当下,着眼于未来城市空中交通的电动垂直起降载人飞行器(eVTOL)的研发与应用如火如荼,方兴未艾,包括型号研制、新机测试、融资投入、场景构建等遍地开花,齐头并进,尤其是不同型号的eVTOL飞行器陆续诞生问世……空中出行的景象由遥不可及正在逐步变为现实,“未来已来”由梦寐以求的期待破茧成蝶,即将成为曙光初现的灿烂辉煌。
在持续推进eVTOL飞行器研发与应用的同时,与之匹配的商业化、市场化、公交化的制式起降场地已成为各地政府启动建设的基础设施,那么,未来需要什么样的起降平台呢?本文就此总结了常见的建设文章和方案,借以抛砖引玉,也供有关大家参考。
磐拓eVTOL
一、未来需要什么样的eVTOL起降平台/机场?
从理论和性能上讲,包括直升机在内凡具有垂直起降能力的旋翼机或飞行器完全可以不需要制式的停机坪,我们为什么还要讨论及建设停机坪呢?因为垂直起降电动载人飞行器出行是对现有交通工具和出行方式的补充与拓展,属于公共交通工具。而涉及到公共服务,载人服务,就不仅仅是技术或者施工问题,而是一个为飞行器上天落地提供服务保障的体系建设,是一个相当复杂的综合性社会问题,比如eVTOL虽然和直升机停机坪功能相似,但地面材料选择和照明系统到消防系统和加油方式都不一样。所以,新的交通工具必然面临着政策制定、顶层设计、 容量控制、飞行监管、融合发展、综合协调、宣传引导、网络布局、施工建设、运维管理等一系列天时地利人和的理想与现实矛盾,很大程度是政府层面及综合协调的体制与机制问题。
如参考直升机停机坪与公交车停车场:前者按照基本分类,大致可分为地面型、屋顶型、平台型和舰船型等不同类别;后者通常只分为停车场和停靠站。从借鉴模仿讲,在不同的地域空间都需要建设不同规模的场站设施。如参考现在的高铁设计、机场设计,为垂直起降电动载人飞行器空中出行打造的体系化运营基础设施或运营基地应该也是一个不同层级的综合服务站点,依服务设施和服务能力,自上而下称之为枢纽型、基地型、站点型和下站型等不同规模和功能的基础设施,既可以像高铁站那样自成体系单独建设,也可以在现有交通基础设施的基础上因地制宜,见缝插针依附建设。
时的eVTOL停机坪
时的eVTOL机库
既要博采众长,又要创新发展,是构建空中出行基础设施和体系建设的指导思想及基本原则。从起降与飞行方式上讲,此类飞行器类似直升机,从运行与运营模式上讲,又类似公交车、出租车及网约车。与两者相比,有相同点、相似点和不同点,其中相同的都是公共出行交通工具,相似的都是有偿出行服务,不同的是直升机是典型的空中出行;公交车、出租车和网约车都是地地道道的地面服务;而垂直起降电动载人飞行器未来还有可能成为空地两用、空地一体的出行工具,也就是殊途同归的“飞行汽车”。
要回答未来需要什么样的eVTOL起降机场平台,首先要有正确的认知。要充分认识到解决垂直起降电动载人飞行器运营体系,它既不同于运输机场或通用机场,也不同于公交场站或高铁车站,更不同于星罗棋布的充电桩或移动通信基站,是一个守正创新,既脱胎换骨又与众不同的新生事物和时代产物。从外观上看要科幻、新颖,从内在上讲要创新、实用,从功能上说要集成、综合。为空中出行的跨越式、可持续、融合性发展奠定基础。
2024年5月22日,中国民用机场协会在第五届中国机场发展大会上发布《电动垂直起降航空器(eVTOL)起降场技术要求》团体标准。该标准于2023年底正式启动编制,是我国首部针对电动垂直起降航空器(eVTOL)起降场的技术规范。该标准共分为11章节,对电动垂直起降航空器(eVTOL)起降场的物理特性、障碍物限制、场址选择、结构设计、专用设施设备等诸多技术参数进行了明确阐释。eVTOL的起降机场,是专门为eVTOL打造的运营基础设施,是给eVTOL提供起飞、降落、充电、停放、维保、管控、售票、候客等相关运营服务的特定场所。从外观上,它包含起降点、充电桩,以及机库、售票处、候客区、飞控室等基本配套用房。
从规模上,从大到小,它分为大型起降场、小型起降站和起降点。从功能上,由高到低,它可以分为枢纽型、站点型和下站型。从位置上,它又分为表面,高架和水上。
三、美国及欧洲设计标准及规范
2022年9月26日,FAA就发布了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:
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。”
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。
2022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。2022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。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。
FAA的该垂直起降场工程简报下载:https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/2022-09/eb-105-vertiports.pdf
FAA的该垂直起降场技术规范发布网页:https://www.faa.gov/newsroom/faa-re