據aerospacetestinginternational網站2021年4月8日刊文,多年以來,電動垂直起降(eVTOL)飛機一直是徘徊在遙遠的未來新概念技術。如今,開發人員正在對具有明確認證時限的真實原型機進行飛行測試。BAE系統和霍尼韋爾等主要供應商都希望在2025年之前實現商業飛行。兩家公司都投入巨資開發用于先進航空交通的多樣化組件和系統。BAE系統公司的工程經理鮑勃·塞斯認為,分布式電力推進方案正在創造各種各樣的新型飛機和應用場景,涉及到救援、醫療、貨運、石油和農業等領域。
設計方向
專家預測,隨著eVTOL自動化程度的提高,飛行員將花費更少的時間飛行并花費更多的時間監視系統。航空電子產品供應商霍尼韋爾航空航天公司預計市場將圍繞3種主要設計類型開展研究。霍尼韋爾城市空運副總裁斯蒂芬·費馬特稱:“第一種是多旋翼直升機,通常有兩名乘客進行短途旅行。第二種是升降+巡航配置,配備專用的推進器進行垂直飛行,專用的推進器進行水平飛行。第三種是矢量推力配置,其中螺旋槳從垂直方向開始,然后旋轉至水平方向”。對于更長的航程,升降-巡航沒有旋轉機構,但需要在飛行中承載無效的螺旋槳重量,要權衡的是效率與復雜性。Volocopter的VoloCity就是多旋翼直升機的一個例子,專為EASA的SC-VTOL認證而設計,并將于2024年投入商業運營。
電傳飛行
Jaunt Journey是一款升降-巡航飛機,利用其專有的ROSA(減速旋翼工作速度飛機)技術在機翼的前向飛行中減慢其主旋翼的速度。到目前為止,Jaunt Journey已完成了300個小時的飛行測試。Jaunt Journey的電池和控制系統都是電傳操縱。費馬特認為,“對于eVTOL,電傳操縱是絕對必要的。”
該公司正在調整現有的電傳操縱系統,以滿足eVTOL飛機的需求。BAE系統公司戰略發展工程主任布萊恩·赫爾稱:“飛行控制和推進將更加緊密地結合在一起”。處理器和電源組件的持續小型化將決定控制系統的極限。他補充說:“從歷史上看,我們在不損害功能的情況下,使系統逐漸變得更輕,更小,更實惠”。
電氣需求
此外,eVTOL需要大功率的高壓電氣系統。當傳統的飛控與推進技術相結合時,電力不僅會驅動電動機和螺旋槳,航空電子設備、飛控執行器和每個飛機子系統都使用電力。電能管理系統不僅僅是輸電和配電,電池系統需要特別小心以避免過熱或產生電磁干擾。Wisk公司研制的Cora eVTOL組合了12個升降風扇和一個推進螺旋槳。Cora已完成1500個小時的飛行,Wisk正在與NASA和FAA合作進行自主航空、導航和防撞方面的工作。
Wisk公司正在開發攝像頭和雷達障礙物檢測系統,使飛機能夠采取躲避動作,將小型且價格合理的航空電子設備用于小型飛機。飛行員成為監視系統并提供基本命令的駕駛艙管理員,這將使招募經驗不足的飛行員變得更容易。Volocopter公司正在與EASA合作,以制定基于新需求的飛行員培訓課程。該公司認證主管萊因哈特對此表示贊同,“即使在發生故障的情況下,與傳統飛機相比,飛行員的任務需求也更少”,“但是,飛行員仍是飛行任務的現場指揮官”。
矢量視覺
Lilium Jet采用第三種矢量推力配置。機翼襟翼上裝有約36臺電動風管渦扇發動機。在起飛過程中,它們指向下方,將飛機向上推。一旦升空,襟翼就會向水平方向偏轉,從而提供向前的推進力。Lilium公司已與漢莎航空培訓公司合作開發了一項飛行員培訓計劃,該計劃利用了虛擬現實和增強現實技術。
霍尼韋爾航空航天公司在其位于亞利桑那州鳳凰城的總部創建了一個城市空運研究實驗室。費馬特稱:“這是一個完整的模擬環境和帶有實際電傳操縱系統的駕駛艙,可以用它來評估航空電子軟件和新的人機界面。”霍尼韋爾稱之為簡化飛機操作的重點。費馬特解釋說:“簡化歸結為兩點:用戶界面和如何控制飛機。”
在可預見的未來,eVTOL在建立足夠的垂直通道以提供高級服務和飛機適航認證方面仍面臨挑戰。但可以肯定的是,eVTOL即將面世并融入城市生活。