Osobisty pojazd powietrzny - Personal air vehicle

Carter PAV od 2014

Osobisty pojazd powietrzny ( PAV ) jest proponowany typ samolotu świadczenia usług lotniczych na żądanie.

Powstanie tej alternatywy dla tradycyjnych metod transportu naziemnego umożliwiły technologie bezzałogowych statków powietrznych i napęd elektryczny . Bariery obejmują bezpieczeństwo lotnicze , zdatność do lotu , koszty operacyjne , użyteczność , integrację przestrzeni powietrznej , hałas i emisje statków powietrznych , którymi zajmuje się najpierw mała certyfikacja UAS , a następnie doświadczenie.

Definicja

Pojazd powietrze osobisty (PAV) ma zapewnić wygodę lot podobny do samochodu prywatnego w zakresie dostępności i łatwości obsługi, jednocześnie oferując szybkość i efektywność routingu możliwe przez połączenie bezpośrednie point-to-point. PAV różni się od konwencjonalnych typów lotnictwa ogólnego i samochodów latających tym, że może być używany przez osoby bez uprawnień pilota.

Historia

NASA ustanowiła projekt sektora osobistych pojazdów powietrznych w 2002 roku, jako część programu Vehicle Systems Program (VSP). Projekt ten był częścią biura NASA Vehicle Integration, Strategy and Technology Assessment (VISTA), które obejmowało również sektory transportu poddźwiękowego, samolotów VTOL, samolotów naddźwiękowych i samolotów długodystansowych na dużych wysokościach. Celem każdego sektora było ustalenie celów w zakresie zdolności pojazdów i wymaganych strategii inwestycji w technologię, aby osiągnąć te przełomy.

Różnica w charakterystyce pojazdu między PAV a istniejącymi jednosilnikowymi samolotami tłokowymi General Aviation została przedstawiona w 2003 roku na konferencji Amerykańskiego Instytutu Aeronautyki i Astronautyki (AIAA). Potrzebne byłyby zaawansowane koncepcje, aby radykalnie zwiększyć łatwość użytkowania, bezpieczeństwo, wydajność, wydajność w zakresie długości pola i przystępność.

W 2006 roku VSP został zastąpiony przez nowe inicjatywy NASA Aeronautics. Wysiłki NASA w zakresie rozwoju technologii PAV przesunęły się na inwestycję opartą na nagrodach, a fundusze NASA Centennial Challenge Prize w wysokości 250 000 USD zostały przewidziane na konkurs Personal Air Vehicle Challenge w 2007 roku.

Korzyści

Obecnie średnia prędkość samochodów od drzwi do drzwi wynosi 56 km/h. Przewiduje się, że w aglomeracji Los Angeles prędkość ta spadnie do 22 mil na godzinę (35 km/h) do roku 2020. Departament Transportu USA (DOT) twierdzi, że 6,7 miliarda galonów (25 000 000 m 3 ) benzyny jest marnowane w korkach każdego roku.

Przyszły system podróżowania pojazdami PAV mógłby uniknąć korków w ruchu lotniczym i pomóc w odciążeniu osób poruszających się po autostradach.

Bariery

Kontrola ruchu lotniczego

Federal Aviation Administration (FAA) infrastruktura nie jest obecnie w stanie obsłużyć wzrost ruchu lotniczego, które byłyby generowane przez PAVs. Plan modernizacji FAA tworzy system transportu powietrznego nowej generacji , planowany na 2025 r. Plan przejściowy zakłada wykorzystanie mniejszych lotnisk. Modelowanie przeprowadzone przez NASA i innych wykazało, że PAV korzystające z mniejszych lotnisk lokalnych nie zakłócałyby ruchu komercyjnego na większych lotniskach. Obecnie w Stanach Zjednoczonych istnieje ponad 10 000 publicznych i prywatnych małych lotnisk, które mogłyby być wykorzystywane do tego rodzaju transportu. Infrastruktura ta jest obecnie niewykorzystana, wykorzystywana głównie przez samoloty rekreacyjne.

Hałas

Hałas z PAV może również zdenerwować społeczności, jeśli działają w pobliżu domów i firm. Bez niższych poziomów hałasu, które umożliwiają lądowanie w budynkach mieszkalnych, każdy PAV musi startować i lądować na lotnisku kontrolowanym przez FAA, gdzie zatwierdzono wyższe poziomy hałasu.

W ramach badań zbadano sposoby zmniejszenia hałasu helikopterów i samolotów, ale poziom hałasu pozostaje wysoki. W 2005 roku zidentyfikowano prostą metodę redukcji hałasu: Utrzymuj samolot na większej wysokości podczas lądowania. Nazywa się to podejściem do ciągłego opadania (CDA).

Zasięg

Wiele proponowanych samolotów PAV bazuje na bateriach elektrycznych , jednak mają one mały zasięg ze względu na niską energię właściwą obecnych baterii. Ten zasięg może być niewystarczający, aby zapewnić odpowiedni margines bezpieczeństwa, aby znaleźć miejsce lądowania w sytuacji awaryjnej.

Jako rozwiązanie tego problemu zaproponowano samoloty na ogniwa paliwowe , ze względu na znacznie wyższą energię właściwą wodoru .

Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo lotów w miastach jest dobrze znanym problemem dla organów regulacyjnych i przemysłu. Na przykład, w dniu 16 maja 1977 roku, wypadek Nowy Jork Airways z Sikorsky S-61 śmigłowca transport z John F. Kennedy International Airport , który wylądował na dachu Pan Am Building (obecnie MetLife Building ), gdy podwozie zawalił a oderwana łopata wirnika zabiła kilka osób na lądowisku dla helikopterów i jedną kobietę na Madison Avenue , kończąc ten biznes na dziesięciolecia prawie na całym świecie. Obecne wskaźniki wypadków z udziałem helikopterów byłyby niewystarczające dla mobilności w miastach. Konstrukcja zorientowana na bezpieczeństwo Sikorsky S-92 nadal dopuszcza jeden wypadek śmiertelny na milion godzin lotu. Wskaźnik ten doprowadziłby do 150 wypadków rocznie dla 50 000 eVTOL latających 3000 godzin rocznie.

Dla Sikorsky Innovations wschodzący rynek miejskiej mobilności lotniczej o wartości 30 miliardów dolarów potrzebuje bezpieczeństwa co najmniej tak dobrego, jak FAR Part 29, regulujący ponad 7000 funtów (3,2 t) śmigłowców. Do maja 2018 r. Sikorsky wykonał 120 godzin lotu S-76 z pełnym autonomicznym lotem od punktu do punktu w czasie rzeczywistym i unikaniem terenu w trudny sposób, z oprogramowaniem poziomu A i redundancją , z pilotem bezpieczeństwa. Sikorsky Aircraft chce osiągnąć poziom bezpieczeństwa lotu wynoszący jedną awarię na 10 milionów godzin na platformach o wysokim stopniu wykorzystania, łącząc dotychczasowe doświadczenia w zakresie wiropłatów z postępami w autonomicznym locie, integracji przestrzeni powietrznej i napędzie elektrycznym .

Studia

Unia Europejska finansuje 3-leg studium 4,2 mln (w ramach siódmego programu ramowego ) technologii i wpływu na PAVs; Interakcja człowiek-samolot, Automatyzacja systemów lotniczych w zaśmieconym otoczeniu oraz Eksploracja środowiska społeczno-technologicznego.

Postęp

Spełnienie wizji NASA dotyczącej PAV prawdopodobnie rozwinie się w ciągu kilku dziesięcioleci. Istnieje kilka typów pojazdów, które dążą do spełnienia definicji PAV:

Większość pojazdów w powyższej kategorii nie spełnia wszystkich wymagań stawianych przez NASA. Jednak niektóre pojazdy są blisko. Szczególnie interesujące są samoloty ultralekkie, ponieważ ich zużycie energii jest niskie. Przydatne mogą być również formy hybrydowe powyższych typów pojazdów. Niektóre istniejące formy hybrydowe to:

Autonomia

Poza produkcją osobistych pojazdów powietrznych, prowadzone są również badania nad stworzeniem systemów autonomicznych dla PAV. Po pierwsze, syntetyczne systemy elektronicznych przyrządów pokładowych (EFIS) jako autostrada na niebie (HITS) znacznie ułatwiają sterowanie samolotami. Ponadto Phantom Works pracuje nad zaprojektowaniem systemu, który pozwoli zautomatyzować PAV. PAV są oznaczone własnymi „pasami” na niebie, zapewniając w ten sposób unikanie możliwych kolizji. Ponadto różne PAV są w stanie wykrywać się nawzajem i komunikować ze sobą, co dodatkowo zmniejsza ryzyko kolizji.

Wyzwanie PAV

NASA Langley zbadała i stworzyła prototypy niezbędnych technologii PAV i przeznaczyła największą nagrodę pieniężną w historii GA na PAV, który może wykazać najlepszą ogólną kombinację wydajności. Lotniczy konkurs PAV o tę nagrodę, znany jako pierwszy coroczny PAV Challenge , odbył się 4-12 sierpnia 2007 r. i był gospodarzem CAFE Foundation w Santa Rosa w Kalifornii.

W 2008 roku wyzwanie zostało przemianowane na General Aviation Technology Challenge.

Nowe nagrody to:

  • Nagroda Społeczności Hałasu (150.000 USD)
  • Zielona Nagroda (50 000 USD) (MPG)
  • Nagroda za bezpieczeństwo lotnicze (50 000 USD) (obsługa, eCFI)
  • Nagroda CAFE 400 (25,000$) (Prędkość)
  • Najcichsza nagroda LSA (10 000 USD)

Zwycięzcami zostali:

  • Społeczność Lambada Hałasu N109UA 20 000 USD
  • Zielona nagroda bez zwycięzcy n/d
  • Pipistrel bezpieczeństwa CAFE N2471P 50 000 $
  • CAFE 400 Pipistrel N2471P $2,000 $
  • Najcichsza Lambada LSA N109UA 10 000 USD $
  • Najkrótszy Pipistrel do startu N2471P 3750 USD
  • Najlepszy kąt wznoszenia Pipistrel N2471P 3750 USD
  • Najlepszy współczynnik szybowania przy 100 MPH Flightdesign CTSW N135CT 3750 USD
  • Hałas w kabinie (krawat) Lambada N109UA Pipistrel N2471P 3750 USD (1875 USD za sztukę)

Inne godne uwagi projekty

Lista osobistych pojazdów powietrznych z funkcją VTOL

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Raporty