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未来城市空中交通:已经具备巨大的市场潜力

发布日期:2021-09-15  来源:

2021-06-18 10:32:02 霍尼韦尔航空航天 霍尼韦尔航空航天专栏 

随着城市人口的快速增长,城市里的车辆越来越多,加上电子商务的爆炸性增长以及对快速物流的需求,使得城市道路拥堵情况越来越严重。面对这一挑战,人们开始寻求其他解决方案。想要缓解地面拥堵,也许,天空是一个不错的方向。

城市空中交通,旨在在人口稠密的地区建立一个安全高效的空中运输系统,包括小包裹运送无人机和载客空中出租车。它作为现有地面交通的补充选项,不仅能解决城市交通拥堵进而提高城市运行效率,其应用前景也非常广阔,包括旅游观光、医疗急救、消防灭火以及物流运输等。它极大地改变了人们的交通出行方式,并将彻底变革公路、铁路、传统航空和水路等行业现状,也因而受到越来越多的关注。今天我们就来聊聊城市空中交通。

动力系统Power System

一次飞行其实也很简单,无非是起飞、平飞、降落。但如果这个过程发生在城市环境当中,情况将变得复杂。在人群中和建筑密集的城市里,不可能随处设置跑道,那么另一个可能的途径就是垂直起降。此外,飞行过程中也不再有几千米高空那样的无障碍空间,取而代之的将是各种高层建筑,甚至鸟类。

在人口密集的城市环境中,我们要如何起飞?选择什么样的动力来驱动?采用传统直升机那样的螺旋桨?可是其巨大的噪音和旋转的桨叶是不适合在城市环境中飞行的。采用多个小型旋翼的飞行器将是比较好的选择。

目前常见的无人机动力系统有全电和混合动力两种架构。全电系统一般由蓄电池或燃料电池提供电能给驱动飞行器旋翼的电动机。以当前的技术,电池的能量密度无法满足长时间的飞行需要。那混合动力呢?Yes!混合动力架构一般利用涡轮发电机组来提供飞行器使用的电能。涡轮发电机组通常是由一台涡轴发动机来驱动一台或多台发电机产生电能。霍尼韦尔的产品家族里不仅有传统类型的涡轮发动机,还有一类称为辅助动力装置(APU)的涡轮发动机。根据飞行器所需功率的要求,霍尼韦尔能够提供多种涡轮发电机组的解决方案,既可以使用涡轴发动机,也可以使用APU来驱动发电机。

在APU领域,霍尼韦尔算是业界翘楚了。APU一般藏在民航客机的尾部,在飞机主发动机启动之前,飞机在地面时舱内的空调、照明等等一切电力需求,全都来自于这台小小的辅助动力装置。该公司近期还推出了兆瓦级的涡轮发电机,它是由一台HGT1700型号APU和一台1兆瓦发电机组成。该方案中的HGT1700APU就是空客A350飞机的标配。想象一下,能容纳数百人的机舱所需的电力都由APU一肩承担,它的力量有多强大!搭配这款APU的混动系统,为飞行器提供的发电功率高达1兆瓦。它还能使用绿色可持续航空燃料,减少碳排放,使空中出行更加环保。

飞行控制系统Flight Control System

动力问题解决了,现在开始飞行吧!自己开吗?这对于大多数人来说,挑战太大了。也许,交给自动飞行控制系统是个不错的主意。

飞行控制系统是飞行器的组成部分。该系统可用来保证飞行器的稳定性和操纵性、提高完成任务的能力与飞行品质、增强飞行的安全及减轻驾驶员负担。若飞行控制指令是由系统本身自动产生,则为自动飞行控制系统。自动飞行控制系统能使飞行员长时间不采取手动操纵,依然能够保持飞机的稳定性,实现自动飞行及精准垂直起降。要使小巧玲珑的飞行器兼备优异性能,无异于螺狮壳里做道场。霍尼韦尔开发了一款紧凑型电传飞控系统,将飞行控制系统集成在一个仅有平装书大小的计算机中。

如果说电传飞控系统在飞行当中起到了“大脑”的作用,那么姿态航向基准系统及大气数据模块则是“心脏”,为所有航电系统和多个机械系统提供关键的动态数据。霍尼韦尔新一代姿态航向基准系统AH-2000及大气数据模块(ADM)将与其机载紧凑型电传飞控系统协同工作,为飞行提供关键的导航和动态感应数据。它们是确保飞行安全高效的关键因素,并有潜力为多种飞行应用提供服务,包括城市空中交通、商用飞机、公务机和直升机。

导航系统Navigation

在障碍物密集的复杂环境中灵巧飞行,你想到了什么?蝙蝠!蝙蝠生来就自带极其精密的生物雷达,通过探测回波来分析前方和周边的环境,随时调整飞行姿态。对于飞行器来说,要解决的困难之一就是识别和避让。

要想实现安全高效的飞行,飞行器需要识别它所处的环境,通过获取多种来源的数据,例如气象数据、数字地图,特别是来自雷达和其他传感器的数据,以实现对环境的识别和判断。我们可以将飞行过程中的数据收集起来传递给运营商地面数据中心,使飞行器可以基于丰富全面的数据库来全面了解飞行途中的地形和其他相关因素,实现安全无人起降和飞行。

针对识别,霍尼韦尔不仅可为传统飞行器提供先进的惯性导航系统、无线电通信以及数据管理技术,可确保飞行员准确掌握飞机姿态和位置。霍尼韦尔还针对城市空中交通专门开发了IntuVueRDR-84K波段雷达系统,可精确监测周围多个障碍物。它采用多个波束同时扫描,可在同一时间感知和检测到来自不同目标的信号,如天气、飞机、人员和建筑物等,革命性地改变了交通工具的自主能力。该雷达还能自动调焦将焦点调整到前方重要的目标上。

针对避让,目前中大型飞机上超过一半的空中防撞系统产品都是出自霍尼韦尔,它能避免飞机在空中互相冲撞。针对城市空中交通,霍尼韦尔也正在进行将计算机视觉和机器学习应用于导航和防撞方面的研究。

未来已来

作为城市交通拥堵,交通事故和空气污染问题的解决方案,城市空中交通具备了巨大的市场潜力。而在城市空中交通领域内的实践经验和研究也让我们深刻地感受到,城市空中交通已不再是对于未来的畅想,未来已来。

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