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城市空中交通运输若干问题
关键词:      时间:2019-01-13

据《航空周刊》2019年1月13日报道,城市空运—载人或无人电动飞机已成为航空领域炙手可热的创新技术。它将趋于成熟形成市场还是推广失败取决于制造商、运营商和监管机构能否成功应对技术、运营和社会上的多方挑战。


推进


如今航空领域出现两种不同声音,以优步公司为代表的部分企业希望未来实现全电城市空运(UAM),他们认为到2023年电池技术将具备助推小型电动垂直起降飞机(eVTOL)短程飞行的能力,而其他公司认为混电推进技术是近期的最佳选择,它不仅限于城市内部的短途运输。电动飞行的未来在很大程度上取决于能否按照预期研发出储备新型化学燃料的高能量密度电池,不过这种电池最初可能成本高、寿命短。


构型


城市空运飞行器尚未形成占主导地位的构型,eVTOL飞机大致分为无翼和有翼两类。无翼eVTOL本质上指按比例放大的多旋翼无人机。这类飞机在巡航阶段气动效率低,最适合低速完成短途飞行。有翼eVTOL从旋翼垂直升空过渡至翼载水平飞行。它们速度更快、航程更远、效率更高,但是通常要求配备升力和巡航电动机,或倾转机翼、旋翼或涵道,构型也更为复杂。


安全


城市空运属于商业空中运输,然而依据目前通用航空安全等级,固定翼或旋翼飞机都不能满足每天数千次城际间的低空飞行,必须达到航空公司的安全等级。有些电动垂直起降飞机在动力失效时无法像直升机一样自转,也不能像飞机那样继续滑翔。通过电力推进或弹道降落伞增加冗余,可能会降低风险,但是安全仍将作为设计的关键驱动因素。


认证


多数电动垂直起降飞机都有一些个别特征尚未经过认证,还有少数电动垂直起降飞机有很多特征都未经过认证。这类特征包括分布式电推进和自动飞行控制等。计划是采用正在制定的业界标准对新型飞行器进行认证。欧洲航空安全局(EASA)于2018年10月发布了电动垂直起降飞机适航标准草案,用以征求各方意见。美国联邦航空管理局(FAA)在划定新型飞行器适航类别前,计划通过增加相应的特殊条款开展适航审定。


噪音


民众接受程度可能成为城市空运的关键因素。人们乘坐电动垂直起降飞机出行是否足够安全?是否足够安静,不会扰民?上述两点限制着人们选用直升机在城市内出行。电动机从根本上讲是安静的。分布式推进降低了旋翼翼尖速度,涵道屏蔽了噪音,但是推进系统和机身的相互作用可能会产生噪音。


空域


如果对城市空运最乐观的预测可以实现,届时一个城市上空每天的航班数量将超过如今美国日均航班数,当然是在现有空中交通管理系统规定之外的空域飞行。目标是扩展正在研发的无人机交通管理或空中交通管理系统,以管理低空无人机运行,使商业实体提供的空域服务融入到城市空运管理中。


制造


为了实现高密度城际运输这一目标,航空工业需要大批量、低成本生产电动垂直起降机,预计年产量将达到5000-10000架,而目前航空制造企业的实力只能到达年产100-500架。航空制造商们瞄准了汽车行业和宝马等碳纤维汽车的自动化高速率组装,但是所需的性能以及因而产生的复杂性是飞机结构自动化制造必须面临的挑战。


基础设施


城市空中出租车服务将启用现有的直升机机场,但是高度密集的交通运营需要增加新的基础设施。这意味着最初可能会重新利用闲置的屋顶直升机停机坪或改用停车场顶层。但是最终确定需要专门设计高吞吐量垂直升降飞机机场,以容纳乘客、为飞行器充电,同时连接其他运输方式。


融资


目前大约有100多个电动垂直升降飞机的知名项目。绝大多数都是初创公司,仅有少数能够存活下来。2017年,德国初创公司“百合号”和Volocopter分别获得了9000万和3000万美元的融资,包括戴姆勒和英特尔的支持。2018年,乔比航空从丰田、捷蓝航空和英特尔等公司筹集了1亿美元资金。谷歌联合创始人Larry Page为飞行汽车创业公司Kitty Hawk研发的单座飞行汽车Flyer以及双座飞行出租车Cora提供资金。大量投资涌入这一新兴产业,不过从飞行模式概念发展成真正生产飞行器还需要更多资金。

(翻译:梁海洋,审稿:尹书颖)