空中客車公司的無人駕駛載人航空器研制進展

導讀：作為飛機研制的巨頭和無人駕駛載人航空器的實踐者，空中客車公司積極推進無人駕駛載人航空器的研制，并在概念設(shè)計、首次試飛、懸停試驗等方面取得了積極進展，值得高度關(guān)注。

概念設(shè)計

空客聯(lián)合Italdesign發(fā)布模塊化無人駕駛汽車/垂直起降飛行器概念設(shè)計

空中客車公司在用于城市空中交通的自動駕駛飛行器方面的探索又邁出的新的一步，聯(lián)合著名汽車設(shè)計公司Italdesign發(fā)布了一種模塊化無人駕駛汽車/垂直起降飛行器概念設(shè)計。

Pop.Up概念于2017年3月7日在日內(nèi)瓦國際車展上發(fā)布，由一個兩座的客艙模塊和獨立的、與之配合使用的地面和空中模塊組成?？团撃K也可以跟其它交通模式結(jié)合使用，例如火車或被稱為超級高鐵的“超級環(huán)”運輸系統(tǒng)。

除了這一概念設(shè)計外，空中客車公司還宣布原計劃于2017年年底開始試飛、由空中客車公司A3創(chuàng)新中心設(shè)計的“瓦哈娜”(Vahana) 單座自動駕駛飛行器，以及由空客直升機公司研發(fā)的4座電動垂直起降飛行器“城市空中巴士”(CityAirbus) 。此外，空中客車公司還在研究貨運無人機。

在Pop.Up概念中，用戶將從手機APP上預定行程。系統(tǒng)會根據(jù)時間、交通狀況、價格和共享出行需求給出最佳的出行方式，讓客艙與車輛或飛行器模塊，或其它交通工具組合。

能夠與模塊化可分離客運/貨運吊艙結(jié)合的電動垂直起降自動駕駛飛行器也是洛克希德·馬丁公司和皮亞塞茨基飛機公司(Piasecki) 為美國國防部預研局(DARPA) 研發(fā)的Ares貨運補給飛行器的基本理念。該項目計劃于2017年內(nèi)開始試飛。

Pop.Up的模塊化客艙是一個碳纖維材質(zhì)的硬殼繭狀結(jié)構(gòu)，長2.6m、高1.4m、寬1.5m。與同樣采用碳纖維結(jié)構(gòu)的電動車輛底盤組合就成了無人駕駛汽車。

在地面交通擁堵的時候，模塊化客艙將與自動駕駛垂直起降飛行器模塊組合，飛行器模塊長5m，寬4.4m，采用4對同軸反轉(zhuǎn)涵道螺旋槳作為動力。乘客抵達目的地后，空中和地面模塊會自動進入充電站充電，等待下一次任務(wù)。

聯(lián)合研發(fā)團隊表示，模塊化客艙與其它類型的公共交通系統(tǒng)組合的能力意味著乘客在整個旅途中可以待在客艙內(nèi)，無需換乘。

“多種交通模式的無縫銜接無疑將提升人們的生活品質(zhì)和出行體驗”空中客車公司城市空中交通項目總經(jīng)理馬西亞斯說。

Italdesign首席執(zhí)行官喬格·阿斯塔洛克說：“如果你想設(shè)計一種未來的城市交通工具，單是汽車肯定不是巨型城市合適的解決方案，你必須考慮到可持續(xù)性和智慧基礎(chǔ)設(shè)施、手機APP、系統(tǒng)集成、電力系統(tǒng)、城市規(guī)劃和社會等方面的問題?！?/p>

Italdesign是大眾集團旗下蘭博基尼公司下屬的企業(yè)，在設(shè)計概念車和為主要汽車廠商設(shè)計高檔車方面有很長時間的歷史。Pop.Up概念的源頭可追溯到該公司在1982年都靈車展上發(fā)布的Capsula模塊化客艙概念車設(shè)計。

透視空中客車公司A3的”瓦哈娜”電動垂直起降飛行器

空中客車公司在硅谷設(shè)立的空中客車公司A3創(chuàng)新中心已接收了”瓦哈娜”電動垂直起降飛行器驗證機的首個機身組件，該驗證機計劃于今年底開始試飛。

圖2 機翼豎立狀態(tài)下，通過改變螺旋槳轉(zhuǎn)速和螺距來進行飛行控制。

串列傾轉(zhuǎn)翼結(jié)構(gòu)的前機翼已發(fā)貨，主翼和機身預計將于5月中旬到貨。3個主要碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)(兩個機翼和機身) 的供應(yīng)商很快會揭曉。”瓦哈娜”項目主管扎克·洛夫林(Zach Lovering) 說：“首個全尺寸結(jié)構(gòu)件已到貨并通過了所有質(zhì)檢測試?！?/p>

“瓦哈娜”是一種單座自動駕駛飛行器，前后機翼上共裝有8個電機，驅(qū)動8個變速變距槳產(chǎn)生動力。在垂直起降和水平飛行狀態(tài)之間，機翼會在豎起和水平之間切換。該概念機在與一種電動直升機的競爭中勝出，是因為傾轉(zhuǎn)翼結(jié)構(gòu)具有更遠的航程。

“瓦哈娜”電動垂直起降飛行器研制進展

空中客車公司A3已經(jīng)對”瓦哈娜”的1/4比例模型進行了試飛，正在試飛的是第3次修改后的設(shè)計，代號Omega3。“我們在1/4比例模型上使用了全尺寸驗證機的軟件，現(xiàn)在正在對其進行試飛。在未來幾個月內(nèi)就會進行首次全自主飛行?！?扎克·洛夫林說。此外，全尺寸驗證機的飛控系統(tǒng)也正在進行軟硬件聯(lián)合測試。

“瓦哈娜”是空中客車公司A3首批公開的孵化項目之一，空中客車公司A3創(chuàng)新中心成立于2015年，目的是從內(nèi)部產(chǎn)生顛覆性創(chuàng)新。該單位首批孵化的創(chuàng)新項目還包括Transpose模塊化可再配置客艙概念，以及Voom網(wǎng)約直升機服務(wù)。”瓦哈娜”項目第一階段的目標是驗證電推進系統(tǒng)和自動駕駛技術(shù)的技術(shù)可行性，扎克·洛夫林說。

全尺寸驗證機的試飛原計劃在2017年第4季度開始，其中最重要的一次試飛的內(nèi)容是飛行器垂直起飛，轉(zhuǎn)入水平飛行狀態(tài)，在巡航階段自動探測和避讓一個空中障礙物，然后轉(zhuǎn)入垂直飛行狀態(tài)，下降高度準備降落，降落過程中自動探測和避讓一個地面障礙物。

“我們內(nèi)部有空氣動力學、控制和軟件研發(fā)團隊，還有測試、集成和小尺寸驗證機研發(fā)團隊，”扎克·洛夫林說。“我們自己進行飛行器的外形設(shè)計和氣動性能

2017年3月，空中客車公司和著名汽車設(shè)計企業(yè)Italdesign公司合作，在日內(nèi)瓦國際車展上發(fā)布了一種名為Pop.Up的模塊化地面/空中交通工具的概念設(shè)計。Pop.Up概念不是要制造并試飛的實際設(shè)計，空中客車公司推出此概念的目的是與業(yè)界和公眾交流城市空中交通的設(shè)計理念。

“瓦哈娜”是由空中客車公司設(shè)在硅谷的空中客車公司A3創(chuàng)新中心設(shè)計的一種傾轉(zhuǎn)翼垂直起降飛行器。Pop.Up和“城市空中巴士”一樣采用4個涵道螺旋槳作為動力，空客直升機公司正在設(shè)計“城市空中巴士”的驗證機。此外，還參與了在新加坡國立大學進行的“天路”(Skyways) 快遞無人機試點項目。

采用自動駕駛技術(shù)的”瓦哈娜”可搭載貨物或1名乘客?！澳陜?nèi)，瓦哈娜”項目將進行”全尺寸驗證機試飛，第2階段將是更接近商業(yè)化的設(shè)計，計劃于2020年開始投入商用?！?馬西亞斯·湯普森說?！俺鞘锌罩邪褪俊痹O(shè)計搭載3～4名乘客，初期將由飛行員駕駛，最終將實現(xiàn)無人駕駛。

馬西亞斯·湯普森說，“這2個項目將幫助我們探索電動垂直起降飛行器的最合理設(shè)計。是應(yīng)該像”瓦哈娜”這樣體積小速度快，采用傾轉(zhuǎn)翼設(shè)計以提升速度和航材；還是像“城市空中巴士”這種更大型的多軸飛行器？我們意識到不同的城市對速度、尺寸和航材的需求也略有不同?！?/p>

城市空中交通需要的許多技術(shù)進步都來自汽車業(yè)，例如電氣、自動駕駛、復合材料和制造技術(shù)等，馬西亞斯·湯普森說。因此，空中客車公司決定與Italdesign合作研究各種不同的交通工具創(chuàng)意。首個成果是采用模塊化設(shè)計，無縫結(jié)合地面和空中交通的Pop.Up概念，馬西亞斯·湯普森說：“這一概念不同于飛行汽車，我們不認為飛行汽車是一個有前途的概念?！?/p>

Pop.Up由一個兩座的客艙模塊，和與之配合使用的獨立的地面和空中模塊組成。客艙模塊也可以跟其它交通模式結(jié)合使用，比如火車或被稱為超級高鐵的“超級環(huán)”運輸系統(tǒng)。用戶將從手機APP上預定行程。系統(tǒng)會根據(jù)時間、交通狀況、價格和共享出行需求給出最佳的出行方式，讓客艙與車輛或飛行器模塊，或其它交通工具組合。

圖3 降落后主翼豎立，前機翼向前傾斜，給乘客讓出下機通道。

圖4 在水平巡航狀態(tài)下，自動探測與避讓系統(tǒng)使用安裝在機鼻上的雷達和攝像頭進行探測。

圖5 “城市空中巴士”是一種涵道螺旋槳電動垂直起降飛行器，設(shè)計搭載3～4名乘客，可由飛行員駕駛也可無人駕駛。

圖6 Pop.Up的雙座自動駕駛客艙模塊可適配電動汽車平臺和涵道螺旋槳多軸飛行器平臺。

馬西亞斯·湯普森表示，“Pop.Up不是一個交通工具，而是一個系統(tǒng)和服務(wù)，但空中客車公司沒有對這一概念進行驗證的計劃。這是一個旨在交流探討的概念，我們收到了很多積極反饋。很多公司就城市空中交通問題跟我們展開了交流?！?/p>

在城市空中交通方面質(zhì)疑一直不少，質(zhì)疑意見認為，該領(lǐng)域的技術(shù)尚不成熟和難以通過認證。但電池技術(shù)的進步和采用行業(yè)標準作為認證要求的監(jiān)管規(guī)定修改有助于解決這些問題?！半妱哟怪逼鸾碉w行器的主要計劃用途是城市交通。很長時間內(nèi)技術(shù)進步都達不到一次飛行500km這種續(xù)航水平，所以主要的用途是城市空中交通，” 馬西亞斯·湯普森說。

“我們認為純電動飛行器的續(xù)航力完全滿足城市環(huán)境的使用需求?，F(xiàn)在的電動飛行器已可用于商業(yè)飛行。10年內(nèi)電動飛行器的性能肯定會獲得很大提升。但我們不需要等到那時候才開始實際應(yīng)用。”他說。

空中客車公司“瓦哈娜”項目選定Near Earth公司的降落區(qū)評估技術(shù)

圖7 “瓦哈娜”

空中客車公司A3創(chuàng)新中心選定近地自主公司(Near Earth Autonomy) 的降落區(qū)評估技術(shù)作為其探測與避讓系統(tǒng)的一部分。用于”瓦哈娜”單座電動垂直起降飛行器驗證機。

串列雙傾轉(zhuǎn)翼結(jié)構(gòu)的”瓦哈娜”驗證機計劃于2018年年底開始試飛。該項目的目標是驗證電推進技術(shù)和自動探測與避讓系統(tǒng)，是空中客車公司在城市空中交通領(lǐng)域的探索項目之一。

在預計為期3個月的試飛中，最重要的一次試飛的內(nèi)容是飛行器垂直起飛，轉(zhuǎn)入水平飛行狀態(tài)，在巡航階段自動探測和避讓一個空中障礙物，然后轉(zhuǎn)入垂直飛行狀態(tài)，下降高度準備降落，降落過程中自動探測和避讓一個地面障礙物。

自主駕駛的”瓦哈娜”驗證機的自動探測與避讓系統(tǒng)在巡航階段使用雷達和攝像頭探測和跟蹤空中目標，在降落階段使用激光雷達掃描降落區(qū)的固定和移動障礙物。Near Earth Autonomy公司正在為空中客車公司A3研制Peregrine傳感器套件，此套件集成了一個激光雷達和一個下視攝像頭。

在下降階段，傳感器會創(chuàng)建降落區(qū)的3D模型。機載計算機使用此模型來評估降落區(qū)，確認是否安全和沒有障礙物和不利地形。如有需要，系統(tǒng)會提供備選降落點確保安全降落。

總部位于匹茲堡的近地自主公司目前正在與極光飛行科學公司合作，進行美國海軍研究辦公室的自動空中貨運/通用系統(tǒng)項目，該項目將驗證一個傳感器套件，此套件將讓任何旋翼類飛行器具備用于自動再補給和傷員撤出任務(wù)的能力。

近地自主公司還在與美國宇航局合作進行“安全50”(Safe 50) 項目，研發(fā)能解決起降階段的15m問題的技術(shù)，確保自動駕駛飛行器能在復雜的城市環(huán)境中安全地起降和飛行。

“瓦哈娜”首飛取得成功

2018年1月31日，空中客車公司在硅谷設(shè)立的空中客車公司A3創(chuàng)新中心研發(fā)的”瓦哈娜”單座電動垂直起降飛行器在俄勒岡州彭德爾頓進行了首次自主駕駛試飛。

傾轉(zhuǎn)翼結(jié)構(gòu)的”瓦哈娜”電動垂直起降驗證機的前后兩個可傾轉(zhuǎn)機翼上裝有8個電動螺旋槳，此次試飛持續(xù)了53s，離地高度5m。次日又進行了一次自主駕駛試飛。1號全尺寸驗證機翼展6.2m，起飛重量750kg。

作為空中客車公司在城市空中交通領(lǐng)域的探索項目之一，”瓦哈娜”項目從立項到首飛用時僅2年?？罩锌蛙嚬驹谠擃I(lǐng)域的其它項目包括正在巴西圣保羅運營的Voom網(wǎng)約直升機服務(wù)；預計將于今年年中在新加坡國立大學校園內(nèi)試運行的“天路”無人機配送系統(tǒng)；以及計劃于今年年底開始試飛的“城市空中巴士”4座電動垂直起降飛行器驗證機。

“瓦哈娜”基于現(xiàn)有的電池和電機技術(shù)研制，重點是研發(fā)自動駕駛所需的探測與避讓技術(shù)。下一階段可能會開發(fā)無人貨運版或雙座版。空中客車公司與西門子合作的“城市空中巴士”將是一種有人駕駛的電動垂直起降飛行器，重點是推動電推進技術(shù)的發(fā)展，為研制更大型的電動飛行器鋪路。

空中客車公司A3首席執(zhí)行官羅丁·利亞索夫表示，““瓦哈娜”驗證機成功首飛證明了空中客車公司迅速將想法變?yōu)楝F(xiàn)實，同時在質(zhì)量和安全性上不打折扣的獨特能力。對空中客車公司A3而言，這證明了我們能迅速執(zhí)行創(chuàng)新計劃，為空中客車公司集團提供真正的競爭優(yōu)勢?！?/p>

空中客車公司原計劃今年3月試飛“城市空中巴士”

在德國的多瑙沃爾特， -系列地面測試成功完成之后，空中客車公司希望在2019年3月對其“城市空中巴士”電動垂直起降城市空中交通驗證機進行試飛。

2月19日，空中客車公司城市空中交通項目負責人馬留·貝貝塞爾向記者展示了重2.2t的“城市空中巴士”原型機，他表示，空中客車公司團隊在地面測試中采取了循序漸進的方式，截至目前已經(jīng)把螺旋槳轉(zhuǎn)速提高到500～600r/min，對飛控系統(tǒng)進行了優(yōu)化。

按照目前的計劃，首飛將在多瑙沃爾特進行，這里是空中客車公司公司主要的直升機生產(chǎn)基地的所在地。后續(xù)的飛行包線試飛和高空試飛將在附近曼興市的軍用試飛中心進行。

“城市空中巴士”是空中客車公司公司進行電動垂直起降技術(shù)研究以減小風險的2個城市公空中交通驗證機項目之一。另一個項目是傾轉(zhuǎn)翼設(shè)計的”瓦哈娜”驗證機。該機已在美國進行了超過1年的試飛。

全電驅(qū)動的“城市空中巴士”采用了非常簡潔的架構(gòu)設(shè)計，該機和絕大多數(shù)多軸飛行器也是通過控制螺旋槳轉(zhuǎn)速來進行飛行控制?！俺鞘锌罩邪褪俊贝钶d8臺分析，然后與我們的供應(yīng)商合作設(shè)計結(jié)構(gòu)、航電等分系統(tǒng)?！?/p>

圖8 “瓦合娜”

圖9 “城市空中巴士”

自動探測與避讓系統(tǒng)在巡航階段使用雷達和攝像頭，在降落的時候使用激光雷達?！拔覀冏约贺撠熼_發(fā)攝像頭和激光雷達的大部分軟件，和一家外部供應(yīng)商合作進行激光雷達，也就是降落區(qū)評估模塊的系統(tǒng)集成工作?！?扎克·洛夫林解釋說。激光雷達的供應(yīng)商是威力登公司(Velodyne) ，的有效探測距離是1km。

傳感器硬件都是貨架產(chǎn)品?！皵z像頭采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者叫機器視覺算法來感知環(huán)境。我們內(nèi)部做的是傳感器系統(tǒng)集成工作，也就是將各種傳感器采集的數(shù)據(jù)匯總為對環(huán)境的感知?！痹恕ぢ宸蛄终f?！凹す饫走_只用于降落的主要原因是現(xiàn)有產(chǎn)品的作用距離還不是很遠?！?/p>

設(shè)計目標之一是在垂直/水平切換過程中做到平穩(wěn)過渡。螺旋槳氣流始終流過機翼，因此不會出現(xiàn)氣流分離和失速。”瓦哈娜”采用可變轉(zhuǎn)速的電機和可變螺距的螺旋槳，用于垂直飛行控制；前機翼上有升降舵，主機翼上有副翼，用于巡航階段的飛行控制。

前進比是飛機前進速度與槳尖線速度的比值，飛機加速則前進比變大?！白儤嘣诖怪?水平切換過程發(fā)揮作用，因為切換階段的前進比變化很大。在切換過程中，機翼傾轉(zhuǎn)角度和槳距會根據(jù)空速變化進行調(diào)整。精確的控制則通過電機轉(zhuǎn)速進行控制?！?扎克·洛夫林說。

驗證機采用8個45kW的電機和一個鋰電池組，電池組電源能量密度約200Wh/kg，能滿足”瓦哈娜”驗證機的設(shè)計要求。電推進系統(tǒng)的最大升力為典型懸停工況升力的1.7倍，在單個電機失效的情況下，飛行器也不會失控。

“現(xiàn)有技術(shù)能夠滿足設(shè)計指標的要求，” 扎克·洛夫林說?？罩锌蛙嚬続3預計在3年內(nèi)，當量產(chǎn)型準備試飛時，電源能量密度能達到230Wh/kg?！拔覀冾A計，未來幾年技術(shù)的進步將提高飛行器的續(xù)航力和系統(tǒng)穩(wěn)健性?！?/p>

“大洛杉磯地區(qū)的范圍超過了”瓦哈娜”的航程，” 扎克·洛夫林說?！暗窃诼迳即壥袇^(qū)范圍內(nèi)，比如從洛杉磯到圣莫妮卡，這是現(xiàn)有的電池技術(shù)可輕易實現(xiàn)的?！彪姵爻潆娦枰?5～60min?！拔覀冋J為充電時間是一個主要限制因素，因此我們決定采用可更換電池設(shè)計?！?/p>

“瓦哈娜”的兩個電池組安裝在機身下部，后起落架支柱內(nèi)側(cè)，可以很容易地取出、更換和單獨充電?！半姵毓芾硐到y(tǒng)是集成在電池組里面的，不是在飛機上，在整個壽命期內(nèi)都不需要更換。電池管理系統(tǒng)負責監(jiān)控溫度等電芯健康參數(shù)，以及管理充電，” 扎克·洛夫林說。

剛開始每次飛行后需要將電池取出更換新的電池，但隨著電池性能發(fā)展到如今的2～3倍?，F(xiàn)有的一些技術(shù)正向著這一指標邁進，我們每次可以飛行多個架次，然后才需要更換電池。因為我們采用的是可更換的模塊化電池，所以可以很容易的對其進行技術(shù)升級。

電池達到循環(huán)壽命后進行更換的費用也被計算到了直接運營成本(DOC)中?！拔覀儼央姵氐氖褂贸杀舅愕搅恕蓖吖取钡哪茉闯杀局?。我們對能源成本的定義是電力價格加上電池損耗成本，” 扎克·洛夫林說?？罩锌蛙嚬続3的目標是將直接使用成本做到250美元/飛行小時，普通直升機的飛行成本一般是1000到2000美元/飛行小時。

“瓦哈娜”的設(shè)計目標包括縮小尺寸以降低運營成本，驗證機是單座設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，空中客車公司A3也在研究可通過認證的量產(chǎn)型雙座版，預計將在”瓦哈娜”項目的第二階段進行，并在2020年開始驗證機試飛。

“70%～80%的上下班通勤是單人飛行，單座版飛行器能滿足大部分市場需求，但如果我們推出雙座版，就能觸及另外30%的市場，并且兩名乘客可以分攤使用費用，從而降低價格，” 扎克·洛夫林說。

瓦哈納計劃第二階段的目標是進行“有說服力的驗證”，扎克·洛夫林對此的理解是可通過認證、可量產(chǎn)的型號。他說：“我認為第二階段將開始認證工作，飛行器在市場上將有一席之地?！笨罩锌蛙嚬続3已經(jīng)與美國聯(lián)邦航空局和相關(guān)標準制定方就”瓦哈娜”的認證問題展開合作。

“在設(shè)計”瓦哈娜”的時候，商業(yè)運營是我們首先考慮的問題。我們必須確保飛行器從設(shè)計之初就是為滿足市場需求設(shè)計的，同時也能滿足未來新出現(xiàn)的市場需求。我們也在與監(jiān)管方合作推動管轄此類飛行器的監(jiān)管框架的成形，”他說。

“第1階段的成功是進入第2階段的門檻之一，但不是全部。下一階段我們需要一個合作伙伴，這個伙伴可能來自空中客車公司內(nèi)部，我認為空中客車公司內(nèi)部對城市空中交通非常感興趣，在這方面我并不擔心?！彼f。在市場開發(fā)方面，空中客車公司A3打算與正在圣保羅進行第2階段試運營的Voom網(wǎng)約直升機公司合作，證明可以用電動垂直起降飛行器替代直升機用于城市空中出行?！癡oom現(xiàn)在使用的是直升機，我們打算將”瓦哈娜”提供給他們，促進空中出行市場的增長，” 扎克·洛夫林說?！翱罩薪煌ㄊ墙鉀Q城市交通擁堵的選項之一?！?/p>

“瓦哈娜”是電推進技術(shù)和自動駕駛技術(shù)領(lǐng)域的開拓者，需要新的監(jiān)管框架?！拔覀冊谂c監(jiān)管方探討監(jiān)管問題，也在關(guān)注相關(guān)標準的制定。確保”瓦哈娜”至少能獲得聯(lián)邦航空局的認證。”空中客車公司A3政府監(jiān)管業(yè)務(wù)主管特拉維斯·梅森說。

“瓦哈娜”從一開始就是按無人駕駛設(shè)計的，可運送貨物或搭載一名乘客，最先投入使用可能是貨運型無人機?！拔覀兊脑妇笆怯糜诳瓦\。但我認為，載人用途的認證過程會比較漫長，現(xiàn)在還不明朗，但我們愿與監(jiān)管方一起為實現(xiàn)這一目標努力?！?/p>

研制進展

空中客車公司加快城市電動垂直起降飛行器研發(fā)進度

空中客車公司非常重視城市空中交通，以及電動垂直起降飛行器改變城市出行方式的潛力。

在2016年9月至2017年3月的時間里里，空中客車公司公布了兩種電動垂直起降飛行器的試飛計劃：單座的”瓦哈娜”驗證機將于2017年年底開始試飛，4座的“城市空中巴士”驗證機將于2018年年底開始試飛。

空中客車公司公司在其集團技術(shù)辦公室下設(shè)立了一個城市空中交通項目?！斑@對我們來說是一個新的領(lǐng)域，通過匯集垂直起降、自動駕駛和航空客運等各方面的資源，在2016年9月至2017年3月里，我們加快了這方面的工作進度。”空中客車公司城市空中交通項目總經(jīng)理馬西亞斯·湯普森表示。100kW的西門子SP200D電機，每個涵道中裝有2臺電機，分別驅(qū)動兩個同軸反轉(zhuǎn)的定距槳。

每對螺旋槳中有1個被包裹在碳纖維材質(zhì)的涵道圈內(nèi)，另1個位于涵道圈外。馬留·貝貝塞爾表示，原型機現(xiàn)在的涵道圈只針對巡航飛行進行了優(yōu)化，計劃進行進一步優(yōu)化，包括使飛行器無需以非水平姿態(tài)進行懸停/前飛切換。

馬留·貝貝塞爾表示，4個涵道圈本身就能帶來400kg的額外升力，直徑2.8m的木質(zhì)螺旋槳的槳尖與涵道圈內(nèi)沿的可磨損內(nèi)襯之間的間隙僅有3mm。為該機設(shè)計的碳纖維螺旋槳已在進行臺架測試。

該機采用的4個電池組由空中客車公司防務(wù)與太空公司研發(fā)，配有4套獨立的配電系統(tǒng)以提高安全冗余度。

“我們采用了盡可能簡單、安全的架構(gòu)，” 馬留·貝貝塞爾說，“機上沒有任何致動器，這也是該機設(shè)計上的出彩之處，這種架構(gòu)具有很高的安全冗余度，能應(yīng)對任何單一組件失效的情況。

他指出，該機目前的設(shè)計還遠不是最優(yōu)化的，電機選型過大,許多機載系統(tǒng)也是這種情況,包括冷卻系統(tǒng)。但即使如此，原型機仍具備200～250kg的搭載能力。

初期的試飛將采用無人飛行模式，由地面站進行控制。后續(xù)的試飛可能將搭載1名飛行員，但目前尚未最終決定?！跋乱徊娇赡軐⒋钶d1名飛行員，該機的模塊化設(shè)計已經(jīng)考慮了這點?！?馬留·貝貝塞爾說。

試飛工作轉(zhuǎn)移到曼興后，飛行器將按預定路徑進行試飛，此過程中飛行員可以隨時接管控制。

空中客車公司原計劃在2018年底試飛“城市空中巴士”，但馬留·貝貝塞爾說研發(fā)團隊決定讓項目進度放慢，特別是試飛以及與大量供應(yīng)商的對接工作方面。他說“城市空中巴士”項目在德國的研發(fā)團隊從”瓦哈娜”驗證機團隊學到了很多，特別是如何擴展飛行包線方面。他同時表示研發(fā)團隊注意到螺旋槳在飛行過程中的轉(zhuǎn)速變化通過高電壓系統(tǒng)帶來的許多預期外效應(yīng)。

該機巡航狀態(tài)下螺旋槳轉(zhuǎn)速預計在900～950r/min之間，而起飛階段的轉(zhuǎn)速將在1000r/min左右。在正常飛行狀態(tài)下，在飛機進行各種機動的過程中，電機的轉(zhuǎn)速變化范圍預計在20%左右。

與直升機相比該機的噪音水平“相當令人滿意”，馬留·貝貝塞爾說。

“城市空中巴士”的螺旋槳槳尖速度在120～140m/s左右，而傳統(tǒng)直升機的槳尖速度普遍在200m/s以上。

空中客車公司“城市空中巴士”首次公開亮相

空中客車公司“城市空中巴士”電動垂直起降飛行器驗證機在德國因戈爾施塔特首次公開亮相，該公司計劃在該市進行城市空中出租車的可行性測試。

涂裝完畢的“城市空中巴士”驗證機正準備在空客直升機公司的多瑙沃爾特工廠進行首次懸停飛行。經(jīng)過一系列初步的懸停試飛后，后續(xù)的試飛將轉(zhuǎn)移到附近曼辛市的德國軍事測試中心進行。

在“城市空中巴士”亮相現(xiàn)場，德國聯(lián)邦交通部長安得利亞斯·舒爾表示，他希望迅速采取行動，為空中出租車在德國投入運營制定法律框架。據(jù)當?shù)孛襟w報道，安得利亞斯·舒爾說德國交通部已經(jīng)討論過往返慕尼黑機場的航線。

因戈爾施塔特是加入歐洲城市空中交通倡議，將開展無人機貨運和城市空中交通試點的5個德國地區(qū)之一，另外4個地區(qū)是亞琛、漢堡、黑森州北部、以及德荷邊境的恩斯赫德-明斯特邊境地區(qū)。

聯(lián)邦運輸和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部將在4年內(nèi)提供1500萬歐元，用于支持快速無人機和空中出租車試點項目，每個項目最高支持50萬歐元。除包裹和客運用途之外，其它潛在應(yīng)用包括醫(yī)療快遞、火災(zāi)支援、警察和山地救援，以及交通管理和基礎(chǔ)設(shè)施檢查等。

2019年1月，因戈爾施塔特市長與負責數(shù)字化的國務(wù)大臣多諾斯·巴爾簽署了一份意向聲明，研究使用無人機監(jiān)控德國鐵路公司的鐵路網(wǎng)絡(luò)的課題。該試點項目將使用量子系統(tǒng)公司的Trinity F9垂直起降無人機。

“城市空中巴士”進行首次系留懸停試飛

2019年5月1日，空客直升機公司研發(fā)的電動垂直起降城市空中交通系統(tǒng)驗證機“城市空中巴士”在巴伐利亞州多瑙沃爾特的空中客車公司工廠進行了首次懸停實驗。該公司向航空周刊表示，工程師們當天進行了多次系留懸停試飛。

該公司首席執(zhí)行官布努諾·伊文在社交媒體上披露了此次系留懸停試飛的細節(jié)。

圖10 “城市空中巴士”

該公司隨后證實，此次系留懸停試飛主要目的是評估推進系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)以及其它機載系統(tǒng)的性能。

研發(fā)團隊下一步將遷往位于附近曼辛市的軍用試飛基地，在該基地周邊的管制空域內(nèi)進行非系留試飛，進一步擴展該飛行器的飛行包線。

空中客車公司原計劃在2018年底開始試飛這種比空中客車公司H120雙發(fā)直升機略小的、重2.2t的電動飛行器，但因為要進行額外的測試，計劃將向后推遲。

在正式開始進行非系留試飛前，空中客車公司不會宣布該機完成首飛，該公司表示首飛時間可能將推遲到2019年夏季。

與采用傾轉(zhuǎn)翼設(shè)計的”瓦哈娜”驗證機不同，“城市空中巴士”采用多軸飛行器的轉(zhuǎn)速控制模式，8個100kW的西門子SP100D電動機驅(qū)動8個定距槳，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)飛行控制。8個電機安裝在4個涵道槳圈的中間，電池組采用的是空客防務(wù)與航天公司研發(fā)的140kWh鋰電池組。機上有4個獨立的配電系統(tǒng)以確?？煽啃匀哂喽?。

圖11 空客直升機公司研發(fā)的“城市空中巴士”城市空中交通驗證機項目在德國達成了一個里程碑，進行了首次系留懸停試飛。

雖然”瓦哈娜”和“城市空中巴士”都是作為城市空中交通驗證機在研發(fā)，但試飛階段都是在無人駕駛模式下進行的。