航空革命:什么是eVTOL?

航空业正在发生变化。小型电动飞机预示着一个充满了方便、负担得起和环境可持续的短途飞行的未来。但未来的飞行不会自行到来。航空公司、投资者和美国国防部正在为这些电动起降(eVTOL)飞行器的开发投入大量资源，他们将需要领先的工程技术来帮助他们实现他们的愿景。

什么是eVTOL飞行器?

eVTOL飞行器，顾名思义，是一种垂直起飞的小型飞行器可持续电力推进系统。

当我们想到“乘坐飞机”是什么意思时，我们可能首先想到的是登上一架大型商用飞机，甚至是一架私人飞机。但eVTOL车辆准备通过提供革命性的空中移动模式来改变这种状况，这种模式可以缓解交通拥堵，增强城市连通性，并提供快速到达难以到达的地点的通道。

evtol代表了日益增长的先进空中交通(AAM)领域的重要组成部分，该领域专注于短距离(约150海里)运输人员和货物。据麦肯锡称，预计到本十年末，无人驾驶汽车将变得相对普遍，尤其是在交通拥堵成为主要问题的大型人口中心。¹

让我们来探讨eVTOL飞行器的使用案例、它们的开发时间表以及它们对航空制造业的影响。

evtools的用例:航空旅行和防御的革命

除了电机的可持续性在美国，eVTOLs为乘客提供了几个有趣的用例和优势，这使得它们对投资者和大大小小的航空公司都很有吸引力。金融公司摩根士丹利(Morgan Stanley)的一项预测显示，到2040年，电力推进技术的进步和持续投资可能会为电动交通工具创造1.5万亿美元的市场。²据垂直飞行协会称，到2022年，全球eVTOL飞机目录超过了347家公司的700种飞行器设计;就在四年前，只有100架飞机的设计被编目。^3.

eVTOLs被引用最多的用例可能是作为“空中出租车”，能够在短距离内快速运送个人或小团体乘客。全球乘客每年在出租车和叫车服务上的花费超过5000亿美元。⁴随着eVTOL车辆在未来十年变得越来越普遍，它们将占据相当大的市场份额。

eVTOL飞行器的变革承诺并没有被航空业的主要参与者忽视。波音和空客等原始设备制造商(oem)已经在eVTOL开发方面进行了大量投资。⁵这些公司之间的联系是很自然的。随着他们为商用客机寻求更可持续的推进方法，他们将在电池和电动机技术方面取得进步，这也将有利于eVTOL的发展。

eVTOL车辆也为小公司带来了巨大的机遇，比如Joby Aviation，他们的模型飞机可以搭载四名乘客，时速高达200英里，航程150英里。这些公司在eVTOL开发方面取得了长足的进步，对传统航空制造商构成了重大威胁。例如，Joby根据美国国防部的Agility Prime项目延长了其合同。⁶Joby将继续研究eVTOL车辆的应用，可能包括再补给任务、人员重新安置和医疗后送。

美国海军、陆军、空军和海军陆战队都将evtol标记为“关键兴趣领域”。BAE系统公司计划向巴西航空工业公司(Embraer)的子公司Eve Air Mobility预订150架飞机，这证明了全球对evtol相关技术的防务相关兴趣正在上升。⁷BAE系统公司还计划与巴西航空工业公司共同开发eVTOL平台的改型。

eVTOL工程提出了新的挑战

尽管eVTOL的开发正在顺利进行，并且对这些系统的实用性充满信心，但关于eVTOL的性能，仍有许多有待确定的问题飞机设计与制造-包括旋翼概念、推进技术、航空电子设备、连接和整体安全飞行器设计。

这些公司将面临的一个挑战是如何应对仍不确定的监管环境。认证是任何飞机系统开发的关键步骤，对于evtol来说也是如此。

随着许多eVTOL公司履行设计师、制造商和运营商的职责，美国联邦航空管理局(FAA)已经建立了一系列里程碑，旨在通过这些级别的认证。美国联邦航空局努力调整认证程序和标准，从而通过国家航空当局网络和其他监管机构，如欧盟航空安全局(EASA)，寻求国际合作。随着FAA和其他管理机构为eVTOL制造商提供更多的监管指导，灵活性对于保持他们的开发时间表至关重要。

为了取得成功，这些公司需要在自主性和推进力方面取得变革性突破，同时还要应对在其开发生命周期中随时可能发生变化的法规。数字工程是关键。

以数字工程加速创新

为了克服与eVTOL系统相关的工程挑战及其目前不稳定的监管环境，公司必须采用数字工程技术，根据车辆的运行环境对车辆进行虚拟验证。这从建立设计参考任务开始，以派生和评估概念开发阶段的需求。接下来，利用基于模型的系统工程(MBSE)进行需求验证，接着是多学科分析和优化(MDAO)来进行高级贸易研究，以优化系统。

高保真仿真提供了详细的基于物理的见解，以了解行为和性能，以及生成合成数据训练自主系统。所有这些都被捕获在权威的事实来源(ASoT)中，可以与其他生态系统的ASoT连接起来，以一种更具协作性和连接性的方法，反映真正的数字工程愿景。通过虚拟验证，您可以在第一时间构建正确的产品，从而加快产品上市时间，降低成本，并减轻潜在风险。

无论你是设计概念飞机或开发一个雷达站点来监测太空中的高轨道，数字工程支持的虚拟验证就是答案。Ansys通过其合作伙伴生态系统提供开放和互联的解决方案，帮助客户以速度、敏捷性和信心成功实现创新概念。

参考文献

1. “空中交通的未来:电动飞机和飞行出租车。”麦肯锡公司。
2. “飞行汽车和自动飞机研究”。摩根士丹利，2019年1月23日。
3. 新闻稿:垂直飞行协会电动垂直起降目录达到700个概念。eVTOL新闻，2022年8月16日。
4. “2030年先进的空中交通:飞行汽车和空中出租车。”麦肯锡，2021年11月19日。
5. “空客和波音正致力于自主eVTOL操作。”垂直杂志，2023年2月2日。
6. "乔比扩大了与美国国防部的合作"美国商业资讯，2022年8月10日。
7. “BAE系统公司着眼于Eve的eVTOL飞机的国防市场。”垂直杂志，2022年7月21日。