基于改进Event模型的多旋翼型eVTOL垂直间隔安全评估方法

电动垂直起降飞行器(eVTOL)是1种新兴的交通工具,也是近年来研究的热点。受限于垂直定位精度低、穿越飞行风险隐患多等问题,eVTOL运行间隔标准难以确定,尚不具备实际应用条件。为探索该飞行器垂直间隔标准,针对多旋翼型eVTOL的底部较宽、顶部逐渐变细的外形特性,改进了经典Event垂直碰撞模型,并提出了基于改进Event模型的多旋翼型eVTOL垂直间隔安全评估方法。该模型考虑了多旋翼型eVTOL的外形特征、导航精度、运行特点、定位误差、飞行速度特性及速度误差等因素,引入相对速度、侧向重叠概率、垂直重叠概率等计算模型参数,并将原长方体碰撞盒修正为圆台体碰撞盒,有效降低了计算冗余,提高了碰撞模型的精确性。以亿航216-S型多旋翼型eVTOL为例,计算了其在不同安全目标水平和不同导航精度下的最小垂直间隔,计算结果表明:①安全目标水平与导航精度的降低,都会导致最小垂直间隔的减少;②当安全目标水平为1×10^(-6)次/飞行小时且导航精度为RNP10时,最小垂直间隔可缩小至11 m;③当导航精度为RNP10且垂直间隔为11 m时,基于改进Event模型计算的碰撞风险比原模型降低了24.78%。研究结果表明,在计算多旋翼型eVTOL的碰撞风险中,引入圆台体碰撞盒的垂直间隔安全评估方法更加精确合理,能够为多旋翼型eVTOL垂直间隔标准制定提供理论支持。

锂离子电池动态特性对倾转式eVTOL飞行性能的影响

为准确分析倾转式电动垂直起降飞行器(eVTOL)飞行剖面的变化和锂离子电池的动态特性对飞行性能的影响,结合锂离子电池等主要部件特性建立电动系统模型,提出考虑电池动态特性的eVTOL飞行器性能计算方法,并应用所提出的性能方法对锂离子电池动态特性的影响进行分析,提炼eVTOL飞行器对电能的需求规律。示例飞行器性能仿真表明,锂离子电池动态特性对动力系统功率产生影响,使悬停垂降时电池输出功率密度仅为垂起悬停阶段的78%;同时影响巡航性能,使巡航末段单位能耗航时和航程相比于起始段减少16%和17%。

面向城市空中交通的eVTOL飞行器路径规划算法对比

随着城市空中交通(UAM)迅速发展,为实现eVTOL飞行器在城市低空空域高效安全运行,解决其路径规划面临的空域复杂多变、障碍物繁杂、低空飞行、噪声和气象等问题,从而推动城市空中出行时代的快速到来,文章引入AirMatrix空域规划概念作为城市低空空域规划方案,并针对eVTOL的城市低空运行特点对AirMatrix空域作了四维区块化分割,结合这一空域规划方案,选取了快速搜索随机树(RRT)算法、改进A^(*)算法和粒子群算法(PSO)算法进行了综合分析和三维地形中的仿真验证,其结果表明:RRT算法搜索速率最快;改进A^(*)算法具有最好的路径规划质量;PSO算法在路径规划长度和搜索速度两方面均有所欠缺。改进A^(*)算法相对RRT算法和PSO算法更适用于低密度城市空域路径规划。

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。

小型全电/混动飞机技术路线与动力系统综述

该文对小型全电/混动载人飞机的技术发展路线、航空推进电机、动力系统架构进行分析、总结与展望。首先,从载人飞机的气动布局、结构拓扑、动力源和起降形式等方面分析,分出6条技术路线,总结各自的乘客数、最大起飞重量、巡航速度、功率和航程等技术指标。其次,总结已装机或拟装机航空推进电机的技术参数和应用机型。对先进航空推进电机的发展现状,按功率等级分类探讨了三相永磁电机、多相永磁电机、兆瓦级涡轮机驱动的兆瓦级电机/发电机、高温超导电机。最后,对6种动力系统架构的技术路线特点、关键技术进行梳理,分析载人全电/混动飞机未来的发展方向。国内载人电动/混动飞机领域刚起步,该文的研究工作对飞机的总体气动布局设计、功率需求、器件选型、动力系统设计具有重要的参考价值。

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%。

涵道风扇电推进系统关键应用技术探讨

涵道风扇可作为分布式电推进航空器的动力装置,具有良好的发展潜力,现阶段在涵道风扇电推进系统设计和集成应用方面面临一些技术问题。对涵道风扇电推进系统的发展现状及应用前景进行综述,以分布式电推进航空器为背景分析对涵道风扇电推进系统的技术需求,重点探讨了涵道风扇气动设计、涵道风扇与航空器翼身融合设计、电机和涵道风扇结构一体化设计、强迫风冷散热、电磁兼容设计、复杂结构精密制造等关键技术及解决途径,为涵道风扇电推进系统开发和集成应用提供参考。

一款倾转旋翼电动垂直起降飞行器虚拟仿真设计

该文主要研究如何使用虚拟仿真技术及软件设计一款倾转旋翼电动垂直起降飞行器。通过市场调研了解市面上此类型电动垂直起降飞行器的具体性能参数,以此为参考设计该项目中飞行器的性能参数,同时还研究了倾转旋翼eVTOL垂直起降飞行器作为一类特殊飞行器在虚拟仿真实现过程中涵盖的主要关键技术,探索电动垂直起降飞行器未来的发展路线,并对飞行器进行3D建模,实现倾转旋翼eVTOL飞行器在安胜FAM/eVTOL生态仿真系统中进行演示,以验证及展示其设计。

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。

基于风险管控的城市空中交通无人机路径规划

为保证电动垂直起降无人机在城市空中交通中的飞行安全,提出了一种考虑安全裕度的城市环境模型建立方法,在此基础上设计了融合人员密度因素的垂直起降无人机路径规划环境,并提出了量化无人机航迹对地面人员风险的路径风险评估模型。采用A*算法对无人机在普通城市环境模型中和融合地面人员密度因素的城市环境模型中的路径进行求解。仿真结果表明,融合地面人员密度因素的城市环境模型下的路径规划可以使垂直起降无人机有效规避人员密度相对较高的区域,降低无人机对地面人员伤害的风险。

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。

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。

城市空中交通及其新型基础设施低空公共航路研究综述

新一代信息技术的突破再次催生了诸多对于在城市低空空域进行城市空中交通(UAM)商业化运输的关注。城市低空空域环境复杂,商业化场景下城市空中交通流量密度大,载运工具规格不统一。低空公共航路作为UAM的新型基础设施,是UAM进行精细化管理的重要手段。然而,UAM所需配备基础设施、运营与管控模式以及低空公共航路的规划方法等问题尚无统一定论。本文针对以上问题,梳理了UAM与低空公共航路的基本概念、发展历程以及基于低空公共航路的UAM管理等内容;提出了一种UAM运营管理框架,就相关行政部门在城市空中交通发展中可能承担的职责提出了建议和应对措施;最后,总结了低空共航路的构建方法,UAM发展过程中的难点及落实建议,以期对UAM产业健康有序发展有所裨益。