欢迎来到中国科协航空发动机产学联合体!
当前位置: 首页 >> 详情
详情
“城市空中出租车”CityAirbus考量投入城市空运的技术
关键词:      时间:2019-03-19

据《航空周刊》2019年3月刊报道,“城市空中出租车”(CityAirbus)由8台功率为100kW的电机驱动,预计三月份首飞,并将于2019年全年展开飞行试验。


空客公司预计2025年将电动垂直起降飞机(eVTOL)投入到城市空中交通运输(UAM)的商业运营中。项目启动地点和采用何种技术将成为该项目的关键问题。


欧洲航空巨头空客公司的Vahana倾斜翼电动垂直起降飞机在美国已成功完成50次飞行试验,为另一型城市空运验证机City Airbus奠定了基础。


“City Airbus原型机重2200kg,最初计划于2018年年底首飞,但是由于该型飞机还需要做出超出预期的细微调整,研发团队决定放慢项目进度。”空客UAM项目负责人Marius Bebesel表示。


Vahana是一型有翼电动垂直起降飞机(eVTOL),主要具备自动飞行控制、侦查与躲避等特点;而City Airbus采用四涵道同轴螺旋桨结构,重点放在了与西门子合作研发的电推进系统上。


image.png


第二架Vahana还未上天,但是第一架原型机已经成功试飞50余次,累积飞行时间超过5小时。


随着空客公司对城市空运平台的进一步开发,这两种截然不同的设计方案都将贡献出宝贵的知识财富。


尽管空客公司并不愿意在首飞前将City Airbus的图片公之于众,却还是在2月19日首次向记者展示了其原型机。其实,在过去两年里,该型飞机始终忠于设计师的设计理念,唯一真正区别在于借鉴了轻型直升机H135的起落架作为其起落装置。


City Airbus验证机遵循空客公司“非模型,全尺寸”的方案,机身拥有足够空间搭载四名乘客,目前尚未安装搭载乘客的设施,但是未来飞行试验并不排除测试这点。这架飞机比空客公司的H120轻型直升机还要小,设计构型也颇为简单。


City Airbus飞机的四角各有一个吊舱,每一个吊舱包括一个涵道和一对反向旋转的螺旋桨,每对螺旋桨中,下部的那个螺旋在涵道内,上部那个螺旋桨在涵道外。飞机将采用8台100kW西门子SP200D电机,每台电机驱动一个固定桨距螺旋桨。Bebesel称为了提高巡航效率,优化了碳纤维涵道设计,预计后续还将不断改进升级,以有效缩短从悬停到向前飞行的俯冲过渡,从而为不习惯乘坐垂直起降飞机的乘客提供更为舒适的飞行体验。四个碳纤维涵道可产生400kg的升力,其余动力由4个直径为2.8m的涵道外螺旋桨提供。螺旋桨距涵道耐磨内衬仅有3毫米的间隙,开始选用了木质螺旋桨,但最终选择了碳纤维桨叶进行台架测试。


由空客防务与航天公司内部研发的四块电池为电机供电。同时,另配备了四个冗余配电系统。“我们尽可能采用简单、安全的构型,”Bebesel解释说,“飞机上没有安装作动器—这也是简洁精美的设计体现。这种构型具备安全余度,因此我们能够应对任何单一类型的故障。”Bebesel还强调,City Airbus最多能承受两个电机损失,仍能不需要降落伞安全着陆。


Vahana同样能承受电机损失,但是相比之下,它的构型更为复杂,Vahana有8个电动可变桨距螺旋桨串联分布在倾斜机翼上。螺旋桨产生垂直升力和向前推力,同时控制飞机俯仰、横滚和偏航。机翼上的升降舵操纵飞机向前飞行时俯仰、横滚及悬停时偏航。


Vahana全尺寸原型机命名为“阿尔法一号”,经50次试飞累积飞行时间刚好达到5小时,短程飞行次数对电池的续航能力考验是垂直起降飞机面临的关键挑战。位于硅谷的空客研发部门A3 Vahana的项目主管Zach Lovering说,迄今为止其最长飞行时间超过7分钟,尽管Omega缩比模型的记录显示1277次试飞累积飞行时间超过51小时。


在俄勒冈州彭德尔顿的飞行试验中心,无人机系统(UAS)视频展示了Vahana自动垂直起飞,爬升至64m,然后过渡到向前飞行的过程。随着飞行速度不断增加,机翼向下倾斜,到飞机速度达到92.6km/h时,机翼向下倾斜30°。视频还显示飞机在悬停阶段向后转弯180°。


Bebesel强调指出City Airbus离最佳设计还存在很大差距。电机尺寸过大,很多机载系统也过大,包括电机冷却系统。尽管如此,飞机的有效载荷仍能达到200-250kg。飞机有待优化设计还有一部分原因是需要充分理解垂直起降飞机平台的安全结构和余度以及与此相关的负载损失。


目前计划在位于德国多瑙沃斯主旋翼轴的生产现场实现飞机首飞,随后在德国曼兴军事飞行试验中心附近开展飞行包线试飞,飞机会不断爬升新的高度。


City Airbus工程师已经将八台电机转速调到500-600r/min,并且一直在调试飞行控制系统。接下来希望电机动力达到750r/min,巡航飞行转速达到900-950r/min,预计起飞设定为1000r/min。在常规飞行阶段,预计电机速度有20%左右的浮动,反映出飞机处于正常工作状态。


Bebesel暗示道,和传统直升机相比,City Airbus产生的噪音算“相当悦耳”了。与其他直升机200m/s,甚至更高的叶尖速度相比,City Airbus的叶尖速度相当低,大约120-140m/s。


在德国曼兴试飞时,飞行路线会预先编程,规定了指定的停机地点,尽管飞行员将介入飞行循环,必要时能够采取控制。“下一步可能会在飞机上安排一名地面飞行员,我们拥有标准模块做到这点。”Bebesel言道,2019年年末有望完成飞行试验,届时,将掌握这种飞机全部的必要信息,目标是证明其有能力完成其自己设定的使命。

(翻译:梁海洋,审稿:尹书颖)