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Vertical Aerospace首席工程师谈公司新款产品VA-1X



据外媒newatlas报道,上周,英国Vertical Aerospace发布了一款新型的电动垂直起降飞机(VTOL)空中出租车设计,其告别了简单的多旋翼飞机,取而代之的是进入了高效、复杂、续航里程更长的倾转旋翼飞机领域。据悉,VA-1X在长机翼的前缘使用了四个倾转旋翼,后面的另一排则使用保持垂直起飞方向的四个旋翼,但它们彼此独立又接合在一起的结构使飞机能够在获得足够的水平空速以依靠机翼有效飞行的同时减少飞行阻力。

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开发团队预计其最高巡航速度可达到150mph(214Km/h)左右,使用锂电池组充电一次可行驶100英里(161公里)。它被设计成能在一个标准大小的直升机停机坪上起飞和降落,但显然要直升机安静得多。

Vertical Aerospace表示VA-1X将会是世界上第一款获得认证的有翼的全电动垂直起飞和降落(eVTOL)飞机。

为此,外媒newatlas安排了一次跟该公司首席工程师Tim Williams的访谈。据悉,他是在几个月前加入了这家公司,此前他在罗尔斯-罗伊斯担任了大约10年的首席工程师,主要负责作战、运输和直升机引擎的研发工作。以下为整理的访谈内容:

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Newatlas:祝贺你们的新概念,非常漂亮的飞机!

Tim Williams:谢谢,没错!!我们已经做了很多工作,但还有很长的路要走,不过它正在朝着好的方向发展。

这个计划酝酿了多久了?

自去年10月/ 11月以来,我们一直在研究一些不同的概念飞机。我们尝试了一些,也放弃了一些,然后选择一些看起来很有希望的东西,又重复上面的工作,最后我们得到了我们现在得到的东西。这件事经过了相当多的考虑。

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你说你们认真思考一些其他的想法然后又放弃了它们,你愿意谈论它们吗?毕竟在这个领域出现了很多不同的解决方案。

好的。关于我们之前的飞机,我们三年前开始使用一种叫做POC的飞机,它是一种四旋翼导管四轴飞行器。我们从未打算让它成为我们最终的解决方案,它只是我们旅程中的一块基石。

然后我们在一年前做了一架叫sERAPH的飞机,它是一架12翼的多翼飞机。这是为了理解系统中的冗余以及飞机的行为、以及飞行控制系统的行为,这只是一个基础。

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我们一直有意识到我们想要一个真正有用的续航里程,100英里左右,以及相当不错的速度。我们已经看过拥有固定升力旋翼的升力和巡航型配置 ,之后当你要移动时要打开一个巡航螺旋桨。这种设计的问题是你最终会携带相当多的寄生重量,因为每个系统只为飞行的一个阶段设计。

我们反复研究了一段时间看看利弊,然后研究了倾转转子的概念,最终我们得出结论,倾转转子是最可行的。

然而这些东西对重量非常敏感。它们不像传统的飞机。重量是如此、如此、如此得关键,所以要消除寄生重量,我们想到了倾转转子概念。

了解了。另外你们采用了一个有趣的配置,它有两组旋翼。一组可以倾斜,另一组可以折叠。你如何看待这些后旋翼的堆积方式?

我们有一个剪切机制。在常规飞行中,如果你愿意的话它们会排列成一个整齐的位置,当我们在巡航配置中不需要后旋翼时,它们会被停用以减少由其带来的空气阻力。

在理想的情况下,我们想要消除这些旋翼并用倾转旋翼做所有的事情,但旋翼的尺寸会变得太大,如果你增加了它们的数量,那么你携带的重量也变得过大。在试图理清这些结构时则有一个微妙的最佳点。

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这让我想到了Joby飞机,它们也采用了倾转旋翼,它们的后翼有两个。

是的,它们有很多较小的旋翼。我们认为它们可能会因此遭遇质量增加问题。

它们有六个旋翼,四个在前翼,两个在后翼。看到有这么多不同的方法是很有趣的。在大多数领域,你的配置最终会杀死其他所有东西,但因为它现在还处于eVTOL游戏的早期所以会迸发出各种各样的想法。在Joby这个例子中,它们可能承受了额外的重量因为那些倾转的后旋翼,这就是你们要用这些剪式工具解决的问题。

在这个行业里,有很多东西可以定义成功。有效的续航里程、有效载荷能力以及打开市场,噪音必须被绝对控制。

我们正努力关注飞机上的噪音。我们的工作例子是,最初我们认为这些飞机可能会取代传统的直升机。

在伦敦,巴特西有一个直升机场,每天的航班数受到限制,纯粹是因为对噪音的管制。我们的目标是一架比传统直升机安静30倍的飞机。如果我们能做到这样的降噪效果,那就真的为直升机场提供了更多的用途。这是我们追求的第一个用例之一。

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嗯。所以倾转转子设计的一个缺点是当你在这些模式之间转换时飞行动力学会变得有点疯狂。我注意到你们为你们的飞行控制系统跟Honeywell联系在了一起,这是我开始看到出现在一些eVTOL应用中。关于eVTOL飞行控制系统你能分享些什么信息呢?

Honeywell非常重视这个新的城市空中交通市场。他们很关注这个问题。他们开发了一种非常小巧的飞行控制系统,专门为这类市场设计。

我们在跟他们密切合作以此来优化我们的系统。我们在布里斯托尔的工厂里有一个系统测试台,在那里,我们模拟飞行控制系统的页面以及对各种输入的响应及致动器的运动等等。

我不能透露太多他们系统中的内容,但它们被广泛使用,且在军用飞机上有着许多的用途。我认为它最初是为军用飞机设计的,所以它非常擅长控制复杂的飞行系统。

你是指像Osprey VTOL那样的军用倾转旋翼飞机吗?

我不确定,但我有一种感觉,它可能是为JSF的一个变种开发的,无论是F-35还是其他竞争对手之一。我不是很确定。

但它使用了所谓的动态反转技术,它基本上是用一个飞机模型来观察在特定输入条件下飞机会发生什么,然后反过来来告诉你需要什么样的输入来做出你想要的机动。所以这是一个相当复杂的系统。

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所以这个想法对你们来说就是让飞行员控制电传飞行,非常简单。你能谈谈驾驶这些飞机的体验吗?

显然,我们希望有一个非常平稳的乘客体验。我们还没有实际驾驶的经验,但我们有一个我们认为为我们飞机并整合了Honeywell飞行操控系统的非常真实的模拟器。

我们的CEO迈克尔在办公室–显然,我们在(新冠)封锁限制下工作了有一段时间了,但Michael在过去几周时间里在办公室,公司的同事们在那里启动并运行了模拟器,所以他利用这个机会迅速跳上飞机体验了飞行。

Michael不是飞行员,但他说飞机飞行起来非常容易。(飞行)感觉非常自然,其只要最小的控制输入。我们的重点不是降低飞行员的技能,而是尽可能地减少他们的工作量。从他的反馈来看,情况可能是这样的。

我们有一位跟我们密切合作的飞行员,他一直在帮助开发模拟器工具。他对(我们的系统)赞不绝口,说其非常容易飞行且非常平稳。

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好吧!我想谈一谈你们新闻发布中提到一些关于认证的事情,它正在成为世界上第一个认证的eVTOL。你觉得是什么让你们能在这方面保持领先?

我们已经跟欧洲监管机构EASA合作了一段时间。我们早期所做的一件事就是跟EASA进行接触以了解他们在这个领域的需求。这发生在他们意识到这个市场开始发展之前。

所以可以说我们跟他们合作了很长一段时间。他们度我们的做法赞赏有加。他们对我们说,他们觉得我们可能是欧洲少数几家拥有可靠认证途径的公司之一。

EASA随后发布了一份他们称之为eVTOL的特殊条件的文件–SC eVTOL。这是在去年发布的,它规定了eVTOL飞机的条件。

例如,对于大型客机来说,这些要求跟安全要求是相称的。我们主持了一些工作组,这些工作组正在就这些法规进行咨询并帮助确定哪些被认为是可接受的违反这些法规的手段。

所以我认为我们跟EASA保持着良好的关系。他们知道我们在做什么,我们也正在帮助他们制定法规和定义安全水平。

当我说他们知道我们在做什么的时候,例如去年我们做了一个很大的电池测试。我们在一个电池组中找到一些电池并做了一个跌落测试,我们邀请了EASA一起来见证这个测试。这是一次成功的试验。我们还做了一个热失控测试,我们用火焰指向电池让它燃烧然后看看会发生什么。他们再次见证了那次测试,他们对我们解决飞机安全性和可靠性问题的方法非常赞赏。

所以,正是这种公开性、跟监管人员的关系以及严格遵守他们的规定让我们拥有信心,我们已经有了明确的路线来认证飞机。

你知道这个规则文件什么时候起草吗?

就像我说的,他们已经写好了特殊条件,并且已经出来咨询了。我想咨询期已经结束了,所以我希望一整套规章制度能够出台,可能不是今年而是明年年初。当然是在我们想要证明的时间范围内。

与此同时,我们正忙于把我们的组织放在一起以便我们可以在监管机构和设计机构那里申请到批准。这是迈向认证的另一个明确步骤,作为这个过程的一部分,我们最近通过了第二检测点,这是他们批准我们作为设计组织的审查检测点之一。

这给了我们信心,它让我们有信心做到这一点,让事情保持一致并确保我们符合规定。

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好吧。这里有一个小小的安全问题一直困扰着我,那就是在垂直起飞过程中发生的完全失败。有些飞机有弹道降落伞,但如果不够高它们就不起作用。你们有解决办法吗?

我们要做的是在系统中增加大量的冗余。所以我们的飞机会有多个电池组;你不太可能让所有的电池组同时失效。你不太可能让你所有的发动机同时失灵。我们在设计转子的位置时,如果一个转子发生故障,不太可能会造成其他转子的叶栅故障。

所以当这些失败案例都不能被排除的时候,我们试着设计让那些发生的可能性非常低的系统。所以这是一种跟大型商业客机一样或更好的安全水平。

好的。那关于如何处理冗余问题,我私下里听到过一些相当古怪的想法,但这似乎是大多数像你这样的公司都在推动的。

这是我们去年对Seraph使所做的事情之一,在飞行中关闭一个马达来了解系统的其他部分会如何反应。我们设计的系统是这样的,在一个转子故障的情况下,其余7个都可以承担额外的1/8的负载。我们设计的电池是这样的,每个电池组都有容量来适应另一个的故障,系统也可以互换。

说到电池,我猜能量密度和锂电池一样,我怀疑用锂驱动的eVTOL在商业上是否可行,即使在四五年后,即使电池技术有几次飞跃。充电时间太长,续航里程太短,电池又太重。你们研究过氢吗?我知道有一些公司在这方面很上心。

是的,我们在做。我们将继续这样做。我认为,这只是我的观点,从长远来看,这很可能是我们最终的结局。要么是氢动力要么是混合动力。

现在我们正在努力获得认证,我们正在围绕电池技术进行设计,我们知道这些技术是可用的。但对于相同重量的燃料电池,氢燃料电池将使我们的飞行距离增加至少两倍。所以我们不再关注从伦敦到布莱顿,这是我们在新闻稿中使用的案例,我们开始关注像从伦敦到巴黎这样的地方。

所以你可以开始考虑在大城市周围建立一个氢能源市场。所以这是我们正在积极研究的东西,我们想探索我们是否几年以后可以把这项技术投入到我们的原型。

我想如果它只是一个动力系统,那么你们可以做出原型并对锂进行认证,然后在生产线上替换掉它的核心。

好吧,事情没那么简单,但是是的。这可能是我们会考虑使用的一种方法。

这在此刻一定是一个非常令人兴奋的小利基。有这么多的创新在进行,有这么多不同的解决方案,在争第一……

是啊!在罗罗工作了33年之后,我现在已经在这家公司工作了4个月。当我被问到这个角色的时候,就好像你想设计一架从未有人做过的飞机,使用并不存在的技术,在人们没有真正考虑过的空域飞行……有什么不喜欢它的地方吗?

是的,这是一个非常令人兴奋的舞台,我很幸运能在其中工作。变化的速度是惊人的。

作为一个刚刚覆盖这个领域的人,事情总是在向我们扑来,如果你能原谅这个双关语的话。似乎每隔几个月就会有一些全新的大想法。

有些解决方案很棒,但有一些奇怪和古怪。我相信其中的一些会被淘汰。我们只是想让自己尽可能得坚强以确保我们不是他们中的一员!

绝对的!那2024年是目标时间吗?

是的。

等到那个时候,直升机服务将被替换。那你们是会经营自己的服务还是专注于销售机身?

我们会出售(机身)。我们希望能跟拼车式服务或其他能将基础设施就位的人展开合作。

目前有两个直接市场,一个是城市内部市场–我不确定2024年前这个市场的基础设施是否到位–另一个是城市之间的城际航班。我认为这个市场可能是第一个开放的市场,这就是我们预期我们将能取代传统直升机的地方。

很明显,我们都准备好了,但我想这是基础设施发展的速度,如机场、空域控制系统等诸如此类的东西。

所以Vertical Aerospace对自己的应用启动、运行和直接销售服务不感兴趣。这很有趣,很多其他的公司似乎很热衷于抓住这个机会成为人们喜欢的品牌并可能会跟拼车服务连接。这对你们来说只是简单的问题吗?

我想说的是要坚持你自己的编织,真的!我们视自己为航空航天工程公司,这是我们所擅长的。还有其他更好更有资格做应用和基础设施的人。

很好,我差不多问完了我的问题。请问你还有什么事要谈的吗?

没有,我想我们都已经讨论了。显然,我们对上周的公告得到的回应感到非常高兴,现在我们正忙着建造一架飞机,这样我们明年就能飞起来了!

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