永磁推进电机作为航空电推进系统的核心动力装置，其高效冷却技术直接决定了推进系统的功率密度水平和安全运行边界。与地面电机和传统航空电机相比，航空永磁推进电机的冷却技术面临技术指标极限化、应用条件严苛化、系统要求多样化、热控系统容错化、热点分布集中化和冷却结构精细化等特殊挑战。本文系统梳理了航空永磁推进电机冷却技术的研究现状与发展趋势。首先从电推进飞机的发展背景出发，阐述了推进电机系统在航空电气化进程中的核心地位及其冷却技术的战略重要性；进而从多个维度归纳了冷却技术的特征、要求与分类体系；在此基础上，分别对传导传热技术、对流传热技术及相变传热技术的作用机理、技术方案和适用性进行了深入讨论；最后对推进电机新型冷却技术、电机与逆变器集成化冷却以及推进系统综合热管理技术的发展趋势进行了系统展望。本文旨在为航空永磁推进电机冷却技术的进一步研究提供全面的参考框架。
关键词：永磁推进电机；航空电推进；冷却技术；传导传热；对流传热；相变传热；综合热管理
一、航空推进电机系统前言概述
航空运输业的碳排放问题日益受到全球关注，电气化转型被视为航空业实现可持续发展的根本路径。电推进飞机通过将飞机动力系统电气化，能够大幅提升能量利用效率并显著降低碳排放，已成为各国航空技术竞争的战略高地。美国和欧洲各国已全面实施电推进飞机发展战略，从NASA的X-57验证机到空客的ZEROe氢动力概念机，电推进技术正处于从实验室研究向工程验证加速过渡的关键阶段。我国近年来亦大力推动电推进飞机发展，工信部、科技部等部门先后印发了《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035年）》和《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》，明确提出加快绿色航空制造业发展，推动无人化、电动化、智能化新型通用航空装备在城市空运、物流配送、应急救援等领域实现商业应用。电推进飞机已成为我国航空业绿色发展的必然选择，是实现与世界航空强国并驾齐驱的重要领域。
在电推进飞机中，推进电机系统是取代传统燃油发动机直接为飞行器提供推进动力的核心动力单元，决定了整个电推进系统的能源利用效率和推进效能。永磁电机凭借高功率密度和高效率的突出优势，已成为当前研究和应用中飞机推进电机的主流类型。随着近年来永磁推进电机的快速发展，其电磁拓扑设计规律趋于明晰，进一步的拓扑优化对电机功率/转矩密度等关键性能指标的提升空间已逐渐收窄。相比之下，推进电机的冷却技术直接决定了其功率/转矩密度水平和安全运行能力，对推进系统的输出能力、轻量化程度、系统复杂度和运行可靠性均具有至关重要的影响，已成为制约推进电机性能突破的核心瓶颈，亟需深入研究和创新突破。
推进电机内部的高温升会从多个层面影响系统性能：一方面，绕组铜损随温度升高而增加，永磁体磁能积随温升而降低，直接导致电机功率密度和效率的下降；另一方面，过高的温升可能导致绕组绝缘损坏、永磁体不可逆退磁等严重故障，危及系统安全运行。因此，高效冷却技术对航空推进电机的性能提升和可靠运行至关重要。然而，与地面工业电机、电动汽车驱动电机乃至传统多电/全电飞机中的航空电机相比，航空永磁推进电机的冷却技术面临着更为严峻且特殊的要求和挑战，在发展路径和设计规律上呈现出显著差异，亟待系统性的研究梳理与技术突破。
本文围绕航空永磁推进电机冷却技术这一核心主题，从航空电推进系统的发展趋势入手，系统归纳推进电机冷却技术的特征、要求与分类，详细梳理传导传热、对流传热和相变传热三类冷却技术的作用机理和研究现状，并对新型冷却技术和综合热管理技术的发展趋势进行展望，以期为相关领域的研究者和工程技术人员提供全面的技术参考。
二、航空推进电机系统与冷却技术发展概述
2.1 电推进飞机的技术背景与发展态势
电推进飞机代表了航空动力系统的一次范式转变。传统航空发动机依赖于燃料化学能向机械能的热力循环转换，其热效率受卡诺循环限制，通常难以突破50%。相比之下，电推进系统通过电能直接驱动电机产生推力，从根本上改变了能量的转换路径，使得系统效率有望大幅提升。更为重要的是，电推进架构为飞行器设计带来了全新的自由度——分布式电推进允许将多个小型推进单元灵活布置于机翼或机身各处，通过协同气流控制实现气动效率的显著改善，这是集中式燃油动力架构所无法实现的。
然而，电推进飞机的实现面临着一系列严峻的技术挑战。其中最为核心的制约因素之一便是推进系统的功率密度。NASA在航空电推进系统评估中明确要求，百千瓦级推进电机功率密度需高于6 kW/kg，兆瓦级推进电机功率密度需高于13 kW/kg，效率需高于96%。这一指标远超过当前地面电机和传统航空电机的技术水平，即便与电动汽车领域最先进的驱动电机相比，功率密度要求也高出数倍。实现这一目标的关键，不仅在于电磁设计的优化创新，更在于冷却技术的根本性突破——只有当电机内部产生的大量损耗热量能够被及时高效地带走，才有可能在极小的体积和重量约束下实现超高功率输出。
近年来，全球航空电推进技术呈现出加速发展的态势。在小型电动飞机领域，Pipistrel Velis Electro已获得欧洲航空安全局型号认证，成为全球首款取证的全电动飞机。在城市空中交通领域，Joby、Archer、Lilium等企业正在积极推进eVTOL飞行器的适航认证和商业化运营。在支线和干线航空领域，空客ZEROe氢动力概念机和NASA STARC-ABL混合电推进概念机代表了中大型电推进飞机的技术方向。这些不同层级和类型的电推进平台对推进电机冷却技术提出了差异化的要求，推动了冷却技术从单一到多元、从简单到系统的发展演进。
2.2 推进电机冷却技术的战略地位
在航空电推进系统的技术体系中，冷却技术的战略地位正随着电机功率密度的持续提升而不断凸显。从物理本质上讲，电机的功率输出能力受限于两个边界条件：电磁负荷的饱和极限和热负荷的散热极限。经过数十年的发展，永磁电机在电磁拓扑设计方面的规律已趋于明朗——分数槽集中绕组、Halbach永磁体阵列、轴向磁场拓扑等先进构型已被广泛研究和应用，通过电磁优化进一步提升功率密度的空间逐渐收窄。相比之下，热管理技术仍有巨大的提升潜力，正日益成为突破电机性能天花板的决定性因素。
推进电机冷却系统的技术方案不仅影响电机本体的性能，还深度耦合于整个推进系统的架构设计。冷却介质的选择（空气、水、油或低温燃料）决定了配套组件的类型和复杂度；冷却结构的布局（机壳冷却、槽内冷却或空心导体冷却）影响着电机的电磁设计和机械结构；冷却系统的集成方式（独立冷却、与逆变器共用冷却或与桨扇气流耦合冷却）则关系到推进系统的整体功率密度和可靠性。因此，推进电机冷却技术既是电机设计的核心要素，也是电推进系统总体方案中的关键决策变量。
2.3 从地面电机到航空推进电机的冷却技术演进
传统地面工业电机的冷却方式以机壳风冷和机壳水套冷却为主，冷却系统重量和体积约束相对宽松，设计和应用已高度成熟。电动汽车驱动电机的冷却技术在过去十余年间取得了长足进步，经历了从风冷到水冷再到油冷的技术跃迁，涌现出了发卡绕组喷油冷却、定子浸油冷却、空心轴转子油冷等一系列先进方案。这些技术进步为航空推进电机冷却技术的发展提供了重要的技术基础和经验借鉴。
然而，航空推进电机冷却技术并非地面电机技术的简单移植。在高空低气压环境下，空气密度的急剧下降使得风冷效率大幅降低；严苛的重量限制要求冷却系统在实现高效散热的同时将自身附加重量降至最低；飞机起降阶段的过载工况导致瞬态热冲击远超地面应用；分布式电推进架构中多个分散布置的推进电机对冷却系统的简易性和可靠性提出了更高要求。这些航空特有的约束条件，使得推进电机冷却技术成为一项具有鲜明航空特色的研究领域，需要在地面电机冷却技术的基础上进行针对性的创新和突破。
三、推进电机冷却技术的特征、要求与分类
3.1 推进电机冷却技术的特征与要求
与电动汽车驱动电机、多电/全电飞机中的辅助电机等应用场合相比，航空永磁推进电机的冷却技术具有以下六个方面的特殊特征与要求。
技术指标极限化是推进电机冷却面临的首要挑战。NASA提出的功率密度和效率指标——百千瓦级电机超过6 kW/kg、兆瓦级电机超过13 kW/kg、效率超过96%——直接决定了推进电机必须工作于极高的电磁负荷水平，单位体积的损耗和发热量较传统航空电机显著增加。以一台1 MW级推进电机为例，即使其效率达到97%，仍有约30 kW的热量需要在极为有限的体积和重量空间内被有效带走。推进电机在飞机起飞阶段常工作于短时过载状态，此时损耗密度随电流的平方关系急剧升高，瞬时热负荷可达额定工况的两倍以上，温升问题更加严峻。
应用条件严苛化体现在多个层面。航空推进电机冷却系统面临极为严苛的重量与安装空间限制，设计自由度显著受限。冷却介质的选择、管路布局、散热器尺寸等均需在紧凑的发动机舱或机翼吊舱内完成，且不能对飞机的气动外形产生不利影响。不同于多电飞机中的发动机起动/发电机、燃油泵驱动电机等可借助滑油或燃油系统完成冷却的场合，纯电推进系统缺乏可直接利用的滑油介质和燃油热沉，必须依赖独立的冷却系统完成全部热管理任务。涡轮电推进或混合电推进系统中虽然仍配备发动机滑油/燃油系统，但推进电机通常布置较远，需通过复杂管路与之连接，不便于冷却部件的复用与系统集成。
系统要求多样化反映了不同电推进构型对冷却技术的差异化需求。小型电推进飞机目前大多仍采用常导冷却技术，但随着高温超导电机在航空领域的探索推进，部分小型电推进验证机已开始尝试超导冷却方案。大型电推进飞机则更有可能采用系统复杂、成本较高的低温超导冷却技术，以充分发挥超导电机的功率密度优势。集中式电推进架构可采用较为复杂但效能优异的冷却系统，而分布式电推进架构由于配备多个分散布置的推进电机，其冷却系统需更加注重简易化和可靠性，以降低单点故障风险和总体系统复杂度。
热控系统容错化是航空推进电机区别于地面电机的显著特征。作为电推进飞机的核心动力单元，推进电机的可靠性要求远高于地面电机或传统航空电机。为满足冗余容错要求，推进电机大多采用双通道或多通道电磁设计，当某一通道发生故障时，其余通道需通过过载运行输出额定功率，这一容错运行模式会导致电机温升急剧增大和热点集中问题。在此背景下，高可靠推进电机还需具备热隔离能力——在某一相或某一通道发生故障时，能够避免或减轻对其余相或通道绕组热特性的影响，防止故障通过热路径扩散传播。
热点分布集中化源于高功率密度设计下的多因素耦合。定子方面，航空电推进系统倾向于采用高电压设计以降低电缆重量，目前小型电动飞机的电压等级常为400~800 V，中大型电推进飞机可高达1~3 kV。高电压等级使永磁推进电机的绕组设计趋向于更多匝数和更厚的绝缘层，这势必将导致绕组内部热传导性能的显著劣化，进一步加剧定子的冷却散热难度。转子方面，PWM高频驱动产生的丰富时间谐波与分数槽集中绕组固有的空间谐波共同作用，导致永磁体和转子铁心中的涡流损耗高度集中。在高速电机中，电机基频较高使得谐波效应更加显著，同时转子空间受限、常规冷却手段难以布置，进一步加剧了热管理挑战。
冷却结构精细化是应对上述多重约束的必然选择。由于推进电机冷却系统面临严苛的冷却散热要求以及极端的重量和尺寸限制，其冷却结构更宜采用精细化设计路线。集成化自冷却系统有助于简化整体系统架构并进一步降低系统重量，但同时也对冷却介质流道的精密布置和冷却结构的精细化程度提出了更高要求。近年来，高性能热管理材料以及增材制造等先进工艺的快速发展，为精细化冷却结构的实现提供了关键的技术支撑。
3.2 推进电机冷却方式的分类体系
永磁推进电机的冷却方式可从多个维度进行分类，形成系统化的分类框架，有助于理解不同冷却技术之间的内在联系和适用边界。
按冷却部件分类，推进电机冷却方式可分为定子绕组冷却、定子铁心冷却、转子和转轴冷却等。由于航空推进电机与传统电机相比具有显著更高的损耗密度和热流密度，不宜采用仅依赖机壳散热的简单冷却方式，而需针对各热源的空间分布特点和发热机理进行精准匹配的热管理设计。对于高功率/转矩密度永磁推进电机，电枢绕组中的铜损和定子铁心中的铁损高度集中，使定子部分成为散热难度最大的区域；转子部分常通过永磁体损耗抑制、永磁体分段隔离等措施避免温升带来的磁性能下降和退磁风险，但对于高速推进电机和采用分数槽集中绕组的高谐波含量电机，仍需对转子涡流损耗和风摩损耗发热进行着重考虑和有效抑制。
按热能传递机制分类，推进电机冷却方式可分为传导传热、对流传热和相变传热三类（工程实践中热辐射的贡献通常较小，可忽略不计）。传导传热依靠物体内部微观粒子的热运动实现热量传递，是热量从电机内部热源（绕组、铁心）传递到冷却介质接触面的必经路径。对流传热依靠流体宏观运动引起的相对位移实现热量传递，是热量从固体表面向冷却介质传递的主要方式。在实际冷却系统中，传导传热与对流传热往往共同作用完成完整的热量传递链——热量首先通过固体传导从热源传递至冷却界面，再通过流体对流从界面传递至冷却介质并最终排放至外部热沉。除上述两种基本传热方式外，推进电机还可采用相变传热方法，通过物质在相态变化过程中吸收或释放大量潜热来实现高效热量传递，具有传热通量大、控温能力强等特殊优势。
按对流传热介质分类，推进电机冷却方式可分为风冷、水冷和油冷等。空气作为最易获取的冷却介质，无需复杂的管路和泵组系统，但其热导率和比热容较低，冷却能力受到物理性质的限制。水具有较高的热导率和比热容，换热效果优异，但其绝缘性差和沸点较低的特点使其无法与绕组等带电部件直接接触，仅能作为间接冷却介质使用。为克服水介质沸点不足的限制，实际应用中常采用水-乙二醇混合溶液以提高沸点并降低冰点，从而增强水冷系统的环境适应性。油具有良好的绝缘性能，可与带电热源直接接触实现高效直接冷却，但其热导率和比热容较水偏低，作为间接冷却介质使用时效果欠佳。在涡轮电推进或混合电推进飞机中，发动机配备的滑油/燃油系统可供推进电机冷却系统共享使用，从而减少额外冷却介质及其配套组件。
按冷却介质与热源是否直接接触分类，推进电机冷却方式可分为直接冷却和间接冷却两种基本模式。直接冷却方式中，冷却介质（空气、油等）与热源直接接触，热量通过对流直接从热源表面传递至冷却介质，传热路径短、效率高。间接冷却方式中，热源热量首先通过内部热传导传递至冷却介质接触面，再由冷却介质（空气、水、油等）通过对流传递至热沉，整个传热过程包含多个串联热阻。由于永磁推进电机定子槽内存在导体间隙、绝缘层和空气隙等低热导率区域，定子内部等效热导率通常较低，因此即便采用强对流传热方法，间接冷却系统的整体冷却效果仍会在很大程度上受到内部热传导效率的限制，导致温度分布不均和局部严重热点。为突破这一限制，间接冷却系统可采用具有高热导率的附加导热系统来缩短电机内部热传导路径，热量由热源首先传导至附加导热系统，再由该系统以更高效率向外部传递。
四、航空推进电机的传导传热技术
传导传热是推进电机热量传递链中不可或缺的关键环节。导热能力与材料热导率和传热路径尺寸直接相关。受限于定子槽内绕组绝缘层、导体间隙以及空气隙等低热导率区域的存在，永磁推进电机的冷却散热效率即使在强对流传热方法的配合下，仍然在很大程度上受到内部导热效率的制约——这一限制效应在间接冷却方式下表现得尤为突出。为突破推进电机热传导效率的瓶颈，学术界和工业界从拓扑与线型优化、灌封传导传热、延伸结构传导传热、附加装置传导传热等多个技术路径进行了广泛探索。
4.1 拓扑与线型优化
推进电机在无特殊导热设计条件下的内部热传导效率，直接由电机结构拓扑和材料热特性决定。相关研究深入探讨了定子槽数对电机热性能的影响规律，发现槽数的增多虽然会导致槽满率有所降低，但槽宽的减小缩短了从槽中心到定子铁心的导热路径，有利于提升电机内部的导热效率；电机温升随槽数的增加呈现先降低后增高的非单调变化规律，存在最优槽数使热性能达到最佳。此外，绕组槽满率和线型也是影响电机内部导热能力的关键参数，导线绝缘层和导体间间隙的存在会导致绕组区域的等效热导率大幅降低，往往比纯铜材料低两个数量级以上。
在绕组线型优化方面，扁线绕组因其较高的槽填充系数和规整的几何外形而受到广泛关注。与传统圆线绕组相比，扁线绕组可以显著提高槽满率和等效热导率，同时使绕组与定子铁心之间的热接触更加充分。然而，扁线绕组在PWM高频驱动下容易产生较大的趋肤效应和邻近效应涡流损耗，这一效应在高速推进电机中尤为显著。单股绝缘、多股绞合的利兹线通过增大导体表面积和优化股线换位，可有效抑制绕组涡流损耗，但其槽满率相对较低，导热性能随之劣化。采用预压制绕组或成型绕组等工艺方法能够在一定程度上提高圆线或利兹线绕组的槽满率，从而提升槽内热传导效率，但需注意过高的预压力可能导致绕组绝缘损伤，在航空应用中需审慎评估。
为了实现兼具高槽满率和低涡流损耗的理想绕组构型，国内外多所高校对不等截面扁线绕组技术进行了深入研究。该方法通过优化设计槽内不同径向位置处扁线绕组的截面积，使得各匝绕组中的电流密度和损耗发热分布更加均匀，从而在降低总体交流损耗的同时抑制局部热点温升。南京航空航天大学提出的扁线-圆线混合绕组构型代表了另一种创新思路：该绕组结构由以一定角度差排列的槽底单套三相扁线绕组和槽口单套三相圆线绕组共同构成，两套绕组间设置油道以提供散热路径。与纯圆线绕组相比，该混合绕组构型的槽满率提高了超过10%；与纯扁线绕组相比，其交流铜损大大降低，在电磁性能和热特性之间实现了良好平衡。
4.2 灌封传导传热技术
定子灌封是一种在电机工业中广泛应用的增强导热技术。其基本原理是通过在定子各部件之间的间隙中填充高导热灌封材料，替代原空气间隙形成连续的导热通道，从而显著提升电机内部的热传导效率。此外，灌封材料固化后还兼具定子固定补强作用，有利于增强电机的结构刚度和抗振可靠性，这在航空推进电机的高振动、高冲击服役环境中具有特殊的工程价值。
常用的电机灌封材料主要包括环氧树脂和有机硅两大类，其热导率通常处于0.2~5 W/(m·K)的范围内。相较于空气仅约0.026 W/(m·K)的热导率，灌封材料使槽内等效热导率实现了数十倍的提升。随着材料工艺技术的持续进步，以AlN（氮化铝）为填料的复合灌封材料和Ceramacast等陶瓷基高温灌封材料已开始进入应用研究阶段，其热导率可高达40~100 W/(m·K)，接近部分金属材料的导热水平。目前，灌封工艺仍在不断优化之中，包括灌封过程中的温度精准控制、材料固化过程的精确调节以及真空灌注工艺的应用等，旨在确保灌封效果的一致性和长期稳定性。
然而，灌封技术在航空推进电机应用中仍然面临一些不容忽视的挑战。在材料层面，灌封材料的选择需要综合权衡导热性能、机械强度和刚度、热膨胀系数匹配性以及高空低温环境适应性等多重因素。在工艺层面，过高的灌封压力可能导致绕组绝缘的损伤，尤其在绕组和槽壁间隙极小的紧凑设计中更需精细控制。在系统层面，灌封材料的附加重量显著，不利于高功率/转矩密度推进电机对轻量化设计的严格要求。更为本质的限制在于，尽管灌封材料可有效提高电机内部的等效热导率，但其热导率相较于铜、铝等导热金属仍然偏低数个数量级，因此对电机整体热传导效率的提升效果存在上限。
4.3 延伸结构传导传热技术
从电机自身结构拓扑的角度出发，可采用电机铁心或机壳的延伸结构来缩短槽内热传导路径，从而增强内部导热效率。这一技术路径的物理原理在于：推进电机定子绕组产生的热量需要穿过绝缘层、导体间间隙和槽绝缘才能传导至定子铁心，这一传热路径构成了内部热阻的主要组成部分；通过在槽内引入与铁心相连的金属延伸结构（如辅助齿、槽内翅片等），可以有效缩短热量在低热导率介质中的传输距离，使热量更快地传导至铁心并进一步通过外部冷却系统带走。
诺丁汉大学和南京航空航天大学对铁心延伸结构结合水冷或风冷方法进行了系统性研究，结果表明该结构具有显著的降低温升效果，且结构简单、易于制造实施，在航空推进电机中具有良好的应用前景。针对轴向磁场永磁电机的特殊结构，采用机壳延伸结构与水道延伸结构分别构成的槽内翅片同样被证明有助于增强散热效率，为轴向磁通电机的热管理设计提供了新的技术思路。延伸结构导热方法的突出优势在于不额外引入异种材料部件，有利于保证电机的结构整体性和长期可靠性，但其传热效率仍然受限于铁心材料本身的热导率，提升空间有限。
4.4 附加装置传导传热技术
附加装置传导传热技术是进一步增强电机热传导效率的重要方法。该类技术的核心思路是在电机槽内或铁心内部附加安装由高热导率金属（如铜、铝等）制成的导热装置，利用金属材料优异的热传导能力缩短热源与冷却介质接触面之间的有效热路长度，实现热量从热源向冷却界面的高效输送。
诺丁汉大学的研究团队针对窄槽和宽槽两种典型槽形，分别提出了不同构型的槽内附加铜板或铝板导热方法，可将定子绕组热点温度降低约40%，效果十分显著。该团队进一步研究了槽内T形铜板导热结构对飞机起落架驱动电机的增强散热作用，验证了该方法在航空电机领域的技术可行性。针对单转子-单定子轴向磁场永磁电机，有研究提出了定子铁心内置铜管与定子灌封材料相结合的强化导热系统设计方案，实验结果表明，与单一水冷方法相比，该复合导热系统可将电机温升降低25~35℃，展现出多技术协同的巨大潜力。
需要指出的是，虽然附加装置导热可以有效增强电机热传导效率和降低温升，但其设计和应用过程中需要审慎权衡多方面因素。首先，附加导热装置会占用电机槽内或铁心中的宝贵空间，可能导致槽满率下降、电磁负荷能力降低，对电机的电磁输出性能产生不利影响。其次，导电的金属导热装置暴露于槽内时变漏磁场中，会产生额外的涡流损耗，不但降低电机效率，还会在导热装置自身产生附加热量。因此，在推进电机的实际设计中，附加导热装置的方案选择应纳入多物理场综合优化的框架，在电磁性能、热性能与结构设计之间寻求最优平衡。
五、推进电机的对流传热技术
对流传热是推进电机热量从固体表面向冷却介质传递并最终排放至热沉的主要方式。根据冷却介质的类型，可细分为风冷、水冷和油冷三大类技术路线，各类路线在换热效率、系统复杂度、可靠性和环境适应性等方面存在显著差异，适用于不同功率等级和构型的航空电推进系统。
5.1 风冷技术
风冷技术以空气作为对流传热介质，具有冷却介质免费易得、系统结构简单的天然优势，在航空推进电机领域有着不可替代的应用价值。按照冷却气流的驱动方式，飞机推进电机的风冷方法可分为桨叶气流风冷和附加装置风冷两大类，二者在系统架构、冷却性能和应用场景方面各具特点。
桨叶气流风冷方法利用推进电机所驱动的螺旋桨或涵道风扇产生的自然气流对电机进行冷却，能够省去额外的冷却风扇、泵组和散热装置，从而获得极高的系统功率密度。该方法的突出优势在于系统架构简单、结构集成度高——冷却功能与推进功能共享同一气流资源，无需增设独立的冷却部件。NASA的X-57分布式电推进验证机是该技术路线的典型应用案例：其60 kW巡航推进电机和11 kW高升力推进电机均通过桨叶气流进行直接冷却，60 kW推进电机的实测平均对流换热系数约为98 W/(m²·℃)，电流密度达到11 A/mm²。NASA和伊利诺伊大学为STARC-ABL混合电推进飞机设计的2.6 MW推进电机同样采用了桨叶气流风冷方案，并辅以散热翅片来增大有效散热面积。然而，桨叶气流风冷方法存在若干不可忽视的局限性：冷却气流参数直接受桨叶转速和外部飞行环境的影响，冷却性能难以独立调控，不适合需要精细温控的复杂工况应用场合；电机直接暴露于高速气流中，绕组绝缘的长期可靠性面临严峻挑战；若为冷却目的额外开设导流或引流结构，则会干扰飞机的气动布局并产生不必要的飞行阻力，降低整体推进效率。
与桨叶气流风冷相比，附加装置风冷方式虽然增加了独立的冷却风扇和相关结构件的系统重量和复杂度，但冷却气流参数可独立控制，冷却效果更为稳定可靠，且不会对飞机的气动特性产生不利影响，因而更加适用于大功率、复杂工况的航空电推进系统。伊利诺伊大学研制的1 MW外转子永磁推进电机采用自带风扇风冷方案，轴向风速最高可达30~40 m/s，通过在定子内侧布置散热翅片来增大有效散热面积。麻省理工学院的1 MW永磁推进电机则通过压缩机产生的吸力驱动空气流经电机本体及逆变器，结合电机内侧散热翅片实现高效冷却，设计电流密度达13.3 A/mm²。附加装置风冷方式虽然较液冷系统仍存在冷却效率上的差距，但其无需配备泵组、管路、散热器等液冷系统所必需的配套组件，对系统功率密度的折损相对较小，且完全没有密封问题，相比液冷系统具有更高的固有可靠性和更低的维护需求。
5.2 水冷技术
水凭借其较高的热导率（约0.6 W/(m·K)，约为空气的23倍）和较大的比热容（约4.2 kJ/(kg·K)，约为空气的4倍），是一种优异的对流传热介质。在电动飞机中，电池系统和电力电子设备常采用水冷方式进行热管理，推进电机若同步采用水冷方案则可以实现冷却部件的系统级复用，降低整体复杂度。然而，水的绝缘性能较差且常压沸点仅为100℃，因而不能与绕组等带电热源直接接触，仅可作为间接冷却介质使用，这在一定程度上限制了其冷却效果的上限。
机壳水套冷却是当前应用最为广泛的水冷方法。该方法通过在电机机壳内部加工螺旋形或轴轴向流道，使冷却水在机壳内循环流动，吸收由定子铁心通过接触热传导传递出来的热量。诺丁汉大学针对小型全电飞机设计的550 kW永磁推进电机采用周向螺旋型水套冷却方案，额定工况下的电流密度为9.5 A/mm²。相关研究对周向水套和轴向水套两种流道布置形式进行了对比分析，结果表明轴向水套因其更均匀的流速分布而具有更高的对流换热系数。然而，深入分析发现，在机壳水冷方式下，电机温升的主要限制因素并非机壳表面的对流换热效率，而是电机内部从绕组到铁心再到机壳的热传导过程，因此仅优化水套流道结构对抑制温升的效果并不显著。
为了缩短水道与热源之间的有效传热距离，水冷板冷却方法应运而生。该方法将薄型水冷板直接贴附于定子铁心表面或嵌入铁心内部，大幅减小了热量从热源到冷却水之间的传导热阻。华中科技大学提出的多层定子铁心水冷板方案中，多片水冷板与定子铁心叠片交替排列、直接接触，与相同工况下的机壳水套方案相比，可将额定工况温升降低20℃以上。沈阳工业大学针对双转子轴向磁场永磁电机的结构特点，提出了槽内内外循环水冷结构，与传统轴向内外循环水冷结构相比，该方案兼具散热面积大、散热效果好和进出口压降小的优势。水冷板冷却系统相比机壳水套能够显著提升冷却效率，但其本质上仍属于间接冷却系统，冷却效果与直接接触式冷却相比仍存在差距，且水道在定子铁心内部的精密布置在结构复杂或尺寸要求极为严格的推进电机中受到显著限制。
5.3 油冷技术
油因其优异的绝缘性能，能够与电机内部带电部件直接接触，实现高效直接冷却。直接油冷方法与风冷、水冷方式相比通常具有更强的整体冷却效果，有利于推进电机功率/转矩密度的进一步提升，是近年来航空电推进永磁电机产品中最受关注的冷却技术路线之一。
定子油冷技术涵盖循油冷却、喷油冷却和浸油冷却等多种实施方案。循油冷却通过在定子铁心外侧设置循环油道对定子铁心进行冷却，结构较为简单可靠，但冷却油不与定子内部绕组、槽绝缘等核心发热部件直接接触，无法充分发挥直接冷却的技术优势。定子喷油冷却可于电机轴向两端或壳体顶端开设喷油孔，将冷却油以射流形式直接喷射到端部绕组表面，对端部绕组这一传统冷却方案中散热最困难的区域具有极强的冷却效果。诺丁汉大学及伦敦玛丽女王大学的研究团队针对发卡绕组永磁电机设计了喷油冷却系统，并通过实验对比了不同喷嘴形式和数量对电机温度分布的影响，实验结果表明喷油冷却条件下电机电流密度可达23 A/mm²以上。然而，喷油冷却方式的油量分布较为分散，对大功率推进电机容易造成各区域冷却不均和严重的局部热点问题。
浸油冷却方法可根据浸没范围分为整机浸油和定子浸油两类。整机浸油冷却将电机的定子与转子整体浸没于绝缘冷却油中，具有冷却效果优异和不易漏油的优点，但转子在油液中高速旋转会产生严重的搅油损耗——这一损耗在电机高转速运行时尤为突出，可占电机总功率的相当大比例，造成发热增加和系统效率下降。诺丁汉大学研制的9.7 kW、8700 r/min高速永磁电机采用整机浸油结合槽内油道的复合冷却方案，可实现25~30 A/mm²的长时间运行电流密度。北京航空航天大学针对飞机电液作动器设计的15 kW、20000 r/min高速永磁电机同样采用整机浸油冷却方案，并对搅油损耗进行了定量研究，结果表明20000 r/min转速下搅油损耗可占电机总功率的20%，这一问题在航空推进电机的高转速应用场景中不容忽视。
为了避免转子搅油损耗，定子浸油冷却方案通过在定子外侧设置隔油套，仅将定子部分密封浸没于冷却油中，转子仍在空气环境中工作。该方案在实现定子高效直接冷却的同时，避免了高速转子在油液中造成的搅油损耗，尤为适用于损耗主要集中于定子部分的直驱式永磁推进电机。密封隔油套材料需兼具耐高温性、耐油腐蚀性和足够的机械强度，同时厚度应尽可能薄以避免电磁气隙过度增大导致电磁性能下降，目前多选用玻璃纤维、凯夫拉等高强度绝缘复合材料。诺丁汉大学针对混合电推进飞机设计的4 MW高速永磁发电机采用定子密封浸油冷却方案，结合双端进出油口、槽内油道和铁心外侧油道的多路径设计，预计可实现27.5 A/mm²的高电流密度。华中科技大学提出了一种结合定子浸油和铁心纵向错位油道的创新冷却结构，可实现高达30 A/mm²的电流密度。南京航空航天大学研制的100 kW定子浸油永磁推进电机在19.2 A/mm²电流密度下绕组实测温升仅28℃，展现出该方案优异的冷却效果。YASA公司和牛津大学研制的轴向磁场YASA结构永磁电机产品即采用定子密封油冷方案，已成功应用于Spirit of Innovation电推进飞机的推进系统。
转子油冷技术对于高速永磁推进电机或谐波丰富的分数槽集中绕组电机同样不可或缺，因其转子部分的涡流损耗、风摩损耗和机械损耗相对较大。转子空心轴通油冷却是一种被广泛研究和应用的可靠高效转子冷却方案——该方法在对转子永磁体和铁心进行直接冷却的同时，还可利用转子旋转产生的离心力将冷却油从轴内径向甩出，对轴承进行喷油润滑与冷却，从而显著提高轴承的可靠性和寿命，适配航空电推进系统连续高速运转的严苛应用场景。转子空心轴油冷主要有直接空心轴油冷和循环空心轴油冷两种结构形式：直接空心轴油冷在转轴两侧分别设置进油口和出油口，油路结构简单，但转子两端均须设置动密封装置，泄漏风险更高；循环空心轴油冷采用内外双层通道设计，冷却油在转子内部完成闭环流动，进油口和出油口均集中在转轴的同一端，不仅降低了转子动密封的难度，同时便于在电机非驱动端集中布置油冷系统配套组件，可靠性更高。
在推进电机油冷系统的实际工程应用中，常将多种油冷方式组合使用，以满足定子绕组、定子铁心、转子永磁体和轴承等不同发热部件的差异化冷却需求，有效降低系统整体温升并消除局部热点。例如，可通过进油口“一分二”结构实现定子浸油冷却与转子空心轴油冷的耦合集成，充分利用同一油冷系统平台完成全电机的高效热管理。
六、推进电机的相变传热技术
相变传热技术作为一类区别于常规显热传热方法的新型热管理手段，正逐步在推进电机冷却领域获得关注和研究应用。相变传热是指工质通过吸收或释放潜热发生相态变化（包括液-气、固-液、固-气等形式）所伴随的高密度热量传递现象。与单纯的显热传导或对流传热相比，相变传热具有热通量密度高、温控能力强和热稳定性好等突出特点，在特定的高功率密度和高瞬时热负荷应用场景中展现出独特的技术优势。
6.1 相变传热系统的特征与分类
推进电机可采用的相变传热技术主要包括热管冷却、蒸发冷却和固液相变冷却三大类，三者虽均涉及工质的相态变化过程并借助相变潜热实现热量调控，但其本质作用机理和工程应用目标存在根本性差异。
从传热机制角度分析，三种相变传热技术的物理本质区别如下：热管冷却通过封闭腔体内工质的连续蒸发-冷凝相变循环，实现热源端与冷端之间热量的高效快速输运，其等效热导率可达10³~10⁶ W/(m·K)数量级，远高于任何单一均质固体材料，本质属强化导热型技术，通过加速热量从热源向冷端的传输间接降低热源区域的稳态热平衡温度。蒸发冷却通过低沸点绝缘液体在热源表面吸收大量汽化潜热并转化为蒸汽，借助周围气流或风扇系统将蒸汽携带的热量排走，直接在热源区域去除大量热量，是一种适用于高瞬时热负荷的直接冷却方法。固液相变冷却则利用相变材料在其熔点附近从固态转变为液态时吸收大量熔化潜热，使系统等效热容显著提升，在温度基本恒定的条件下延缓被冷却对象的温升速率，其作用类似于一个高效“热能缓冲器”。三者虽同属相变传热范畴，但在热管理系统中的功能定位和适配场景存在根本性差异，不可混为一谈。
6.2 热管冷却技术
热管是一种利用封闭腔体内相变工质的蒸发-冷凝循环过程实现超高效率传热的特殊导热装置，自问世以来已在航天器热控、电力电子冷却等领域获得了广泛而成功的应用。热管的基本结构由外壳、毛细芯和蒸汽腔三部分组成：外壳通常选用铜、铝或不锈钢等高热导率金属材料以保证良好的导热性能和机械强度；毛细芯作为热管的核心功能部件，通过在气-液相界面处产生毛细驱动力来驱动液态工质从冷凝端回流至蒸发端，其微观结构和性能参数直接决定了热管内部工质的循环效率和整体传热能力。
在毛细芯结构的选择上，沟槽型毛细芯具有制造工艺简单、加工成本低廉和液体流动阻力小的优点，但其产生的毛细驱动力相对较弱，在重力场中抗重力工作的性能有限——这一特性在飞机姿态变化的飞行工况中可能成为制约因素。相比之下，烧结型毛细芯通过金属粉末的高温烧结形成多孔网状微观结构，能够提供更强的毛细驱动力和更加均匀稳定的液体回流通道，从而具有更优的整体传热性能和抗重力工作能力。热管内部液体工质的选择需综合考虑有效工作温度范围、热稳定性、饱和蒸汽压、汽化潜热、表面张力以及热导率等多个物理化学特性参数。在各种候选工质中，水凭借其较高的汽化潜热（约2260 kJ/kg）和较大的表面张力，通常能够实现更高的传热效率和更稳定的循环运行性能，是中常温区段最常用的热管工质。
热管等效热导率可达纯铜的数十倍乃至数百倍，兼具传热性能卓越和传热距离长的双重优势，近年来在电机冷却领域得到了广泛的研究关注和工程应用。热管的冷凝端通常可由散热翅片风冷或水套水冷等方式进行冷却，吸热端则可灵活安装于电机机壳、定子绕组、定子铁心等不同部位，也可安装于转子铁心作为旋转热管以增强转子部分的导热能力。对于发热高度集中于定子部分的直驱式永磁推进电机，以槽内绕组热管和定子铁心热管两种布置形式最为有效。
槽内热管直接嵌入定子槽内与绕组紧密接触，尤为适合发热集中于定子绕组的直驱式高转矩密度推进电机。哈尔滨工业大学、清华大学、诺丁汉大学和海军工程大学均对电推进飞机用永磁电机的槽内热管结合散热翅片风冷方案进行了系统研究。诺丁汉大学的研究成果表明，该方法可将电机持续运行电流密度由7.9 A/mm²显著提升至14.7 A/mm²。南京理工大学对比分析了35 kW轴向磁场YASA永磁电机在三种不同风冷方案下的冷却效果——传统风冷、附加铜管风冷和槽内热管风冷——电机最高温度分别为220.9℃、181.4℃和149.9℃，充分证明了热管冷却在降低电机温度方面的显著优越性。然而，槽内热管在显著提升绕组冷却效果的同时，也占用了宝贵的槽内有效面积，降低了槽满率，且槽内漏磁场会在金属热管管壁中感应产生额外的涡流损耗，导致电机总体效率下降。因此，在实际工程应用中，应全面权衡热管在冷却性能提升与潜在电磁性能折损之间的得失关系。为了在实现高效冷却的同时最小化热管对电磁性能的不利影响，南京航空航天大学与南京师范大学联合提出了端部热管冷却方案，将热管贴合布置于集中绕组端部的外表面，尤其适用于轴长较短的扁平式高转矩密度永磁推进电机。
铁心热管一般沿轴向布置于定子铁心轭部，在增强定子整体冷却效果的同时避免了占用宝贵的槽内面积和主要磁通路径。哈尔滨工业大学和沈阳工业大学分别对铁心热管结合风冷的方案进行了研究，结果一致表明该方法对定子铁心的冷却效果极其显著，但对绕组部分的冷却则相对有限。为进一步优化温度分布均匀性，可将铁心热管与槽内热管组合使用形成复合热管冷却系统。南京师范大学设计的110 kW永磁电机即采用铁心热管与槽内热管水冷相结合的双路径方案，在不显著影响电磁性能的前提下实现了更加均匀的温度分布和更低的整体温升，电机电流密度达到15 A/mm²。
超薄平板热管是近年来发展迅速的一种新型热管技术。与常规圆柱形热管相比，超薄平板热管的厚度可低至0.4~1.0 mm，在保持与传统热管相似的高等效热导率的同时实现了极致的空间利用率，能够满足航空推进电机在尺寸、重量和集成度方面极为严苛的约束要求。湖南大学的研究将超薄平板热管布置于定子槽底，使其与绕组和定子铁心同时直接接触，实验结果表明该方案可使定子热点温度降低超过14℃，电机功率密度提高约10%。均温板是另一种特殊形式的热管技术，虽然在物理原理上与传统热管一脉相承，但在几何构型和功能定位上存在显著区别：传统热管通常呈圆柱状或扁管状，具备明确的蒸发端和冷凝端空间分工，热流主要沿管轴方向进行一维定向传输；均温板则为扁平二维板状结构，能够在平面内实现高效的二维横向热扩散，使局部高热流密度区域的热量迅速扩散至整个板面，更契合大面积发热组件的均温化应用需求。
6.3 蒸发冷却技术
蒸发冷却技术利用低沸点、高绝缘性的专用工质在热源表面沸腾蒸发时吸收的大量汽化潜热实现高效冷却，并借助周围气流或风扇系统将产生的蒸汽携带的热量排放至外部环境。威斯康星大学和哈尔滨工业大学均对电机浸没式蒸发冷却技术开展了深入研究。其基本方案是将电机定子部件直接浸入去离子水、Novec 7000等绝缘冷却液体中，电机运行产生的热量驱动液体发生相变转化为蒸汽，蒸汽在冷凝器表面冷凝后回流至液池中循环使用。威斯康星大学的实验结果令人瞩目——该方法可使电机在高达40 A/mm²的极限电流密度下保持热安全运行，且绕组平均温度始终维持在110℃以下的合理范围内。
相比传统风冷与液冷方式，蒸发冷却的单位面积传热能力实现了数量级式的提升，已在大型汽轮发电机、风力发电机等兆瓦级电工装备中获得了广泛的成熟应用，展现出在高功率密度和高瞬时热负荷航空电推进电机中的巨大应用潜力。然而，蒸发冷却技术在推进电机的航空工程应用中仍面临着一系列不容忽视的挑战：系统结构复杂度高，涉及工质充装管理、系统压力调控、密封可靠设计以及气相-液相可靠分离等多个技术环节，设计与制造难度显著高于常规冷却系统；存在工质泄漏、系统腐蚀和蒸发器干烧等潜在故障风险，对密封性能和材料兼容性提出极为严格的要求；高度依赖外部气流条件保障冷凝效率，飞行过程中气流速度不足或环境湿度过高将抑制工质的蒸发速率并降低换热效率。加之系统成本较高，该技术在航空推进系统中的实际应用推广仍需在性能提升收益与系统复杂性、环境适应性和经济性之间进行综合权衡和审慎决策。
6.4 固液相变冷却技术
固液相变材料因其较高的熔化潜热、较小的相态体积变化率和良好的可逆储能特性，在电子设备热管理和建筑节能等领域得到了广泛应用。在相变过程中，系统温度围绕相变温度保持相对恒定，而系统能量随相变进程发生大幅变化。石蜡是最具代表性的固液相变材料，具有储热密度高、相变温度范围适宜、化学性质稳定无腐蚀、安全可靠且价格低廉等综合优点。北京航空航天大学的研究将石蜡灌注在电机机壳内部的环形腔室中，实验结果表明相变材料的引入可使电机短时过载运行时间延长约32.7%，峰值温度降低约7.8℃。固液相变冷却方法因其高潜热特性，能够有效延缓电机短时过载工况下的温升速率，提升电机的过载运行能力和热安全裕度，适合用于存在短期或间歇性过载工作需求的推进电机。
然而，固液相变冷却技术在推进电机实际应用中仍面临着若干技术缺陷与工程挑战。热响应速度慢是首要限制——相变材料在吸热过程中需完成从固态晶相到液态非晶相的转变，这一固液相界面推进过程相对缓慢，导致其在快速热负荷变化下存在明显的热响应滞后，难以有效应对推进电机短时大功率运行时产生的瞬态热冲击。多数相变材料（以石蜡为典型代表）的本征热导率较低，通常仅为0.2~0.3 W/(m·K)水平，严重限制了固液相变系统的整体传热效率，因此仅能作为推进电机过载能力的辅助提升手段，而难以有效降低稳态连续运行时的基温。为满足足够热吸收能力所需的相变材料质量和体积通常较大，附加重量相当可观，不利于高功率/转矩密度推进电机对极致轻量化和紧凑结构的严苛要求。此外，相变过程本身存在过冷效应、相分离等不稳定现象，实际变工况下难以实现理想的恒温吸/放热过程，对系统设计和热控策略提出了更高要求。部分相变材料在长时间循环使用后可能逐渐出现性能衰退，表现为相变温度漂移、有效潜热降低、材料泄漏或成分分层等退化现象，将影响系统的长期运行稳定性和全寿命周期可靠性。
七、推进电机新型冷却热管理技术发展趋势展望
随着航空电推进技术向更高功率等级和更复杂系统架构的持续发展，推进电机冷却系统正朝着精细化与集成化的方向加速演进。新材料、新工艺和新架构的不断涌现，为推进电机热管理技术的创新发展注入了强大动力。
7.1 推进电机新型冷却技术
空心导体冷却技术通过在导体内部直接流通冷却液，将冷却介质输送至发热最为集中的导体核心区域，实现对绕组的最直接、最高效散热。这一技术方案可大幅突破传统外部冷却方式下热量需穿过绝缘层和导体间隙才能到达冷却界面的热阻限制，从而支撑电机电负荷的进一步提升。谢菲尔德大学研制的62.7 kW永磁电机采用空心导体油冷结合机壳液冷的复合方案，在仅6.7 L/min空心导体油冷流量下的绕组平均温度相比12 L/min机壳液冷方案降低了约30℃。威斯康星大学设计的1 MW高速永磁推进电机对空心导体油冷方法进行了深入评估，结果表明该方法具有优异的冷却性能，但由于空心导体改变了导体截面的电流分布特性，会导致显著的交流铜损增加。马凯特大学进一步提出了空心导体与热管冷却相结合的新型方案：其250 kW永磁推进电机采用AlSi10Mg增材制造空心导体，热管吸热端嵌套于空心导体内部，冷凝端置于热交换器内由水-乙二醇冷却液带走热量，最终实现13.9 A/mm²的电流密度。然而，工艺制造难度大、绕组附加交流损耗高、冷却液泄漏风险难以完全规避等因素，是目前制约空心导体冷却技术在航空推进电机中规模化应用的主要障碍。
微通道冷却技术通过在毫米级乃至微米级的微小通道内流通冷却介质，在极为有限的安装空间内实现散热面积的显著增加和热交换效率的阶跃式提升，高度契合航空推进电机对结构紧凑性和极致轻量化的严苛要求。普渡大学将增材制造微通道冷却结构嵌入分段定子线圈内部，以R1233zd(E)为工质实现两相冷却，实验结果显示峰值电流密度可达30.4 A/mm²，相比参考冷却方案绕组温度降低约75℃，最大持续运行电流近乎翻倍。随着增材制造和高精度复合加工等先进制造技术的持续突破，微通道冷却有望在航空推进电机领域获得广泛应用。此外，微通道冷却技术展现出极强的技术兼容性，可与其他冷却技术如热管、相变材料等协同使用，构建集高效传热、储热和均热能力于一体的复合冷却系统。
低温燃料冷却技术代表了大型电推进飞机热管理的一个重要发展方向。液氢凭借其极高的能量密度、真正的零碳排放、极强的低温冷却能力以及可由可再生能源制备的可持续性优势，近年来受到全球范围内的广泛关注和系统研究，被视为未来中大型电推进飞机发展的关键使能技术。在氢动力飞机中，液氢可以同时承担推进能源供应和电机/电缆低温冷却的双重功能，从而减少冗余设备并大幅提升系统集成度和总体效率。NASA的CHEETA项目联合伊利诺伊大学正在研发2.5 MW全超导电推进系统，利用液氢同时作为燃料电池燃料和超导电机冷却剂，目标比功率超过25 kW/kg，效率高达99.9%。空客与东芝已启动联合研究，探索将机载液氢超低温冷能用于超导电机的冷却，利用液氢-253℃的储存温度取消单独的大型制冷装置，可显著提升系统总体效率。Hinetics公司同步推进的CRUISE-motor项目则瞄准10 MW级部分超导电推进系统，目标比功率高达40 kW/kg、效率99.4%，并创新性地集成了低温制冷器实现转子冷却。Fraunhofer研究所在AMBER项目中开发的750 kW级推进电机采用矩形发卡绕组结合直接油喷冷却方案，功率密度达到约8 kW/kg，代表了常导推进电机在当前技术水平下的先进成果。我国工信部、科技部等四部门于2023年发布的《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035年）》中亦明确指出要积极布局氢能航空关键技术研发，为低温燃料冷却技术的长远发展提供了明确的政策导向。
相比之下，液氮虽然成本低、安全性较高，但其沸点约为77 K，冷却能力较液氢明显偏弱，主要适用于常导推进电机的低温冷却散热，在超导电机的超低温需求面前适用性有限。液氦虽然拥有约4.2 K的极低沸点，能够满足低温超导材料最严苛的冷却需求，但其高昂的成本和极为困难的储存运输条件严重限制了在民用航空领域的大规模应用前景。在未来航空业向氢能源转型的宏大趋势下，随着液氢航空推进技术的逐步成熟，低温燃料冷却技术有望成为中大型航空电推进系统的主流热管理解决方案之一。
7.2 推进电机与逆变器集成化冷却
推进系统由推进电机及其驱动逆变器以及推进装置（螺旋桨或涵道风扇）构成。随着宽禁带功率半导体器件（尤其是碳化硅SiC器件）和先进封装技术的快速发展，电机与逆变器的一体化、集成化设计已成为航空电推进系统的重要发展趋势。通过集成化冷却设计使电机与逆变器共用一套冷却系统，可以大幅简化整体冷却架构、减少管路和接头数量、降低系统总重量并提高系统功率密度。但推进电机与逆变器的集成化设计也将导致系统热点分布更加集中——电机绕组损耗和逆变器开关损耗、导通损耗在有限的集成空间内高度聚集——对一体化热管理提出了更加严苛的要求。
在航空电推进领域，推进电机及逆变器的集成化冷却已获得初步的工程应用验证。MAGicALL公司研发的电推进系统采用电机与逆变器集成化冷却架构，冷却介质在总成外壳内部的闭合回路中循环流动，实现对电机、逆变器及减速器的一体化协同冷却。H3X公司研发的200 kW集成化电推进系统将逆变器径向集成安装于电机机壳表面，液冷机壳采用增材制造工艺一体成型，其内部冷却管道可同时对电机定子和逆变器功率模块进行冷却。马凯特大学研制的250 kW永磁推进电机集成化冷却架构中，逆变器集成于电机端面，二者共用冷却流道和热管系统——其中逆变器热管在起到高效冷却作用的同时还兼具结构固定安装功能，最终确保逆变器运行温度始终不超过95.2℃。威斯康星大学研制的1 MW永磁推进电机将逆变器径向集成安装于定子表面的液冷板上，利用液冷板同时对电机定子和逆变器进行高效散热。麻省理工学院的1 MW永磁推进电机则将逆变器同轴安装于电机端面外部，二者共用集成化压缩机吸气驱动的风冷系统，实现了推进电机与逆变器在热管理层面的深度一体化。
7.3 推进电机与桨扇动力装置综合热管理
推进电机直接驱动螺旋桨或涵道风扇等推进装置，其冷却系统的设计应紧密结合推进装置的气动特性和结构特征进行一体化协同优化。桨叶气流风冷系统凭借其与推进功能的天然耦合关系，不但能够提供有效的冷却效果，还可避免引入额外的冷却风道或风扇部件，具有系统架构简洁、结构集成度高的突出特点，尤其适合具备多个分散推进装置的分布式电推进系统。
在桨叶气流风冷系统中，电机相对于桨叶的空间布置方式对冷却效率、电机性能乃至飞行器整机性能均产生显著影响。常见的两种基本配置方式分别为前置电机和后置电机。前置电机配置具有显著的冷却优势：电机直接暴露在未经桨叶扰动的自由来流中，冷却空气温度更低、流场更加均匀稳定，且不存在桨叶叶片对电机冷却通道的遮挡效应，冷却气流能够更加充分地流经电机绕组表面以提升散热效率。此外，前置配置确保了桨叶与尾翼之间的安全间距，降低了潜在的结构干涉风险，且桨叶更易于维护检修。而后置电机配置则在气动效率方面更具优势：桨叶前方气流未受电机及支撑结构的干扰，使得螺旋桨或风扇能够在更理想的均匀流场和更低的进气温度条件下工作，从而获得更高的推力效率和更低的噪声水平。此外，后置结构有利于推力的直接传递、轴承布置更为简洁紧凑，并能更好地适应电机热膨胀产生的轴向位移。然而，后置电机位于风扇下游的高扰动、高速复杂气流环境中，冷却气流的有效获取受到限制，且流场极不稳定，导致电机冷却效率相对较低。因此，在航空推进系统的总体设计中，应综合权衡冷却需求、气动性能与结构布置三方面的要求，选择最适宜的电机安装方式和桨叶气流冷却方法，以达到最佳的集成化冷却效果。
对于结合桨扇气流的冷却方式，需特别关注复杂飞行工况下不同气流条件对推进电机全工况散热性能的影响规律。气流冷却性能在高空飞行环境中受到飞行高度与速度的显著影响：随着飞行高度的升高，空气密度和大气压力逐渐降低，导致单位体积空气所携带的有效热容显著减小，不利于冷却气流的获取和对流换热效率的维持；然而，高空环境温度随高度增加而降低，又可在一定程度上提升冷源温度差、改善冷却效果。飞行速度的提升通常伴随来流动压的增加，有助于提高冷却气流速度并增强强制对流换热效果，但同时可能引发压缩加热效应与尾迹扰动等不利因素——这一影响在后置电机配置中更为显著。
在推进电机系统与桨扇动力装置的综合热管理工程实践方面，已有若干代表性的研究与应用案例。Archer公司研发的Midnight eVTOL飞行器采用了电机、逆变器和减速器与桨扇气流高度集成的冷却结构：系统利用螺旋桨旋转产生的高速气流协同飞行时的自然对流，通过电机和逆变器外壳上的高效散热翅片实现强制对流冷却；同时，系统还配备独立的油冷回路，冷却油在电机内部通道中循环流动，兼具润滑与冷却双重功能。Joby公司研发的eVTOL飞行器推进系统中，液冷泵驱动冷却液在电机定子和逆变器冷却板之间循环流动，热量通过冷却液高效传递并最终汇集至散热器：巡航工况下散热器依靠风扇气流实现强制对流冷却；在悬停或垂直起降等高功率高热负荷工况下，推进系统组件随倾转机构旋转，使散热器充分暴露于螺旋桨桨叶产生的高速气流中，桨叶气流与风扇气流协同作用，实现了热管理与飞行状态的最优动态匹配。
此外，航空电推进系统中除推进电机外还包括电池系统、电力电子变换器、燃料电池（如配备）等多种热源，若对各部件的热管理问题采取独立处理的方式，将面临冷却系统总体架构复杂笨重且可靠性不足的重大挑战。因此，必须充分认识推进电机与其他电推进系统部件之间紧密的功率耦合和热耦合特性，从飞行器整体和系统级协同的视角进行综合热管理设计与优化，最大限度地减小冷却系统的附加重量，并从全机能量管理的高度优化能量利用效率。
湖南泰德航空技术有限公司于2012年成立，多年来持续学习与创新，成长为行业内有影响力的高新技术企业。公司聚焦高品质航空航天流体控制元件及系统研发，深度布局航空航天、船舶兵器、低空经济等高科技领域，在航空航天燃/滑油泵、阀元件、流体控制系统及航空测试设备的研发上投入大量精力持续研发，为提升公司整体竞争力提供坚实支撑。
公司总部位于长沙市雨花区同升街道汇金路877号，株洲市天元区动力谷作为现代化生产基地，构建起集研发、生产、检测、测试于一体的全链条产业体系。经过十余年稳步发展，成功实现从贸易和航空非标测试设备研制迈向航空航天发动机、无人机、靶机、eVTOL等飞行器燃油、润滑、冷却系统的创新研发转型，不断提升技术实力。
公司已通过 GB/T 19001-2016/ISO 9001:2015质量管理体系认证，以严苛标准保障产品质量。公司注重知识产权的保护和利用，积极申请发明专利、实用新型专利和软著，目前累计获得的知识产权已经有10多项。湖南泰德航空以客户需求为导向，积极拓展核心业务，与国内顶尖科研单位达成深度战略合作，整合优势资源，攻克多项技术难题，为进一步的发展奠定坚实基础。
湖南泰德航空始终坚持创新，建立健全供应链和销售服务体系、坚持质量管理的目标，不断提高自身核心竞争优势，为客户提供更经济、更高效的飞行器动力、润滑、冷却系统、测试系统等解决方案。
推荐阅读：
券商晨会精华：京沪房价止跌传递积极信号，有望加速房地产市场预期的修复
