线缆仿真解决方案破解 eVTOL 新构型研发难题

近年来“低空经济”始终作为热点活跃在我们的视野中，而低空经济的重要组成部分电动垂直起降飞行器（eVTOL）行业也正在从概念验证向商业化落地稳步推进。

一、电动垂直起降飞行器（eVTOL）主要构型

当前在eVTOL行业中，主流的构型主要分为以下四大类：

• 构型：多旋翼构型

• 典型案例：eHang216-S、小鹏汇天旅航者X2、零重力ZG-ONE、Volocopter 2X
• 特点：没有机翼，主要依靠多个垂直旋翼对空气的推力提供升力，在飞行全程需要持续产生推力。
• 优点：具备较高的操纵性和机动性，悬停效率高，商业落地更快，适合短途飞行。
• 问题点：能耗大，航程短，载荷低，噪音较大。

• 构型：复合翼构型   

• 优点：提升了航程和飞行速度，具备高速和长航程的能力。
• 问题点：垂直升力系统和巡航系统分开，存在重量冗余，额外阻力，限制了整机有效载荷

• 构型：倾转旋翼构型

• 典型案例：沃飞长空 AE200、Joby S4
• 特点：具有多个可变旋翼和机翼，旋翼可以根据需要调整方。起飞阶段, 旋翼提供升力；巡航阶段, 旋翼可以向前倾转, 提供向前的推力, 升力则依靠固定机翼来解决
• 优点：所有旋翼都发挥作用，能耗小，重量轻，续航长，是相当理想的一种解决方案。
• 问题点：研发难度高，机械复杂程度高

• 构型：倾转涵道构型

• 典型案例：天翎科INFLYNC L600、Lilium Jet、多克Model 16、Lilium JetWing
• 特点：有机翼，涵道风扇与倾转机翼融为一体。垂直起降阶段，涵道风扇轴线垂直，多个涵道风扇向下吹风产生升力；水平巡航阶段，涵道风扇倾转至水平，向后产生推力。
• 优点：消除了开放性螺旋桨在安全方面的隐患，在动力可靠性、噪声控制、气动效率上能获得更优的平衡
• 问题点：技术难度高。我国在这一领域的研究起步较晚，资源较为有限

截至2025年6月，超过1100款电动垂直起降飞行器eVTOL机型正在同步开发，全球研发竞赛俨然已进入白热化阶段，在电动垂直起降飞行器（eVTOL）的竞赛中，倾转旋翼和倾转涵道构型作为当下的最优解逐渐成为众多企业追逐热捧的明星构型。众多新兴的载人eVTOL公司，都选择了这一技术路径。

二、新构型带来的挑战

在传统航空中，线缆可以平放铺设连接到飞机上的动力源和用电器。而倾转机翼/涵道是一种新构型，倾转区域的线缆在飞行姿态的变换过程中不断承受弯曲、振动、过载等工况，这对于线缆的布置设计、选型都提出了更高标准的要求，为了保证产品最终的顺利落地，最好的方法便是研发早期投入资源对线缆的布置方案进行充分验证。

在针对这种情况，传统的CAD设计软件（如NX、CATIA等）已经无法满足需求，而对线缆的柔性仿真则可以很好的发挥作用。

三、柔性仿真在开发中的优势

1. 构建准确的仿真环境

在柔性仿真环境中线缆的运动姿态由其真实的物理属性决定，并可以自由的对线缆固定点赋予运动状态，旋转、移动、振动，并可以多种状态叠加，且可以考虑线缆内、外部的碰撞影响、可以对线缆的运动姿态实现全方位模拟验证。

振动模型  

2.设计与仿真一体化

• 优势1：方案的仿真验证与快速迭代

在仿真过程中，可以对线缆的布置方案在倾转机构运动过程中的运动间隙、固定点受力、线缆扭转情况进行实时监测，对于不符合预期的方案可以在仿真环境下进行实时更新后再度验证，真正实现设计仿真一体化。

• 优势2：设计周期的缩短

  在现有的项目执行过程中由于线缆的布置方案需要进行实物验证，因而会带来以下问题：

  而通过数字样机的快速验证可以实现：

• 早期风险拦截，通过虚拟柔性仿真提前发现布置方案存在的干涉、应力等问题，有效降低方案迭代次数，缩短验证周期；
• 有效的设计指导，仿真模型输出的最优路径可直接作为实物布线的基准参考，节约设计时间。
• 实物样机制作与测试周期过长；
• 变更成本高，布置方案推翻将触发结构、动力等系统的连锁反应，进一步加剧周期问题，带来恶性循环；
• 资源浪费，重复修改导致实物验证的材料损耗。

3.优秀的适应性与易用性

市面上的许多仿真工具往往需要进行漫长的前期准备环节，在不同部门和工具中反复转换，传递与沟通相当困难。

• 优势 1：完美衔接多种CAD设计软件

线缆柔性仿真工具IPS不仅可以采用标准化数据格式（如STEP/IGES）实现跨平台文件交互，还可以直接打开多种数据格式（如下图所示），免除了数据转换的工作量。

• 优势 2：操作简便，易上手

不同于传统CAE中类似于“画网格”的复杂处理，只需要导入模型+运动，赋予线材属性，设定环境状态（固定点位置、引力状态等），即可实现仿真，>常规单根线缆转化过程用时不超过10分钟。