鈦合金在 eVTOL （電動(dòng)垂直起降飛行器）中的應(yīng)用

來源：知鈦

鈦合金在 eVTOL 中的應(yīng)用正從傳統(tǒng)航空部件向智能化、復(fù)合化方向拓展，其在極端環(huán)境下的可靠性和輕量化優(yōu)勢使其成為動(dòng)力系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件及電池殼體的核心材料。隨著 3D 打印、EB 爐熔煉等技術(shù)突破，鈦合金的成本與性能平衡將進(jìn)一步優(yōu)化，有望在 2030 年后成為低空經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略材料之一。

典型案例

一、動(dòng)力系統(tǒng)核心部件

Joby Aviation 的 3D 打印鈦合金電機(jī)

Joby 的 S4 機(jī)型采用 3D 打印鈦合金電機(jī)外殼，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將重量降低 30%，同時(shí)提升散熱效率。

普惠公司 GTF 發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金渦輪葉片

普惠為 eVTOL 混合動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)的鈦合金渦輪葉片，通過 3D 打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜冷卻通道設(shè)計(jì)，冷卻效率提升 40%，制造成本降低 25%。

二、極端環(huán)境部件創(chuàng)新

同塵低溫液氫儲(chǔ)供系統(tǒng)

國內(nèi)首個(gè)液氫驅(qū)動(dòng)的噸級(jí) eVTOL 采用鈦合金液氫儲(chǔ)供系統(tǒng)，結(jié)合高真空多層絕熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)無蒸發(fā)損耗，可在 - 10℃至 57℃環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

Blueshift 熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS）

Lilium 的量生產(chǎn)機(jī)型采用 Blueshift 的 AeroZero®TPS，專為鈦合金電池外殼設(shè)計(jì)，可承受 1200℃火焰沖擊 15 分鐘，熱失控傳播速度降低 90%。該系統(tǒng)厚度僅 1.2mm，重量比傳統(tǒng)防火材料輕 40%，已通過 EASA 認(rèn)證，適用于高密度電池組的安全防護(hù)。

三、結(jié)構(gòu)輕量化與可靠性提升

御風(fēng)未來 M1B 的鈦合金優(yōu)化

御風(fēng)未來 M1B 在動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)身結(jié)構(gòu)中大規(guī)模應(yīng)用鈦合金，例如旋翼軸采用 TA15 鈦合金，在 - 253℃至 500℃寬溫域內(nèi)保持高強(qiáng)度，使航程提升 20%，并滿足消防應(yīng)急場景的持續(xù)懸停需求。

晉升泰精密制造的起落架組件

晉升泰為 eVTOL 提供的鈦合金起落架精密組件，采用五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)，精度達(dá) ±0.005mm，可承受 5 倍于飛行器自重的沖擊載荷。

四、復(fù)合材料協(xié)同創(chuàng)新

鈦合金 / 碳纖維電池殼體

某專利中的碳纖維 - 鈦合金層板結(jié)構(gòu)電池殼體，結(jié)合鈦合金的抗沖擊性（可承受 20J 沖擊能量）與碳纖維的輕量化（密度 1.6g/cm3），重量比傳統(tǒng)鋁合金殼體降低 30%，耐燃性通過 UL94 V-0 認(rèn)證。

鈦合金 / Cr 涂層梯度材料

針對(duì)沿海高鹽霧環(huán)境，某 eVTOL 的機(jī)身框架采用鈦合金 / Cr 涂層梯度材料，表面硬度達(dá) 1200HV，鹽霧腐蝕 720 小時(shí)后無可見損傷，壽命周期成本比鍍鋅鋼降低 60%。該技術(shù)已通過中國民航局適航認(rèn)證，適用于海島物流等特殊場景。

五、智能化制造突破

華曙高科的 3D 打印轉(zhuǎn)子

華曙高科為國際頭部 eVTOL 企業(yè) 3D 打印的鈦合金電機(jī)轉(zhuǎn)子，采用 0.7mm 薄壁和桁架結(jié)構(gòu)，重量減輕 60%，耐疲勞性提升 50%。

鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化成型

某 eVTOL 的齒輪箱采用鈦合金整體成型技術(shù)，通過電子束冷床熔煉（EBCHM）工藝，將零件數(shù)量從 23 個(gè)減少至 1 個(gè)，重量降低 35%，制造成本下降 40%。該技術(shù)已通過 FAA 認(rèn)證，適用于高功率密度傳動(dòng)系統(tǒng)。


六、新興應(yīng)用場景

醫(yī)療救援專用 eVTOL

某醫(yī)療救援 eVTOL 的擔(dān)架固定支架采用 TC4 鈦合金，通過生物相容性測試（ISO 10993），在 - 20℃至 40℃環(huán)境中保持強(qiáng)度穩(wěn)定性。其輕量化設(shè)計(jì)使飛行器有效載荷提升 12%，已在多個(gè)國家的緊急醫(yī)療服務(wù)中投入使用。

深�？瓶� eVTOL

某深海科考 eVTOL 的耐壓殼體采用 TA7 鈦合金，可承受 3000 米深海高壓（30MPa），腐蝕速率僅為不銹鋼的 1/10。該殼體與碳纖維浮力材料結(jié)合，使飛行器在深海環(huán)境中的續(xù)航時(shí)間延長至 8 小時(shí)，已完成馬里亞納海溝的科考任務(wù)。