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发布时间:2020-05-11 00:00:00
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FAA发布首份考虑到eVTOL机型的垂直起降场设计标准
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FAA发布首份考虑到eVTOL机型的垂直起降场设计标准

2022-09-29 15:18

9月26日,FAA发布垂直起降场设计标准及相应的工程指南,这是FAA将eVTOL有可能使用屋顶起降场的情况考虑进去的第一份垂直起降场设计标准,因此对以eVTOL为代表的先进空中交通(AAM)机型今后在城市环境中的运行具有较强的参考意义。需要特别指出的是,这份文件的技术部分是以工程简报(engineering brief,简称EB)的形式,不是强制性规定。FAA将以该设计标准作为第一步,为机场、运营商和基础设施开发商提供关键信息,以开始开发支持电动和垂直起降的 AAM 飞机运营的起降设施。该文件中也特别指出,eVTOL的性能与垂直起降场的运行条件尚有许多不确定之处,因此具体的eVTOL专用垂直起降场的建设要求仍需要与FAA具体沟通,该设计指南所针对的也只是目视飞行规则(VFR)条件下的起降场运行条件。

FAA负责机场建设及管理的副局长Shannetta Griffin, P.E.表示:“我们正在步入一个新的航空时代,该垂直起降场设计标准为在这个新时代开始安全建设基础设施奠定了基础。”
该设计标准包括的内容有:
l涉及安全的关键性几何和设计元素:垂直起降着陆和起飞区域的尺寸、进近和离场路径所需的额外空域以及承载能力。在该部分FAA的前提假设是预计城市空中交通(UAM)的垂直起降场会要求很高的起降频率。

l照明、标记和视觉辅助:将设施标识为垂直起降场的标记、照明和视觉辅助指南。 FAA 推荐使用 Vertiport 识别符号,如下图中间所示。

l充电和电力基础设施:作为垂直起降场核心的电池和充电设备的初步安全标准和指南。
 
l传统机场范围内新增的垂直起降场:对希望在现有商业机场增加垂直起降场的机场的相关要求,例如垂直起降场与当前跑道的距离。
l屋顶垂直起降场:可能位于现有结构之上的垂直起降场的设计要求和工程指南。
 
该文件的工程简报提出了公共和私人垂直起降场的设计指南,包括现有直升机和飞机着陆设施的改造,以及新场地的建立,其中专门提到“该EB是为垂直起降 (VTOL) 机型编写的,该机由电机驱动并使用分布式电力推进,与仅围绕内燃机构建的推进系统形成对比。”

不过,该工程简报中也专门指出:“FAA目前没有足够的经过验证的 VTOL 飞机性能数据(注:原文为VTOL,此处应理解为eVTOL,只是FAA文件中从来没有使用过eVTOL),因此必须根据本 EB 中的建议采取规范和保守的方法。垂直起降场指导意见预计将演变为基于性能的设计标准,可能会根据飞机的性能特征对飞机进行分组。本 EB 是为最大起飞重量 (MTOW) 为 12,500 磅(5,670 千克)或以下的飞机编写的。”“该EB是一份动态文件,作为 FAA 的初始临时指南,将随着时间的推移进行更新,以便在获得性能数据后适应和对应新的飞机和技术。”

 

在背景说明部分,FAA指出:“FAA先前于 1991 年 5 月 31 日发布的关于垂直起降场设计的咨询通告 (AC)为垂直起降场设计提供了指导,也供基于军用倾转旋翼技术的民用倾转旋翼机作为参照。然而,预定的VTOL飞机从未用于商业用途(注:此处意指民用倾转旋翼机),因此AC 于 2010 年 7 月 28 日被取消。目前被许多人用于比较的最接近的航空基础设施类型是直升机机场和直升机停机坪咨询通告AC 150/5390-2“直升机机场设计”,针对具有单、串联(前后)或双(并排)旋翼的直升机。新兴的 VTOL 飞机(注:此处意指eVTOL)并未被证明能够像传统直升机或大型倾转旋翼飞机那样运行。”

“本 EB 提供了支持 VTOL(注:此处意指eVTOL)运营的初始基础设施开发所需的临时指南。本 EB 为现有的垂直起降场设计和几何元素提供指导。本指南所参考的机型代表一种 VTOL 飞机(注:此处意指eVTOL),它集成了目前正在开发的九种新兴VTOL飞机((注:此处意指eVTOL)的某些性能和设计特征,并用于指定为本 EB 中的指导提供信息的某些性能和设计特征。参考飞机是基于与原始设备制造商 (OEM) 和多个 FAA 业务线 (LOB) 的互动而开发的。”

“目前关于 VTOL 飞机(注:此处意指eVTOL)如何运行的性能数据有限。FAA正在进行研究工作,以更好地了解新兴 VTOL 飞机(注:此处意指eVTOL)的性能能力和设计特点。随着有关这些新兴 VTOL 飞机的额外性能数据的收集,FAA 将在未来开发基于性能的垂直起降场设计咨询通告,届时将详细说明需要不同设计标准的垂直起降场的设施类别,具体取决于他们计划支持的飞机(注:此处意指eVTOL)的特性以及设施的飞行活动水平。”
“未来的指导将涉及更先进的运行,包括自主飞行、不同的推进方法、起降密度、频率和运行设施的复杂性。垂直起降场设计的咨询通告届时还将针对使用氢和混合动力等替代燃料来源的 VTOL飞机。今后的咨询通告还将包括目前不符合本 EB 中的参考机型的飞机(例如,MTOW 超过 12,500 磅(5,670 千克)的飞机),并解决仪表飞行规则 (IFR) 能力和使用多个最终进近和起飞区 (FATO)。”

“为支持全面的垂直起降场设计规范的咨询通稿的研究,需要进行额外的研究以获取 VTOL 飞机(注:此处意指eVTOL)在下洗/外洗、故障条件或性能下降、着陆精度、爬升/下降阶段和所有方位天气能力方面的性能数据。FAA 研究小组将收集和使用这些数据来填补飞机(注:此处意指eVTOL)的信息空白,这将需要 FAA 在各个 LOB 之间进行协调,以及与制造商和其他利益相关者进行外部协作。对共享数据感兴趣的支持者必须与 FAA 机场安全和标准办公室合作,以提供经过验证的经验数据,以解决这些性能数据差距。”

该工程简报中作为参考的一架eVTOL的假设指标和外观形状

该工程简报中专门指出了eVTOL机型的锂电池的消防问题。此前 FAA 对小型锂电池的研究发现,在 4 英尺(1.2 米)×4 英尺范围内的实验中,水和其他泡沫灭火剂在抑制锂电池火灾和防止热失控方面比气体或干粉灭火剂更有效。但FAA在文件中也明确指出,电动机型的消防还没有明确的研究结论,还需要进一步研究以明确技术要求。
该设计指南在美国eVTOL业界引起了热烈讨论。有企业认为,该起降场设计指南仍然是基于直升机起降场的技术标准,没有充分考虑eVTOL的机型特点和UAM的运行特点,比如起降区尺寸相对范围过大,直接影响起降场的起降架次和起降频率,而这两个指标又是影响UAM运营的经济可行性的关键因素。
今年3月,欧洲航空安全局 (EASA) 发布了针对城市空中交通(UAM)场景的垂直起降场技术规范。EASA表示,这是世界上第一个此类文件。今年6月30日,EASA又公布了城市空中出租车(air taxi)运行规则提案,这是全球发布的首个此类规则的综合提案。该框架文件目前处于公众咨询期,9月30日截至。如果专业人士将FAA和EASA的垂直起降场技术要求进行对比的话,不知道两者的异同会是如何。详见:EASA发布首个城市空中出租车运行草案
此外,多家eVTOL和垂直起降场设计企业也都纷纷发布自己的起降场白皮书,阐述各自对eVTOL垂直起降场的理解。例如,本周,美国Wisk电动飞机公司及其股东波音公司刚联合发布了双方合作编写的eVTOL用于城市空中交通(UAM)场景的运行概念(ConOps)。此前,今年4月,Wisk公司与英国Skyports公司已经合作编写并发布了一份此类运行概念。

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