一般而言，飞行器加上涵道，如同螺旋桨运动飞机变成了喷气公务机，整个气质形象都明显上了一个档次。进入eVTOL时代以后，飞行器将在城市中使用，开放式螺旋桨对地面人员的确是一个潜在的危害，于是也有更多方案采用了涵道设计。当然，有一些“涵道”其实只是个保护罩，起不到性能提升作用，甚至降低性能。![]()
图↑ 涵道风扇（左）和带保护罩的螺旋桨（右）
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图↑ 保护罩
人类基因里面对于尖刺类或高速运动的刀片类物品是抵触的，螺旋桨被包裹起来之后，整个飞行器产品会让人更加放松，也更容易接受。![]()
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图↑ 涵道风扇飞行器
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图↑ 开放式螺旋桨飞行器
高速旋转的螺旋桨不容易被人眼看到，会导致人对危险距离产生误判，从而受到螺旋桨的严重伤害。而涵道是明显可以看到的，不仅有物理屏障，而且指示灯也是在涵道外圈上，不是在内部的电机座上，避免了误判悲剧的发生。
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图↑ 高速旋转的螺旋桨不容易被注意到
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图↑ 涵道可轻松提醒危险边界
涵道壁能产生升力，且涵道系统中所有气流均往下方吹走，而不会往侧面跑（涵道壁阻挡），加上减少了桨尖涡的能量损失，在某些特定工况下可有效提升整个动力系统的效率，获得更好的整机性能，比如悬停效率、爬升率等。减少了桨尖涡流，降低能耗的同时噪声也大幅降低，涵道整流罩中再添加隔音材料，可以更进一步降低螺旋桨对周边环境的噪声影响。当然，涵道也会有自己特殊的噪音，如定子和转子的气流干扰，这个需要综合气动和动力学特性进行处理。无需采用变距，就可以适用更大的速度范围，在这范围内均有较高效率，这个特性可以用于倾转涵道。
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图↑ 倾转涵道
在螺旋桨高速情况下断裂脱落时，可以降低叶片飞出去造成人员损伤的概率，也可以降低鸟撞损坏螺旋桨的可能性，降低螺旋桨绞到电线、树枝等危险情况（很多直升机事故）。Joby、Vertical等公司的eVTOL在试飞的时候就出现了飞桨导致全机结构和其他动力损毁坠机的情况。![]()
图↑ 飞桨导致坠毁
在同等推力或功率要求下，涵道动力直径相比开放式螺旋桨小很多，对于占用空间敏感的应用会有明显优势。在这个高转速工作状态下，扭矩要求被降低，而大扭矩是导致电机重量增加的关键，这样涵道电机的重量可以更轻。螺旋桨直径小，并且被包裹，没有明显的“桨盘效应”，倾转涵道的控制效果要优于倾转旋翼。![]()
图↑ 涵道直径可更小，电机更轻
全球已经发布的eVTOL方案有上千种，其中采用涵道设计的方案不少，有些也做了验证机试飞，但是能够进入到原型机阶段、真正完成全过程试飞、通过运营考验还有很长的路要走。主要是涵道也有不少严重的缺陷，比如：涵道必须要有足够的强度和刚度，尤其是刚度，否则一旦涵道向内变形损坏，即使一个涵道里面有2个电机螺旋桨，其裕度安全也将归零。悬臂梁形式的涵道相比悬臂梁形式螺旋桨的支撑结构，重量经常会增加200%-400%甚至更高，对于重量控制非常严格的飞行器来讲，代价非常大，这个也是涵道系统最大的一个弱势。将涵道壁结构与机身承力结构或机翼承力结构融合，也许是一种好的办法。![]()
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图↑ 涵道壁、安装支架都是非常坚实的结构
转子与涵道壁之间的距离要求非常小（一般是转子半径的1%），而且要保持形状，不能因为振动和小的撞击变形导致转子卡死。另外一个就是转子和定子之间若匹配不好，会产生新的噪声和振动，对于这块的设计和制造要求都远比开放式螺旋桨高一个量级。这个对于整个产业链要求也是很高的，否则成本将居高不下，而欧美的航空发动机产业是世界上最发达的，具备这个优势。Whisper Aero最新推出的静音电动涵道风扇设计，更是把桨叶与外圈保护罩一体成型转动，彻底消除了桨尖间隙。![]()
图↑ Whisper Aero的静音电动涵道风扇
Shield AI 公司的 V-Bat ，其涵道内侧有一圈内径加大的凹陷部分，用于容纳螺旋桨的旋转和振动（燃油发动机直驱），这样从气流方向看，螺旋桨已经嵌入到涵道壁之内，没有间隙，涵道的效率很高。
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图↑ Shield AI V-Bat涵道
增加了涵道系统，全机浸润面积增加了，不可避免的增加了阻力。涵道壁截面相当于机翼，水平涵道飞行器高速前飞或遇到大的侧风时，涵道内侧气流可能出现严重分离，大幅降低涵道效率。倾转涵道能避开一些麻烦，但是这也导致系统可靠性问题和重量问题。![]()
图↑ 侧风时涵道阻力和力矩
水平布置的涵道在巡航时阻力非常大，有些设计对涵道前后进行整流，或者采用动力前倾布局（参考：动力前倾布局--eVTOL的另一种构型），或者嵌入到机身、机翼中（坚固的涵道壁兼做机翼梁），确实能有效降低阻力。![]()
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图↑ 涵道整流
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图↑ 机身涵道（持续运转）
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图↑ 机身涵道（巡航时盖上）
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图↑ 机翼涵道（巡航时盖上）
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图↑ 机翼涵道（持续运转）
需要对转子、定子、进气道、喷口进行综合优化设计，计算分析工作量很大。一旦设计优化有偏差，可能导致出现明显的短板，比如Lilium，在垂直起降状态下航程大幅度降低，目前以短距起降方式为主。虽然倾转涵道有宽速域优势，但是任何动力存在最佳工作状态，为该状态优化设计的外形无法同时达到高效悬停和高效推进要求。
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图↑ 针对悬停优化的涵道（用于巡航则阻力很大）
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图↑ 针对推进优化的涵道
为解决倾转涵道的一些缺点，XAGON solutions公司推出了自适应涵道的概念，在起降的时候，进气口扩张，形成有利于悬停的构型，转成平飞后变成有利于巡航的构型。当然这个增加了大量活动机构和控制问题。
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图↑ 起降构型
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图↑ 巡航构型
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图↑ 转换飞行时候可不对称开启唇口
小结
涵道确实有一定的优势，但是设计和制造难度也远高于开放式螺旋桨，即使是美国，目前也还没有得到业界好评的电涵道eVTOL，甚至很多方案最初是涵道，后来改为开放式螺旋桨，说明技术成熟度、使用成本等还有待进一步提升；也许不久的将来，涵道eVTOL将大行天下。
