(jì)自由度，但也提高了系統(tǒng)復(fù)雜性。這種架構(gòu)差異使得混合動力系統(tǒng)在飛機(jī)一體化設(shè)計(jì)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，但也帶來了更多的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

設(shè)計(jì)自由度與約束的不同是另一重要差異。傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受到機(jī)械傳動的限制，發(fā)動機(jī)位置和推進(jìn)器布局相對固定；混合動力系統(tǒng)通過電氣傳動，實(shí)現(xiàn)了動力源與推進(jìn)器的物理分離，提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性，如分布式推進(jìn)等新型布局。然而，這種自由度也增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度，需要在更多的設(shè)計(jì)變量之間進(jìn)行優(yōu)化權(quán)衡。

性能特性與操作模式的差異直接影響飛機(jī)的設(shè)計(jì)和使用。傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)的性能主要由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的特性決定；混合動力系統(tǒng)則可以通過多種動力源的組合，實(shí)現(xiàn)多種工作模式，如純電動模式、發(fā)動機(jī)主導(dǎo)模式、混合模式等。不同模式適用于不同的飛行階段，優(yōu)化了整體效率，但增加了系統(tǒng)控制和管理的復(fù)雜性。

四、混合動力推進(jìn)系統(tǒng)未來發(fā)展規(guī)劃與展望

4.1 技術(shù)發(fā)展路徑與階段目標(biāo)

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的未來發(fā)展需要清晰的技術(shù)路徑和階段目標(biāo)，以有序推進(jìn)技術(shù)成熟和應(yīng)用拓展。從時(shí)間維度來看，混合動力航空技術(shù)發(fā)展可分為近期示范階段、中期商業(yè)化階段和遠(yuǎn)期大規(guī)模應(yīng)用階段。在近期（2025-2030年），重點(diǎn)將是技術(shù)驗(yàn)證和示范應(yīng)用，如GE Aerospace的HEX、ARC-STEP、EPFD等演示項(xiàng)目所示。這一階段的目標(biāo)是驗(yàn)證混合動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，積累飛行數(shù)據(jù)，完善設(shè)計(jì)工具和方法，為商業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

從中期（2030-2035年）來看，混合動力技術(shù)將逐步應(yīng)用于城市空運(yùn)和區(qū)域航空市場。隨著電池能量密度的提高和混合動力系統(tǒng)的優(yōu)化，混合動力飛機(jī)將在短程航線上實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營。恒州誠思的調(diào)研報(bào)告預(yù)測，到2031年全球混合動力推進(jìn)系統(tǒng)市場規(guī)模將接近406.8億元，未來六年復(fù)合年增長率為8.7%，反映了市場對混合動力技術(shù)的樂觀預(yù)期。這一階段，混合動力飛機(jī)將在支線航空、城市空運(yùn)和特種任務(wù)領(lǐng)域逐步取代部分傳統(tǒng)飛機(jī)。

從遠(yuǎn)期（2035年以后）來看，混合動力技術(shù)將與新概念飛機(jī)布局深度融合，推動航空業(yè)的變革?；诜植际诫娡七M(jìn)的翼身融合布局、升力體布局等新概念飛機(jī)將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，大幅提升航空運(yùn)輸?shù)男屎铜h(huán)保性能。航空器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)室聚焦的新概念飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)、結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)、能源架構(gòu)與動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)飛行控制技術(shù)四大核心領(lǐng)域，將為混合動力技術(shù)的遠(yuǎn)期發(fā)展提供支撐。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)突破與創(chuàng)新方向

未來混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展依賴多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破和創(chuàng)新。高能量密度電池技術(shù)是混合動力系統(tǒng)的核心，當(dāng)前鋰離子電池的能量密度約為400 Wh/kg，遠(yuǎn)低于航空燃油。未來需要發(fā)展固態(tài)電池、鋰空氣電池和鋰硫電池等新型電池技術(shù)，大幅提升能量密度，降低重量懲罰。同時(shí)，快充技術(shù)和電池管理技術(shù)也是重點(diǎn)發(fā)展方向，特別是在城市空運(yùn)應(yīng)用中，快速周轉(zhuǎn)要求電池具備快速充電能力。

新型動力系統(tǒng)架構(gòu)是另一重要創(chuàng)新方向。基于超導(dǎo)技術(shù)的電推進(jìn)系統(tǒng)能夠大幅提高功率密度和效率，是兆瓦級混合動力系統(tǒng)的潛在解決方案。分布式電推進(jìn)系統(tǒng)通過多個(gè)小型推進(jìn)器的協(xié)同工作，提供了更高的冗余度和氣動效率，是混合動力飛機(jī)的重要發(fā)展方向。針對垂直起降需求的混合動力系統(tǒng)，如帶有誘導(dǎo)翼的分布式推進(jìn)機(jī)翼，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降和高效巡航的平衡，是城市空運(yùn)飛行器的理想選擇。

數(shù)字化與智能化技術(shù)將深刻影響混合動力系統(tǒng)的未來發(fā)展?；跀?shù)字孿生的全生命周期管理能夠?qū)崿F(xiàn)混合動力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)測性維護(hù)和性能優(yōu)化，提高系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。人工智能與混合動力系統(tǒng)的深度融合，能夠?qū)崿F(xiàn)能源管理的智能化優(yōu)化，提高系統(tǒng)適應(yīng)性和效能。這些技術(shù)與混合動力系統(tǒng)的結(jié)合，將推動航空推進(jìn)系統(tǒng)向更加智能、高效和可靠的方向發(fā)展。

4.3 政策支持與產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)

混合動力航空的發(fā)展不僅依賴技術(shù)進(jìn)步，也需要政策支持和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。政策引導(dǎo)與標(biāo)準(zhǔn)制定是混合動力航空健康發(fā)展的重要保障。各國政府已經(jīng)意識到航空減排的重要性，美國、歐洲和中國都制定了相應(yīng)的航空減排戰(zhàn)略。未來需要進(jìn)一步細(xì)化支持政策，包括研發(fā)資助、稅收優(yōu)惠、碳排放交易機(jī)制等，為混合動力航空創(chuàng)造良好的政策環(huán)境。同時(shí)，需要加快制定混合動力飛機(jī)的適航標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證方法，為商業(yè)化掃清障礙。

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是混合動力航空大規(guī)模應(yīng)用的前提。混合動力航空涉及航空制造、電力電子、電池材料、充電設(shè)施等多個(gè)領(lǐng)域，需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的緊密合作。正如船舶混合動力系統(tǒng)發(fā)展中的經(jīng)驗(yàn)，混合動力系統(tǒng)的商業(yè)可行性受到使用頻率的顯著影響，航空混合動力系統(tǒng)同樣需要充分考慮使用模式和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，需要加強(qiáng)充電基礎(chǔ)設(shè)施、維護(hù)設(shè)施和人員培訓(xùn)等配套能力建設(shè)，為混合動力航空的規(guī)?；\(yùn)營提供支撐。

國際合作對混合動力航空的發(fā)展至關(guān)重要。航空業(yè)本質(zhì)上是全球性行業(yè)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和適航認(rèn)證的國際化協(xié)調(diào)對混合動力航空的商業(yè)成功至關(guān)重要。中國航空推進(jìn)技術(shù)論壇上提到的"驅(qū)動未來：航空發(fā)動機(jī)技術(shù)與供應(yīng)鏈的國際合作"議題，反映了航空界對國際合作的重視。未來需要加強(qiáng)國際合作，共享研發(fā)資源，協(xié)調(diào)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，共同推動混合動力航空的發(fā)展。

展望未來，混合動力推進(jìn)系統(tǒng)作為傳統(tǒng)航空動力向全電動力過渡的關(guān)鍵技術(shù)路徑，將在實(shí)現(xiàn)航空業(yè)碳中和目標(biāo)中發(fā)揮重要作用。隨著技術(shù)突破、政策支持和產(chǎn)業(yè)鏈完善，混合動力飛機(jī)將在2030年后逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，率先在支線航空和城市空運(yùn)領(lǐng)域占據(jù)市場，最終向干線航空拓展，推動航空業(yè)向更加綠色、高效和智能的方向發(fā)展。

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湖南泰德航空技術(shù)有限公司于2012年成立，多年來持續(xù)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，成長為行業(yè)內(nèi)有影響力的高新技術(shù)企業(yè)。公司聚焦高品質(zhì)航空航天流體控制元件及系統(tǒng)研發(fā)，深度布局航空航天、船舶兵器、低空經(jīng)濟(jì)等高科技領(lǐng)域，在航空航天燃/滑油泵、閥元件、流體控制系統(tǒng)及航空測試設(shè)備的研發(fā)上投入大量精力持續(xù)研發(fā)，為提升公司整體競爭力提供堅(jiān)實(shí)支撐。

公司總部位于長沙市雨花區(qū)同升街道匯金路877號，株洲市天元區(qū)動力谷作為現(xiàn)代化生產(chǎn)基地，構(gòu)建起集研發(fā)、生產(chǎn)、檢測、測試于一體的全鏈條產(chǎn)業(yè)體系。經(jīng)過十余年穩(wěn)步發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)從貿(mào)易和航空非標(biāo)測試設(shè)備研制邁向航空航天發(fā)動機(jī)、無人機(jī)、靶機(jī)、eVTOL等飛行器燃油、潤滑、冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)轉(zhuǎn)型，不斷提升技術(shù)實(shí)力。

公司已通過 GB/T 19001-2016/ISO 9001:2015質(zhì)量管理體系認(rèn)證，以嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)保障產(chǎn)品質(zhì)量。公司注重知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)和利用，積極申請發(fā)明專利、實(shí)用新型專利和軟著，目前累計(jì)獲得的知識產(chǎn)權(quán)已經(jīng)有10多項(xiàng)。泰德航空以客戶需求為導(dǎo)向，積極拓展核心業(yè)務(wù)，與中國航發(fā)、中航工業(yè)、中國航天科工、中科院、國防科技大學(xué)、中國空氣動力研究與發(fā)展中心等國內(nèi)頂尖科研單位達(dá)成深度戰(zhàn)略合作，整合優(yōu)勢資源，攻克多項(xiàng)技術(shù)難題，為進(jìn)一步的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

湖南泰德航空始終堅(jiān)持創(chuàng)新，建立健全供應(yīng)鏈和銷售服務(wù)體系、堅(jiān)持質(zhì)量管理的目標(biāo)，不斷提高自身核心競爭優(yōu)勢，為客戶提供更經(jīng)濟(jì)、更高效的飛行器動力、潤滑、冷卻系統(tǒng)、測試系統(tǒng)等解決方案。