基于贝叶斯网络的电动垂直起降航空器运行风险研究

为迎接电动垂直起降航空器的到来,降低平均无故障时间,对电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)航空器的一般运行场景和系统构成做出了分析,并从人为因素、设备因素、环境因素和其他因素中提取了可能的失效诱因;构建了失控坠地和空中碰撞的贝叶斯网络,并依据所建网络和通过不同专家得到的概率值计算控制失效情况下失控坠地和中间事件发生概率,然后进行反向推断,推演事故发生主要诱因。结果表明:电动垂直起降航空器正常运行发生事故的概率为9.648×10^(-7),其中,控制失效、飞控系统断电/故障是事故主要诱因,计算结果可为电动垂直起降航空器安全运行防控提供依据。

2023年电动垂直起降航空器发展回顾

电动垂直起降航空器在2023年取得了里程碑式的成就,技术上突飞猛进,产品发展百花齐放。我们有理由相信,电动垂直起降航空器发展的春天已然到来。

全球首款电动垂直起降航空器

全球首款电动垂直起降航空器,亦称飞行汽车,有一个很霸气的名字——盛世龙,它是一架2吨重,载重400公斤的纯电五座飞行器。前不久,它从深圳蛇口邮轮母港起飞,抵达珠海九州湾码头,成AUTOFLI功完成了深圳至珠海的首飞,把原本需要2.5~3小时的地面车程缩短至仅20分钟。

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%。

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%。

eVTOL航空器适航取证路径研究

电动垂直起降航空器是民航领域的关注热点。作为民用航空器,获得适航证是其合法开展运行的前提。电动垂直起降航空器根据是否有人驾驶可分为两类。本文通过分析和比较我国适航管理体系中各类适航证的取证条件和使用限制,结合不同种类电动垂直起降航空器预期用途,探索了各类电动垂直起降航空器可行的适航取证路径。

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。

我国低空经济的技术经济范式分析与发展对策

低空经济作为我国战略性新兴产业,具有典型的新质生产力特征。从低空经济的发展看,其符合技术经济范式的一般特征。低空经济发展遵循包含驱动力、新结构与新形态、价值创造活动、价值创造结果四要素的范式。目前,我国低空经济发展总体处于起步阶段,政策风口效应明显,发展前景广阔。依照技术经济范式,从驱动力看,我国正在逐步构建低空技术牵引、低空基础设施保障、低空经济政策助推的驱动力体系;从新结构与新形态看,我国低空经济已经广泛融入农业生产、观光旅游、物流配送、环境监测、应急救援等领域,在信息维度、能量维度、情绪维度的价值不断显现,同时部分城市依托低空经济产业链走出低空经济特色发展之路;从价值创造活动看,我国在低空飞行器制造、低空服务、低空运营维保等领域涌现出一批代表性企业,低空经济的场景和规模不断扩充,价值创造活动前景广阔;从价值创造结果看,近年来我国低空经济规模保持较快增长,在直接带动经济增长的同时展现出降低成本、提高效率、促进就业等社会效益。总体而言,发展低空经济是一项系统工程。尽管我国通用航空发展为低空经济奠定了基础,但与发达国家相比,我国低空经济发展仍然存在诸多不足,顶层设计亟待加强,体制机制有待理顺,技术创新有待加强,场景拓展有待加快,综合成本有待下降,行业保障有待提升。因此,应制定战略规划,统筹低空经济发展,优化低空空域管理,加大财政金融支持,推动低空经济产业链协同发展,加快技术创新与人才队伍建设,加强低空经济基础设施和法规标准体系建设以及安全保障。