都会空中出行通过应用eVTOL（electric Vertical Take-off and Landing, eVTOL）航行器实现了零排放的短途快速出行，，，，，缓解了地面交通拥堵的问题。。。但同时都会地区麋集的生齿以及eVTOL高度的自动化等因素给航行清静性也带来了诸多挑战。。。本文基于局方关于eVTOL设立的的顶层清静性目的，，，，，剖析了当严重失效爆发时，，，，，eVTOL飞机级清静性减缓步伐——抗坠撞性和整机下降伞两种方法的应用限制与效果。。。通过对减缓步伐的比照剖析，，，，，提出了一种思量减缓效果的eVTOL航行使命剖面，，，，，并总结出差别航行阶段的飞机级清静性影响，，，，，得出定量的航行区域要害高度数值。。。针对航行剖面中的高危害区域，，，，，提出了降低严重失效概率的预防步伐，，，，，为eVTOL的清静性设计以及适航管理提供参考。。。
电动笔直起降航空器是一种面向未来立体交通的中短途出行工具[1]，，，，，与直升机、牢靠翼飞机等古板航行器相比，，，，，具有低碳环保、自动化水平高、噪音低等显著优势[2]。。。可是，，，，，eVTOL需要在高密度交通流和重大都会地形情形下运行[3]，，，，，麋集的修建群减小了eVTOL缓解突发事故的裕量[4]。。。怎样降低非预期事故对机上及地面职员的影响，，，，，是eVTOL清静性研究的重点。。。NASA在2021年宣布了一份名为《支持UAM的eVTOL的功效危害性评估》[5]的报告，，，，，该报告划分以航行、通讯、运输、导航为顶事务，，，，，为应用于都会空中出行（Urban Air Mobility，，，，，UAM）的eVTOL提供了清静性剖析的指导。。。2022年12月，，，，，NASA在一项eVTOL坠撞测试中凭证试验假人的状态确定了两个主要的危险泉源，，，，，划分是地板和座位的攻击以及机身顶部结构的坍毁。。。美国国家航空研究所（NIAR）也对飞机电池举行了首次坠落测试，，，，，以研究eVTOL在紧迫着陆时的清静性。。。该测试由FAA赞助，，，，，也是FAA正在举行的以旅客清静为重点的耐撞性评估项目的一部分。。。与古板航空运输相比，，，，，eVTOL由于降低了航行高度和在都会地区运行的因素，，，，，加之新颖的航行器设置和推进装置（如高压电池）也带来了新的清静挑战[6]。。。凭证罗兰贝格的一项研究批注，，，，，到2050年，，，，，将有多达16万辆商用空中出租车在空中航行[7]。。。纵然灾难性的失效状态平均每航行小时失效概率即是或小于1X10-9，，，，，事故的绝对数目将由于既定航行通道中的航行器数目的增添以及故障概率的恒定而增添[8]。。。综上所述，，，，，思量到eVTOL在都会低空域这种重大场景下的航行清静问题，，，，，减缓当航空器在爆发严重失效后的攻击影响成为目今eVTOL清静性研究的重点。。。可是现在专门针对eVTOL抗坠撞性研究较少，，，，，直升机的研究效果可以作为参考。。。文献[9]形貌了典范的直升机坠机场景，，，，，剖析了坠毁时对乘员的主要危险泉源，，，，，总结了两个具有代表性的抗坠撞性准则（失效模式可控和能量耗散）。。。为了降低试验本钱以及缩短试验周期，，，，，数值模拟被普遍用于辅助抗坠撞性设计，，，，，在文献[10]中，，，，，代尔夫特理工大学研究职员从质量预计、机翼载荷、质料选择等专业建设模子，，，，，为其主导的eVTOL“wigeon”项目举行了起源的抗坠撞设计剖析。。。文献[11]通过建设eVTOL的有限元模子，，，，，使用数值剖析的要领详细到对升降架、减震器、座舱结构及其组合举行了抗坠撞整体结构的优化。。。另一方面，，，，，物伞系统（接纳物-下降伞系统）技术也日趋成熟且已经在一些机型中装载，，，，，文献[12]介绍了Cirrus SR20的整机下降伞系统（Cirrus Aircraft Parachute System）仿真数据，，，，，该系统的目的是提高航行员和旅客的生还几率，，，，，且该数据可用于FAA验证历程中的测试用例。。。文献[13]以美国空军C-9为例，，，，，建设了下降伞减速器的气转动性模子，，，，，并提供了相关的性能与结构数据，，，，，用于减速系统的现实盘算。。。可是在VTOL领域的整机下降伞系统仍处于开发阶段，，，，，仍需进一步的剖析、测试和验证以及制订相关的适航规则和清静标准。。。本文基于EASA和CAAC在适航认证方面临eVTOL的清静性要求，，，，，剖析了当爆发严重的失效状态时，，，，，使用抗坠撞策略和整机下降伞两种计划的应用目的和使用限制，，，，，并基于剖析效果总结出eVTOL在差别航行阶段的飞机级清静性思量，，，，，得呈现实航行中影响航空器清静的要害高度节点，，，，，为eVTOL的后续清静性研究和适航取证事情提供参考。。。任何民用航空器（Aircraft）都要确定飞机级的清静性目的，，，，，即公众所能接受的航空器失效概率，，，，，以及与之相匹配的开发历程（管控）严酷度。。。该目的也是适航管理局方（Authority）认可该航空器设计并揭晓型号及格证的主要依据。。。eVTOL是全新的航行器种别，，，，，EASA、CAAC已制订一套全新的适航取证规章，，，，，通过适航认证进一步确保航行器的清静性[14]。。。eVTOL种类与构型繁多，，，，，运营场景也各不相同。。。为了应对eVTOL带来的羁系挑战并推动其应用普及，，，，，需要建设相关设计和操作、适航审定的羁系框架，，，，，并兼顾清静、公共利益和行业生长诉求[15]。。。各国适航管理局关于eVTOL的管理规章虽不尽相同，，，，，但也大同小异，，，，，下文将划分介绍两个适航管理要求实例。。。
1.1 EASA公布的专用条件SC-VTOL-01在都会生齿麋集区与运行的笔直起降航空器VTOL，，，，，属于增强型（Enhanced）运营规模，，，，，该类型的VTOL岂论载客数目，，，，，其最严重的失效状态分类为“灾难性”级别，，，，，对应的失效概率不小于10-9（拜见表1），，，，，并且不可由单点失效爆发。。。此级别的失效概率要求与C919等大型民用飞机基内情同，，，，，确保旅客和地面公众的生命工业清静。。。表 1 EASA清静目的与失效条件分类表
相较于FAA，，，，，EASA对eVTOL的适航审定要求更为严酷，，，，，接纳了与行业现实生长亲近相关、循序渐进的要领，，，，，先后公布了eVTOL的特殊条件文件法、切合性要领以及都会空中交通运行妄想等提案[16]。。。并且EASA也在MOC SC-VTOL中叙述基本型（Basic）VTOL的失效状态界说与AC 23.1309-1E类似，，，，，但增强型（Enhanced）将关于机上或地面职员造成的单个或多个“致命”（fatality）影响皆归类于“灾难性”级别。。。1.2 针对EH-216S揭晓的专用条件 SC-21-002EH-216S是亿航智能（Ehang）公司开发的一款电动多旋翼航行器，，，，，也是其“216”系列产品的一部分。。。其主要特点包括：笔直起降和着陆、无人驾驶、双座设计、电动驱动等。。。民航局凭证CCAR-21-R4《民用航空产品和零部件及格审定划定》的条款要求为该航空器系统制订了专用条件，，，，，确定适用其详细设计和预期用途且具有可接受清静水平的适航要求。。。依据“PEU.F010系统、装备和装置”的条款内容，，，，，在PEU.F000（a）中包括的航空器系统中的系统、装备和装置，，，，，在单独思量以及与其他系统和装备一同思量时，，，，，应当知足如表2的要求。。。
参考EASA与CAAC各自针对eVTOL公布的专用条件，，，，，可以看出各国局方关于eVTOL的清静性目的设定参考了已有同级别的民用航空器目的，，，，，同时鉴于eVTOL主要在都会上空航行，，，，，于是在制订相关的清静性要求时，，，，，会较同级别的民用航空器越发严酷。。。关于爆发概率“极不可能”所对应的定量指标还需凭证运营场景进一步明确其详细数值。。。在航空产品研发中，，，，，更高的失效状态品级意味着更严苛的产品可靠性要求与研制历程要求，，，，，例如DO-178C关于A级软件需要比C级软件完成更多的9个目的，，，，，且需要知足更严苛的自力性要求，，，，，这些差别最终会影响到项目的人力资源、本钱和项目周期等。。。
基于eVTOL的清静性思量，，，，，追求一种将飞机顶层的失效状态降级的步伐是问题的要害。。。即在航空器爆发严重的失效状态时，，，，，不会导致爆发气毁人亡的效果。。。行业中通常有两个偏向来减缓顶层的失效状态带来的影响，，，，，即开展失效清静设计（Fail-Safe Design），，，，，以及通过限制条件和增添运行维护来减小航空器失效的影响。。。关于飞机级的失效清静设计，，，，，当今前沿研究提出了包括滑翔（牢靠翼）、被动旋翼自转、清静气囊、外部能量吸收系统、板下系统等方法减缓攻击载荷，，，，，可是安排在eVTOL中时也面临效果有限或技术成熟度问题，，，，，故本文重点介绍以下两种具有装机实例的飞机级减缓步伐与效果剖析：抗坠撞性设计[6,10-11]和整机下降伞[12-13]。。。只管航空器在特定情形下的应急坠撞着陆中可能损坏，，，，，但必需设计成在下列条件下合理地保�；；っ恳怀嗽�，，，，，这就是航空领域一种典范的失效清静设计。。。该设计偏向主要分为“自动清静”和“被动清静”两部分，，，，，航行器的整体清静是两部分的连系与协作[8] 。。。自动清静着重于避障设计，，，，，被动清静着重于碰撞后的减缓步伐，，，，，本文则主要关注后者。。。作为笔直起降的航空器，，，，，eVTOL的应急着陆和抗坠撞性（Crashworthiness）要求将会参考类似机型的适航规章条款。。。首先是现有的旋翼类规章，，，，，如中国民航局CCAR-27-R2规章以及欧洲民航管理局EASA的CS-27规章“正常类旋翼航空器适航划定”中的抗坠撞性相关条款第561条（总则）、562条（应急着陆）和952条（燃油系统的抗坠撞性）。。。这些条款对航空器的乘员的周围结构、游客舱地板下的内部燃油箱（电池组件）区域的机身结构、航空器支承结构以及乘员座椅提出了详细要求。。。关于最大腾飞重量凌驾9080公斤（20000磅）的eVTOL航行器，，，，，还将参考CCAR-29部或其他适用的划定。。。其次，，，，，关于小型牢靠翼飞机也有响应的适航条款要求，，，，，好比23.2270条（应急情形）、23.2315（撤离设施和应急出口）。。。中形貌了正常类飞机审准时的旅客结构保�；；な屎揭蟆�。。别的，，，，，局方尚有可能针对eVTO的特点，，，，，制订相关的专有条件明确关于新特征的适航审定要求，，，，，例如动力电池抗坠撞性方面的要求。。。因此制造商通常需要和羁系机构细密相助，，，，，确保航空器的设计和实现应凭证响应的准则乐成地完成动态试验，，，，，或由相似型号座椅的动态试验为基础的合理剖析来批注切合性，，，，，从而包管公众清静。。。凭证这些规章和坠撞动态试验要求（EASA CS-27.952、CS-27.561、CS-27.562等），，，，，当航空器在约为10米（32英尺）的高度自由落体试验时，，，，，旅客必需能够在撞击后撤离；；；在约15米（50英尺）高度的自由落体跌落测试，，，，，应确保乘员清静，，，，，免受撞击后火灾等二次危险。。�？？？Ｋ剂康絜VTOL
上的动力电磁技术以及在生齿麋集区域运行的特点，，，，，相关的抗坠撞性要求只会越发严酷，，，，，不会低于正常类旋翼航空器相关的要求。。。一方面，，，，，这些规章条款要求eVTOL应采合理的保�；；げ椒�，，，，，实现并批注对相关抗坠撞要求的切合性；；；另一方面，，，，，一旦eVTOL通过了这些测试和剖析，，，，，也就批注晰该eVTOL在一定的高度（例如15米）之下，，，，，即便飞机系统爆发了严重的失效情形（例如电池动力损失），，，，，也不会爆发气毁人亡的灾难性效果，，，，，从而抵达了飞机级清静性减缓的目的。。。图1显示了具备抗坠撞性的eVTOL航行器的作用历程，，，，，首先升降架通过变形吸收部分碰撞能量，，，，，其次机身的底部具备可控的破损性元件用于疏散攻击能量，，，，，最后航空座椅具备变形特征减缓对旅客身体所受到的攻击。。。预期这三个系统同时势情时可以提供足够的能量耗散，，，，，当攻击力转达到旅客时，，，，，危险水平会显着下降[17]。。。下降伞作为常见的清静包管步伐，，，，，整机下降伞在轻型飞机的清静包管中饰演着主要的角色。。。整机下降伞的专业术语是弹射救生系统（Ballistic Rescue System），，，，，起源于航天技术中的弹道接纳技术。。。Cirrus飞机公司在其SR20、SR22和SR22T等机型中普遍使用了CAPS系统，，，，，该技术是Cirrus飞机的一项立异技术，，，，，旨在为成员提供特另外清静包管[18]。。。当装备了弹射救生系统的航空器遇到危险的时间，，，，，下降伞会从航空器内部弹射出来，，，，，下降伞充气翻开来增添空气阻力，，，，，从而降低飞机的下降速率，，，，，并使航空器坚持下降姿态，，，，，连系上述抗坠撞性结构设计，，，，，可以使飞机较完整地落到地面，，，，，包管机上乘员清静，，，，，镌汰对地面职员和工业危害。。。同时现代的整机下降伞都有滑环（Slider）设计，，，，，阻止伞盖瞬间撑开带来重大攻击力破损航空器结构完整性。。。整机下降伞的翻开历程需要对下降伞盖充气使其膨胀翻开，，，，，如图2所示，，，，，这需要速率和时间。。。关于eVTOL飞机来说，，，，，其航行的水平速率有限，，，，，这越发依赖于航行高度来确保有足够的空间和时间翻开下降伞。。。凭证轻型通用飞机整机下降伞的产品信息和使用履历，，，，，带有滑环的弹射救生整机下降伞的有用翻开的最小高度建议在60–80米（200-260英尺）[19]，，，，，鉴于eVTOL的重量、电池和运营特征，，，，，建议的BRS最小翻开高度不应小于80米。。。另外，，，，，只管低于BRS的有用高度，，，，，在下降伞翻开的历程中，，，，，部分充气的下降伞也能起到一定的减速缓冲作用，，，，，此时也会起到降低失效状态严重水平的作用。。。综上剖析，，，，，eVTOL飞机的功效失效（例如，，，，，电池动力损失）若是爆发在：(1)抗坠撞性设计有用高度(10-15米)以下，，，，，或
(2)在BRS伞降系统有用高度(60-80米)以上
在以上两种设计均安排的条件下，，，，，只要应对稳当，，，，，理论上不会泛起灾难性事务。。。
图 2 整机下降伞翻开历程
为了包管商业运营的eVTOL飞性能够有序的腾飞和着陆，，，，，笔直起降场�。。╒ertiport）会为离场爬升和近进着陆的eVTOL飞机提供特另外清静包管步伐来减缓排队离场和入场飞机的清静性影响。。。EASA在2022年3月宣布了首个笔直起降场的原型技术设计规范[20]，，，，，对笔直起降场的设计和运营提供了明确的指导。。。FAA宣布的笔直起降场设计指南[21]中，，，，，包括且不限于起降区的以下要素：(1)几何设计，，，，，在平均海平面（Mean Sea level, MSL）凌驾1000英尺（305米）的高度，，，，，需要更长的最终进近与腾飞区域（Final Approach and Takeoff, FATO），，，，，用来提供更高的清静裕度和更大的操作无邪性。。。
(2)动态载荷，，，，，FATO的设计应假定为eVTOL最大腾飞重量的150%的动态载荷。。。
在文献[22]中讨论了建设都会空中交通（UAM）笔直起降场运营所需的清静区域设计标准。。。�；；谝陨献柿�，，，，，在eVTOL腾飞和着陆阶段，，，，，笔直起降场提供的清静包管步伐能够支持比航空器自身的抗坠撞性设计高度更高的清静高度，，，，，详细的减缓效果与操作流程和园地设施的详细实现亲近相关。。。凭证相关eVTOL的运行场景剖析，，，，，连系上述清静性减缓步伐和思量，，，，，eVTOL的航行阶段及其清静性影响可以进一步细化，，，，，如表3所示，，，，，响应航行阶段划分和清静性危害参考图3所示。。。表 3 eVTOL航行阶段及其清静性影响
通过上述剖析，，，，，只管典范的飞机级清静性减缓步伐（例如抗坠撞性设计和整机下降伞等）也适用在eVTOL航空器中特定的失效状态（例如，，，，，电池动力损失），，，，，但其保�；；こ嗽焙叫星寰驳男Ч邢�，，，，，特殊是航行在“不高不低”的区域2和区域3时，，，，，并不可很好地保�；；こ嗽钡那寰病�。。基于上述航行剖面以及各航行阶段清静性思量，，，，，可以得出以下结论：
(1)增添eVTOL的运营场景限制条件，，，，，阻止航空器处于区域2；；；
(2)若是航空器无法阻止在区域2内运行，，，，，最大降低处在该高危害区域的几率，，，，，并通过可信的盘算剖析确定定量影响；；；
(3)开展飞机系统功效危害度和起源清静性剖析，，，，，识别高清静性影响的功效和系统；；；
(4)在eVTOL进入高危害区域2之前，，，，，针对已识别的要害功效和系统，，，，，开展足够的状态检查，，，，，为进入航行清静要害区域做好富足准备。。。如凭证要害的电机故障阈值数据、妄想的腾飞着陆清静规模举行判断，，，，，确保eVTOL有足够的发念头性能抵达低危害区域或是航空器下方有足够的切合要求的坠撞面积，，，，，以决议是继续清静航行或者拒绝腾飞，，，，，镌汰在区域2爆发严重失效的概率。。。
在运输类飞机领域，，，，，已经形成了成熟的清静性剖析要领和流程（例如ARP 4754A和ARP 4761等指南），，，，，这些要领和流程可以很好地指导民用飞机和系统的研制，，，，，降低航空器位于高危害区域时失效的几率。。。通过局方的审查认可来确保清静性目的得以知足，，，，，同时也适用于eVTOL航空器的研制和适航管理。。。
金沙城js93线路检测中心
