强固型光纤：eVTOL 系统解决方案

在不久的将来，电动垂直起降 (eVTOL) 飞行器将能够提供新的移动选择来运载货物和乘客，同时也使紧急服务提供商能够为他们所服务的社区提供改善的消防、安全和搜救 (SAR) 服务。eVTOL 飞行器能够在离地面 150 米（500 英尺）至 4 公里（2.5 英里）的高度飞行。

eVTOL 系统在城市空中交通 (UAM) 市场中提供了两个关键机会，可以更好地利用传统航空旅行效率低下或不可能应用的人口中心上方和之间的空域。首先是城市地区内或城市与郊区之间的地方交通，这个市场目前由出租车、直升机、拼车公司或公共交通提供服务。其次是 150 至 250 公里（90-160 英里）范围内的区域运输，目前商业航空公司还没有完全为此地区提供交通服务。

专家预测，到 2030 年，将有数千架 eVTOL 飞行器投入运营，到 2040 年，UAM 行业将发展成为规模超过 1 万亿的市场。与此同时，UAM 行业团体、eVTOL 平台制造商和当地监管机构正在迅速采取行动，以设计更好的飞行器、设定认证要求、确定支持基础设施并制定 eVTOL 交通管理协议。

所有飞机设计师和制造商都在寻找能够大幅减轻飞机重量，同时减少布线和互连所需空间的航空电子元件。然而，eVTOL 应用的技术需求和空间限制与当今大多数商用飞机的要求明显不同，这为强固型光纤 (RFO) 电缆和连接器的应用提供了新机会。

EMI 防护：对于商用飞机而言，控制电磁干扰 (EMI) 非常重要，这样敏感信号就不会被环境中的其他噪声破坏。但在 eVTOL 系统中，问题略有不同。关键控制信号通过装有直流 (DC) 到交流 (AC) 逆变器的区域，这创造了一个具有挑战性的环境，可能会增加铜缆的串扰和噪声。通过在 eVTOL 飞行器中使用 RFO 元件，可以消除 EMI 和串扰。

飞机运行状况监测：旋翼直升机和其他传统平台具有健康使用监控系统 (HUMS) 和预测性健康管理 (PHM) 系统，这些系统中包括传感器和数据记录器阵列，能够跟踪飞行器的结构、电机系统、驱动部件和飞行器的其他关键部件。这些系统可以收集大量数据，能够在飞行中用于实时监控，也可以在每次飞行结束时下载这些数据。必须收集此信息以验证飞行器在下一次飞行中的健康状况。如果 eVTOL 平台需要类似的 HUMS 和 PHM 系统，这些系统将需要额外的布线和元件，这将影响重量限制，并推动使用先进的光纤来减轻重量。

冗余系统：eVTOL 飞行器的认证要求仍在确定中。但是，这些要求很可能需要包含依赖于不同技术的冗余系统，因此一种故障模式不适用于两个系统。因此，包含铜组件的主要关键控制系统将具有依赖于光纤的备用系统，反之亦然。

易于使用和维护：人们有一种误解，认为光纤和光纤连接器难以使用和维护。当大多数光纤连接在现场端接时，情况可能确实如此。如今，大多数光缆组件和线束都是在受控环境下的生产线上制造的。制造商可以在将组件运送给最终用户并在平台上进行验证之前保持清洁、测试连接并验证性能。可以采用相关机制设计和制造先进的光纤组件，以保持整个飞行器在整个安装和建造过程中的清洁度。

带宽：在商用飞机中，对 Wi-Fi 接入、流媒体视频和机上娱乐系统的需求不断增长，这推动了对更多带宽的需求，以便为飞机网络上的数百名乘客提供服务。对于短程城市航班来说，机上娱乐不太重要，而且大多数用于电机/旋翼和飞行控制的 eVTOL 协议都需要低速 10BASE-T 以太网或 CANbus 电缆，因此某些 eVTOL 系统可能不需要高速、高带宽的 RFO 解决方案。然而，与铜缆相比，强固型光纤解决方案具有更小的外形尺寸和其他优势，更适合大多数 eVTOL 飞行器应用。

减轻电池供电的 eVTOL 飞行器的重量通常意味着电池寿命将更长，这可以延长飞行器的航程或帮助增加乘客负载或有效载荷。每减轻 150 公斤（330 磅）的重量，可以增加一名乘客，或者可以为现有乘客和/或货物延长飞行器的航程和飞行时间。通过实施强固型光纤技术，可以显著减轻重量。

与电气等效产品相比，先进的光纤解决方案通常重量更轻，占用的空间也更少。例如，从具有上下文菜单的 Cat 5 类聚氯乙烯 (PVC) 电缆切换到通常用于光纤以太网链路的双工光纤电缆，可以节省高达 25% 的空间并减轻多达 50% 的重量。这是因为这两种类型的电缆具有不同的结构。光纤选项包含光纤、Kevlar® 强度构件和护套材料。在电气方面，5 类电缆有四根双绞线，即八根铜线。还有铜屏蔽层，这导致电缆直径更大，并增加了整个组件的重量。

在最近的一项分析中，建议将 5 芯光缆用于新飞行器的控制系统。为了进行比较，使用 CANbus 电缆在两个不同的线规中将 5 芯电缆与等效的双绞线缆一一对应。CANbus 电缆需要 2.5 倍的电缆，重量增加 12 倍，才能实现与 5 芯电缆相同的连接。结果总结如下。

许多拟议的 eVTOL 机身设计都具有新颖的结构组件，在空间和体积方面受到严格限制。物理接触和扩展光束连接器与光纤柔性电路相结合，可以设计出适合有限可用空间的电缆组件或互连系统。

强固型光纤连接器的类型

几十年来，强固型光缆和连接器已经过广泛检验、使用和维护，可用于空中、地面、水上和水下以及太空领域的商业、防务和工业应用。这些经验为实现光纤连接提供了两种行之有效的选择：

• 物理接触 (PC) – 两个（通常是陶瓷）套圈在弹簧力下组合在一起并仔细对齐以将光耦合到界面上。
• 扩展光束 (EB) – 将两个套圈拉开并插入透镜元件中以创建准直的自由空间光束连接。
  

任何在其主要或次要系统中包含光纤的 eVTOL 飞行平台还必须包括将电信号转换为等效光信号的收发器和媒体转换器。光收发器通常是媒体转换电路的一部分，包括物理层协议 IC (« PHYs »)。

在基本层面上，传输介质从铜缆转变为光纤，反之亦然。仔细观察后，您会发现，在光纤收发器中有多层转换。例如，光纤收发器中的电信号与 CANbus 或以太网电缆上的电信号不同。两者可能具有不同的信道数和不同的电信号电平。需要媒体转换器将信号转换为光纤收发器可用于完成最终转换的电气形式。

在某些情况下，射频天线、传感器和其他元件在 eVTOL 系统内发送或接收模拟信号。模拟调制等效光纤射频收发器可用于处理模拟到光纤的转换。

世界各地的制造商、设计师、行业组织和政府机构都在竞相开发相关平台、基础设施和法规，以定义 eVTOL 市场的未来。TE Connectivity (TE) 提供广泛的强固型光纤解决方案，并结合丰富的经验和专业知识，帮助开发先进的光纤解决方案，将您的 eVTOL 概念付诸实践。

• 城市空中交通市场中的 eVTOL 应用可在传统航空旅行效率低下或不可能应用的人口中心内和人口中心之间提供航空运输服务。
• 强固型光纤解决方案可节省高达 25% 的空间并减轻高达 50% 的重量。每减轻 150 公斤（330 磅）的重量，可以为 eVTOL 飞行器增加一名乘客，或者可以为现有乘客和/或货物延长飞行器的航程和飞行时间。
• 光纤柔性电路可在单个坚固耐用且可靠的基板上轻松布线以及轻松管理数千根光纤。
• 大多数 eVTOL 系统将需要收发器和媒体转换器来在光纤和铜缆解决方案之间转换数字和模拟信号。
• TE 提供广泛的强固型光纤解决方案，并结合丰富的经验和专业知识，帮助开发先进的光纤解决方案，将您的 eVTOL 概念付诸实践。