eVTOL旋翼减振案例

近年eVTOL发展迅速，已经成功试飞的样机越来越多，理论上eVTOL可以实现比直升机小得多的振动和噪声，但是随着飞行器尺寸、重量的增加；以及飞行次数的积累，振动问题也暴露出来，并且导致了多个原型机的坠毁（如JOBY S4、Vertical VX4等）。

一般eVTOL旋翼减振的主要工作或办法包括：

（1）振动源确定

在各种载荷情况下，气动力、动力系统、操纵系统等均可导致振动。比如一架飞行器有18个螺旋桨，这18个都是振动源，假如再加上8个舵面和舵机，这些也是振动源；这些振动源在各种飞行工况下，会产生耦合，导致振动情况更加复杂。

（2）旋翼优化设计

包括旋翼在全机的布局情况（机身干扰、撑杆或短舱干扰、共轴反转干扰、前后上下干扰等）、叶片数量和分布（如2~5叶）、叶片的气动力设计（翼型、扭转、升力分布、涡控制等）、材料和重量分布设计、叶片的控制（变距、挥舞等）等。

（3）振动传递和隔振设计

简单说，就是把大的振动化为小的振动，主要依靠减振材料、结构优化（尽量避免长悬臂梁动力安装、定向加强等）、机构减振（阻尼、间隙控制）、飞控系统主动减振等办法。

本文主要讲述国外相关eVTOL在旋翼减振工作的过程和思路案例。

一、复合翼

BETA

Beta最初的设计是倾转的共轴8旋翼，但是其设计面临着干扰噪声大、倾转控制复杂、旋转颤振、下方旋翼打到撑杆等问题，后简化思路，改为了4升力旋翼+1推进的复合翼方式。最初的旋翼就是非常非常巨大而且是刚性的，但试飞情况很不理想，不得已也把优先级往后推，先飞CTOL。之后Beta对升力旋翼进行了多种修改设计，包括引入了多种直升机的减振办法。

图↑ AVA验证机

Alia 250的旋翼最初如下，为整体式旋翼，巨大的旋翼刚性连接在电机上。

图↑ ALIA早期验证机

之后旋翼改为弯刀形式，并增加了类似跷跷板结构，加大旋翼与撑杆的间距，完成了过渡飞行。

图↑ 完成过渡飞行

经过几年的设计优化，Beta完成了最新的旋翼系统设计，不再采用单个整体刚性桨叶，综合考虑了成本、噪声和效率，形成了类似于斜置中心挥舞铰（中间为弹簧等阻尼结构），简化了结构复杂度，减振而且挥舞的幅度可以减小，降低重量。由于Beta Alia只有4个升力旋翼，一旦有一个被撞坏，飞机将无法垂直起降，新的旋翼也提高了桨叶的强度和损伤容限。

A250的单个电机最大功率为580马力（426kW），对撑杆刚度、强度、占用空间和散热要求高，新的制造机型把撑杆截面也进行了加大，更趋向于圆角矩形。

图↑ 军用型A250概念

图↑ 采用新旋翼和撑杆的军用型A250实机（2025.08）

图↑ 配备新旋翼和起落架的A250不久将试飞

图↑ 参考：R44的尾桨限制了挥舞幅度，转轴可以更短

EVE是变脸大王，设计方案大改次数可能是一线厂家里最多的。

EVE的CTO路易斯·瓦伦蒂尼：“我们一开始就采用2叶旋翼，因为它们更简单——我们一直试图让飞行器尽可能简单，对吧？” 他说道。“但在测试过程中，我们发现2叶旋翼会给飞行器带来很大的振动。”

最新的设计相比前一版本，主要是升力旋翼的桨叶由2叶变成了重叠的4叶，撑杆高度大幅增加，充分降低了旋翼振动。另外带来的一个好处（也可能是坏处）是，振动降低后内侧撑杆不用再连接尾翼了，这样撑杆拆卸方便，飞行器可以便于海上集装箱运输。

图↑ 2024年7月下线的1:1验证机

图↑ 前一版本

图↑ 新版本（2025.06）

图↑ EVE在巴黎航展（2025.06）

二、倾转旋翼

JOBY

JOBY采用了低转速旋翼，并且采用失速特性较好的翼型，测试了多种桨叶，最终实现了效率和噪声的均衡。5叶桨叶采用了非对称间距设计，错开振动噪声频率，使得飞行器更加静音。

图↑ 测试过的桨叶

图↑ S4的5叶桨间距各不相同（有兴趣可测量桨尖距）

在一架用于军方测试的原型机高速飞行坠毁后（振动过大导致桨叶脱落，引起连锁损坏），更改了倾转支架作动系统的设计，强度刚度更好。

图↑ 旧倾转结构（不对称的单臂）

图↑ 新倾转结构（双臂）

可参考：JOBY S4 量产原型机的重大改进

PLANA

韩国的eVTOL项目很多，倾转旋翼为主，但Overair已经倒闭，现代的Supernal未来不明。PLANA最初主机翼前后旋翼一个是向上倾转，一个是向下倾转，但是向下的旋翼在起飞时地效影响太大不好控制，对地面安全也是威胁，前飞过渡及侧风时候位于后下方的旋翼明显产生了较强的振动，Supernal S-A2也面临这个问题，再一个PLANA创始人是从Supernal出来的，可能还会面临专利诉讼。之后PLANA更改了设计，改为三翼面及向上倾转旋翼，而且前部的鸭翼改到了机头上方，避免了旋翼平面与乘客平齐的高能转子伤人问题。

图↑ 初始方案：低置鸭翼+机翼+垂尾

图↑ 测试验证机

图↑ 新方案为高置鸭翼+机翼+V尾（2025.05）

图↑ S-A2下桨受到前上方滑流干扰

三、多旋翼构型

Lift、SKYDRIVE、Volovopter等公司的多旋翼飞行器，没有采用长悬臂梁方式电机座（如亿航216），而是几乎环形的传力结构，甚至还对滑流进行了设计，对于较大的旋翼，采用多叶桨，这样整个飞行器刚度更好，旋翼振动也能被更好抑制。

图↑ Lift Hexa在日本损坏了螺旋桨后安全降落

图↑ SKYDRIVE采用的三叶桨

图↑ VoloCity

四、倾转+固定构型

Vertical 第一个在后部的固定旋翼采用了重叠升力桨，这是一个有效解决巡航阻力和振动的办法，也不排除未来WISK和Archer也会采用类似设计。

Vertical此前坠毁的原型机，其前方倾转螺旋桨振动过大的一个因素是电机扭矩波动振动和螺旋桨设计和制造工艺质量不过关导致，新的机型已经更换了电机和螺旋桨。

图↑ Vertical VX4

Wisk虽然是行业先驱，但是目前进展极其缓慢，面临各种困境，其新一代eVTOL连名字都还没有。其第六代eVTOL尾部升力旋翼采用的是4叶桨，不会有2叶桨的巨大振动问题。Archer Midnight在过渡转换试飞的时候也是采用了4叶桨完成的。当然这个4叶桨在巡航的时候会产生很大阻力，是个不得已的举措，将来要是可以重叠，会好很多。