基于安全性的电动垂直起降飞行器飞控系统架构设计

飞行控制系统作为电动垂直起降(electric vertical take-off and landing,eVTOL)飞行器的关键机载系统,需要具备和民机同样的安全性。为了设计满足eVTOL飞行器需求的飞控系统架构,根据适航规章梳理了安全性要求,并基于安全性要求介绍了eVTOL飞行器飞控系统飞控计算机、传感器和作动器余度设计技术,设计了一种基于安全性考虑的eVTOL飞行器飞控系统架构;分析了eVTOL飞行器旋翼构型下的典型功能危险,并采用故障树进行了安全性分析。结果表明,设计的飞控系统架构的典型功能危险能够满足失效概率的要求。

利用旋翼机和固定翼飞机的空气动力学理论综合估算电动垂直起降飞行器的飞行性能

根据旋翼机和固定翼飞机的气动理论开发了一个综合方法过程用于估算电动垂直起降(Electric vertical takeoff and landing, e VTOL)飞行器的飞行性能。这种飞机通常采用多旋翼垂直飞行,螺旋桨和机翼的不同组合方式实现飞行。其中,对旋翼和螺旋桨的气动性能采用传统动量理论分析和旋翼元素分析。本文利用此综合理论研究了12架e VTOL飞行器的飞行性能,包括多旋翼飞行器、矢量推进飞行器和升力巡航飞行器。计算了悬停、爬升和下降以及巡航水平飞行,不同飞行状态时驱动电机、旋翼和机身的飞行特性。据此,可以进一步确定电力推进系统的性能指标,以匹配螺旋桨或旋翼,从而满足飞行任务。

电动垂直起降飞行器发展现状及其在航空医疗救援中的应用展望

介绍了电动垂直起降飞行器的基本概念、发展历程、分类方式、特点及优势,从时间、空间、运送能力和安全性等4个维度分析了电动垂直起降飞行器在航空医疗救援中应用的可行性,指出了电动垂直起降飞行器在院前急救、院际转运和应急医疗救援等方面具有较好的应用前景。

电动垂直起降飞行器的发展现状研究

近年来,电动垂直起降(eVTOL)飞行器在城市空运中得到快速发展。本文介绍了近5年来世界范围内主要的在研电动垂直起降飞行器项目,从飞行器布局形式、总体设计参数、推进系统类型、飞行控制等级等方面进行了归纳和总结,分析了不同构型下相应电动垂直起降飞行器的主要特点,辨识了电动垂直起降飞行器作为一类特殊飞行器在产品实现过程中涵盖的主要关键技术,提出了电动垂直起降飞行器未来的发展路线,并指出了其商业化发展所面临的主要挑战。

云南省发展电动垂直起降飞行器产业的思考与建议

2024年云南省政府工作报告提出将低空经济列为加快培育和发展的新兴产业之一,电动垂直起降飞行器(eVTOL)作为低空经济的重要基础部件,正呈现出快速发展的趋势和广阔的应用前景。本文针对eVTOL的特性分析研究,为我省低空经济培育和发展提供相关思路,助力我省开辟“绿色低空”新赛道。

电动垂直起降飞行器的技术现状与发展

电池、电机技术的进步和分布式电推进系统的应用极大促进了电动垂直起降飞行器的发展。本文概述了不同电动垂直起降飞行器构型优缺点及适用场景,并从性能、经济性等方面对电动垂直起降飞行器与常规燃油飞行器进行了全面对比。在噪声特性方面,电动垂直起降飞行器旋翼间、旋翼-机翼等干扰噪声更为突出,而低桨尖速度、大实度的电推进旋翼系统极大降低了全机噪声水平(噪声降低约15 dB)。在能源方面,锂离子电池是当前和未来电动垂直起降飞行器的主要能源;先进的电池材料体系、电池-机体结构一体化设计及优良的电池管理系统是未来提升全机能量密度和能源安全的有效方式。电动垂直起降飞行器冗余操纵特点增加了飞控系统设计难度,但同时也能够提高全机安全性;故障重构与协同控制是飞控系统设计面临的新课题。电动垂直起降飞行器不仅构型种类丰富且具有高压电动力、电推进、电传飞控、电作动等新颖设计特征,当前缺少试飞数据的情况下,基于系统的工程方法是开展其安全性设计的主要方法。

适用电动垂直起降飞行器的EWIS适航审定要求研究

鉴于国内低空经济发展趋势和电动垂直起降飞行器项目激增,通过参考25部适航标准对典型电动垂直起降飞行器(eVTOL)的电气线路互联系统(EWIS)范围及组成进行界定,阐述EWIS系统在eVTOL研制及适航审定中的重要性,并通过梳理美国、欧洲、中国适航当局的eVTOL适航审定要求,分析其与25部、23部适航标准中相关EWIS适用条款的关联关系,确定适用于eVTOL的EWIS适航审定要求及内容,结合e VTOL技术特点指出EWIS研制与适航认证过程中的关键要素,为国内eVTOL研制及适航认证提供参考和借鉴。

城市空中交通动态空域垂直起降飞行器路径优化

针对目前城市空中交通动态空域航线优化方法难以保证最优性和计算效率上不足,以及对市区与市郊混合运行场景覆盖的缺陷,首先,提出一种适用于市郊和市区运行的城郊结合路网构建方法;其次,基于电动垂直起降飞行器(eVTOL)飞行动力学模型,提出准确的eVTOL功率消耗模型优化飞行路径;最后,基于涟漪扩散算法(RSA)提出适用于动态空域中的动态加权路网(RSA-DWRN)算法。通过构建包含时变气流和障碍区影响的城郊结合路网结构,以优化路径耗电量、飞行时间、计算时间和匹配度为指标,比较RSA-DWRN和传统动态路径优化算法DPO-A*在5种场景下600次实验优化效果。仿真结果表明:RSA-DWRN算法在4类指标下效果最好,且当动态空域环境因素越复杂时,RSA-DWRN表现越优;当空域中存在移动障碍物时,DPO-A*算法无法预测其运动轨迹且需频繁更新路网状态,大量提高了路径规划计算成本,而RSA-DWRN算法在相同情景下与动态环境变化过程协同进化,得到同时保证优化结果和计算效率的最优解。

美国空军敏捷至上电动垂直起降飞行器项目分析

电动垂直起降飞行器以其高效率、低运营维护成本、低噪声等显著优势,在全球商用领域获得了广泛关注与快速发展。美国空军开展敏捷至上项目,借助商用技术发展基础,充分利用政府资源对行业的支撑作用,探索新兴技术的军事应用,旨在有效降低成本、形成敏捷任务能力。分析了电动垂直起降飞行器技术军事化应用的发展背景,梳理了敏捷至上项目的概况、技术需求与飞行器方案,并在此基础上总结分析了其发展特征与启示。

电动多旋翼垂直起降飞行器最优续航性能分析

采用动量理论计算电动多旋翼垂直起降飞行器悬停和前飞的需求功率;采用Peukert模型模拟电池放电,建立了电动多旋翼垂直起降飞行器最优续航性能分析方法;基于某型六旋翼电动垂直起降飞行器平台,对最优续航性能进行了分析。结果表明,悬停和匀速前飞均存在最优的电池重量比2,使得续航时间最大,且该比值与电池性能参数无关;对于续航里程,最优电池重量比与电池Peukert系数n有关。为获得飞行器重量和续航性能之间的平衡,电池重量比需低于最优电池重量比。

eVTOL飞行器在航空医疗救援中的应用

航空医疗救援是国家构建立体化医疗救援体系的关键组成部分,也是提升突发事件应急救援能力的重要途径。通过对比、总结欧美发达国家与我国的航空医疗救援体系的现状,分析了我国航空医疗救援体系面临的主要困境,探析了将eVTOL飞行器引入我国航空医疗救援体系对于不断改善其现有困境的积极作用。

基于eVTOL的城市垂直交通系统构建

电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-Off and Landing,eVTOL)是全球都在密切关注的一种新型城市空中交通工具。首先,对城市垂直交通系统进行研究,系统介绍了eVTOL的发展历程、技术特点和产品优势,对未来的应用场景和市场规模进行研判。其次,参考国内外的相关技术标准,重点对起降场地分类、选址以及建设要求展开分析,并阐述了未来eVTOL出行的运营服务和城市中低空空域管理的相关要求。最后,分析了eVTOL发展所面临的挑战并提出了发展建议,可为中长期的城市交通规划提供技术参考。

面向乘员安全的飞行汽车整机设计

目的 以飞行汽车旅航者X2为例,探讨面向乘员安全的飞行汽车关键硬件与系统的整机设计实践。方法 通过分析现阶段的飞行汽车设计标准、支持政策、用户需求,形成面向乘员安全的整机产品定位和设计概要。结果 开展高安全整机结构设计、降落伞安全设备、高可靠飞控系统等关键部件的研究,形成各部件的基础理论体系及设计实践方案。结论 通过对飞行汽车整机设计实践过程中各环节进行分析和评估,为开发基于乘员安全的飞行汽车的整机设计在工业造型设计、工程结构和系统设计深度融合和协同创新提供新思路。

面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法

为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复杂功能;然后,使用动态反应规划(DRP)作为智能航电系统的备用功能,以减缓SOTIF危险,同时,使用监视和决策模块采集环境状态,搭建RTA架构;最后,分别仿真仅使用复杂功能和具有RTA架构的避障系统,对比避障效果。结果表明:2种方法均可实现避障,但仅使用复杂功能的传统避障系统会带来SOTIF危险;经过RTA架构设计,可使eVTOL的安全飞行时长占比由78.4%提高到98.15%,总航路长度仅增加0.95%,在保障效率的同时,降低了在运行场景中的风险。

复杂网络城市空中交通生态下eVTOL运行风险演化分析

为明确城市空中交通(UAM)生态下电动垂直起降飞行器(eVTOL)风险因素间的关联性,并探究各类风险因素对风险防控的影响,采用复杂网络理论建立风险演化模型,以国内外无人机事故数据库和通用航空事故统计结果为基础,结合eVTOL在城市低空场景下的运行特点,从人-机-环角度确定35类风险因素和10类危险事件;采用Gephi软件构建网络模型,采用节点度、接近度中心性、介数中心性与网页排序(PR)算法综合评估关键节点,采用边介数评估关键边,确定关键风险传播路径;以降低系统风险为目标,提出断链减灾措施,通过网络效率指标衡量断链控制后的系统安全性。研究结果表明:UAM生态下,eVTOL风险因素关联性较强,且存在8条关键风险传播链。阻断关键人为因素、关键系统技术故障因素及关键中间危险事件3种断链方案,分别使系统安全性提高4.74%、16.21%、18.10%。

民航飞联网智慧运行关键技术及典型应用

针对现有航空系统通信方式、管制模式和安全监管已不能满足多类大量航空器全空域运行的需求,研究提出民航飞联网及其运行关键技术。文章首先详细剖析民航飞联网概念,研究梳理飞联网发展背景,然后重点分析飞联网自主间隔、宽带互联、全息感知、通信安全四个关键技术,最后,以电动垂直起降飞行器(eVTOL)低空运行为典型场景,描述飞联网技术在其乘客便捷出行、飞行精准管控、交通智能管理和安全监管与告警方面的应用。

城市空中交通空域架构及轨迹规划方法

随着航空领域分布式电推进技术的成熟和航空电动化的趋势,各国相继提出基于电动垂直起降(eVTOL)航空器载具的城市空中交通(UAM)运行概念。在该运行概念设计中如何选择适合eVTOL运行的空域架构及其配套的轨迹规划方法是实施城市空中交通运行的关键技术问题。对eVTOL载具现状与运行性能指标进行初步调研,研讨不同城市空域架构的利弊,并基于选定的高度层空域架构设计多机协同轨迹规划方法,与传统智能算法相比,较好地实现了多机协同轨迹规划功能,且规划时间效率提高了53.13%。

低空空域规划与交通仿真技术发展和应用

随着低空经济产业的蓬勃发展,科学有效地开展低空空域管理显得愈发重要。发展低空空域规划与交通仿真技术,是实现空域资源和地面基础设施合理配置的关键前提,能为低空经济产业的持续健康发展提供支撑。在低空交通场景下的国产仿真平台处于空白,急需解决相关技术问题。为此,从国内外低空交通发展现状、低空空域管理及航路网规划、低空容量评估框架与标准、低空交通建模仿真等方面,对低空空域规划与交通仿真技术的发展态势及在低空经济产业的应用情况展开研究。