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导读:据美国空军研究实验室 (AFRL) 官方网站2021年9月14日报道，美国空军技术创新中心(AFWERX)主导下的“敏捷至上”(Agility Prime)项目的主要合作伙伴——穆格飞机制造公司(Moog Aircraft Group)宣布，该公司已开发出一种名为SureFly S250的电动垂直起降飞行器(eVTOL)原型机，用于美国空军对任务范畴、成本、风险和技术成熟度进行测试和分析，探索电动垂直起降在无人飞行应用领域中的潜力。SureFly S250垂直起降飞行器是一款双座全电动多旋翼飞行器，分为有人或无人两种，利用八个独立的推进电机作为飞行控制装置。
“敏捷至上”(Agility Prime)项目旨在开展军方与企业(包括传统航空航天防务企业与小企业)的合作，在美国联邦航空局(FAA)适航审定程序之前，通过军方先行测试，推动相关技术发展与应用。该项目得到了美国交通部、军方等的高度关注和支持，美空军通过演示合同为参与方提供资金和政府资源，支持其开展多种环境条件、任务场景下的飞行器演示验证，进而基于参与方飞行测试表现，评估后续是否授予采办合同。美国空军于2020年2月启动了“敏捷至上”电动垂直起降飞行器演示验证项目，以探索电动垂直起降这一新兴技术在短距离运输、救援搜索、特种作战等军事行动中的应用，促进商用市场技术向军用领域的转化。预计于2023年完成飞行器适航审定，2025年初具备规模化应用的水平，实现大规模采购。军方为参与者提供试飞空域和配套资源，加快技术成熟;同时军方作为启动用户，先行试用飞行器(暂不要求取证)，但企业必须说明其适航审定计划。在敏捷至上项目中，相关技术开发、产品研制及相应投资等流程均由工业界主导，美国空军主要负责提供资源、开展测试等，从而高效融合商业资本、技术与政府资源。敏捷至上项目聚焦小型电驱动飞行器，同期美国空军研究实验室也提出了应用于大型飞机的混合电推进固定翼概念方案，相关研究延续了美国空军对多电飞机、能量优化飞机的关注，体现了美国空军全方位推动航空装备电气化发展的路线。自推出以来，Agility Prime已与20多家公司合作，资助其飞行测试和认证工作，其中4家公司的飞机通过了军用适航标准。Agility Prime还为从事近期eVTOL研发工作的257个小型企业、大学和其他非营利研究机构团队提供资金，目前已授予超过1.3亿美元的合同，涉及的公司已获得超过10亿美元的商业投资。2021年1月，美国空军提供了以下投资摘要(包括支持成本)：2019财年：1000万美元
2020财年：2500万美元
2021财年：2500万美元
与此同时，Agility Prime项目还吸引了美国海军陆战队、美国海岸警卫队、美国海军试飞员学校和其他政府机构的加入。美国海军陆战队已投资300万美元，五角大楼战略能力办公室也投资了160万美元。为此，该项目的每一家公司都需要建立一个模拟设施，以供空军和其他机构的代表可以在这里了解每架飞机的性能。
海军陆战队作战实验室与空军的AgilityPrime项目合作，将eVTOL飞机用于后勤目的“敏捷至上”项目将军用电动垂直起降飞行器命名为“适应性保障飞行器”(ORB)，应满足的技术要求主要包括以下5个方面：采用分布式推进系统
采用电推进系统
有人驾驶、遥控驾驶，或自主飞行
垂直起降
具备悬停能力
可具备升力表面
模块化设计
在项目启动阶段，美空军提出了其关注的典型应用场景，随后在线上活动阶段，美空军将应用场景拓展为3类，场景与相应技术指标需求分别为：该类场景是项目启动阶段提出的最初应用场景。有效商用载荷3-8人;采用全电推进或混合电推进;航程大于161km;飞行速度大于161km/h;航时超过60分钟。有效商用载荷1-2人，或同等重量的货物;采用全电推进或混合电推进;航程大于16km;飞行速度大于72km/h;航时超过15分钟。有效商用载荷大于230kg;最大起飞重量大于600kg;采用全电推进或混合电推进;航程大于322km;飞行速度大于161km/h;航时超过100分钟。
Joby公司的S4飞行器采用全电推进系统和倾转旋翼构型，共6个旋翼，在两侧翼尖、中段和尾翼各设置1台电机，巡航速度320km/h，航程240km。倾转旋翼构型能够在确保良好垂直起降性能的前提下提高平飞效率，从而兼顾垂直起降能力与巡航经济性，相较于旋翼构型能够大幅提升航程。2021年7月S4飞行器创造了其单次充电的飞行新纪录，在77分钟的飞行中飞行了154.6英里(249公里)，并且包括十分耗能的垂直起飞和着陆阶段。eVTOL飞机的电池在垂直起降飞行阶段需要巨大的功率密度和巨大的能量密度，Joby公司表示，该飞行器配备了811NMC阴极和石墨阳极电池，经实验室测试，其电池组在飞机的使用寿命中可支持飞行超过10000次“预期额定飞行周期”。
Beta技术公司ALIA飞行器采用了另一种eVTOL飞行器常见的构型，即固定翼与旋翼的混合构型，在两侧机翼中部的前后方各设置一个定距螺旋桨，提供垂直起降所需升力，机身尾部设置一个推进螺旋桨，提供平飞巡航阶段的推力。在平飞巡航阶段，机翼位置的4个螺旋桨将停转并固定在最小阻力位置，从而降低平飞阶段的阻力。ALIA飞行器质量高达2.7吨，弧形机翼长15米，其设计航程为400千米。混合构型在兼顾了多旋翼飞行器的垂直起降性能与固定翼飞行器的平飞高效特性，相较于倾转旋翼构型，混合构型结构简单、无倾转部件。其缺点也很显著，固定翼与旋翼结构并存实际是一种妥协，两者会互相影响，一方面结构质量大，另一方面效率受限，在垂直起降阶段，大面积的机翼会增大起降阻力，在平飞阶段，旋翼会增大阻力。ALIA飞行器在平飞阶段停转螺旋桨并固定位置就是平衡这种影响的一种措施。2021年7月，ALIA完成了其迄今为止最远的一次载人试飞，飞行距离达到205英里(330公里)。据现场测试人士透露，全电动的ALIA飞机在飞机模式下仅靠五个电池组中的三个就能运行，这为实现其250海里(约460公里)的目标航程奠定了基础，因为垂直起飞和降落(VTOL)是飞行中最耗费能量的阶段。虽然Beta技术公司尚未在VTOL模式下对ALIA进行广泛的自由飞行测试，但该公司已经在该飞机的常规起飞和降落(CTOL)中进行了大量的飞行测试。在此次最远航程的飞行测试中，共飞行了2小时2分钟，最大速度达到122英里/小时(196公里/小时)。Beta技术公司的最终目标是将ALIA的巡航速度提高到170英里/小时(270公里/小时)。2020年8月，LIFT公司推出了Hexa，这是第一批面向消费市场的休闲飞行汽车之一，随后Hexa在许多美国政府机构和私营企业中进行了展示，2021年，Hexa也在旧金山、西雅图、圣莫尼卡和迪拜推出。Hexa是LIFT公司与美国空军合作制造的一种可以垂直起降的单人飞行器。该飞行器使用18个螺旋桨，模式类似于直升机。因其面向娱乐消费市场，所以只需进行一个小时的飞行训练就可以自主掌握Hexa的驾驶。为了更方便驾驶，LIFT公司正在开发可在12.9英寸iPad Pro上运行的iPad应用程序，通过iPad辅助控制，可以轻松着陆和起飞。但LIFT公司主要还是希望飞行器能够自主操作，因此只是将iPad程序作为补充，除此之外其他用户界面有操纵杆和音频/通信系统，以及一些语音控制功能。LIFT公司首席执行官表示，在这些飞行器获得认证并证明其达到客运所需的安全水平后，Hexa才会用于运输，此后将转向公共用途，包括军事、紧急医疗、执法和海岸警卫队救援等。
飞特公司(Flyt)研发的红色蜂鸟(Red Hummingbird)轻型电动垂直起降飞行器关注轻载荷、短距离的简易运输任务，。红色蜂鸟采用4个涵道风扇提供升力和动力，商载113kg，续航时间20-30分钟。红色蜂鸟应用了简单的多旋翼构型，采用涵道风扇，一方面降低翼尖导致的噪声和阻力、提高效率，另一方面也能降低旋翼故障对乘员的风险。AFWERX Agility Prime和新合作伙伴Kitty Hawk在2021年5月份的第一次运营演习中达到了一个里程碑。美国空军作战测试和评估中心的任务设计团队负责人马丁·萨利纳斯中校说：“这次演习产生了重要的数据，将支持该计划的推进。”之所以这么说是因为在该计划的第一次演习中，由行业和政府运营商、工程师和测试专业人员组成的多元化团体评估了使用Kitty Hawk的Heaviside电动垂直起降飞机进行医疗后送、人员恢复和后勤的能力。Kitty Hawk团队还展示了Heaviside的远程飞行能力。多学科团队收集了丰富的数据，为原型阶段的实用程序以及未来的开发和部署决策提供了重要信息。除了评估不同的装载场景外，该团队还观察了Heaviside的遥控和全自动飞行演示。据Kitty Hawk的网站称，Heaviside飞行器的设计速度快、体积小、安静且环保，飞行速度高达180英里/小时，一次充电的潜在航程可达100英里外加储备。Heaviside可在30×30英尺的空间起飞和降落，在1000英尺处达到38dBA的声级，比直升机安静100倍，每英里所需的能量不到传统电动汽车的一半。
作为针对第三种应用场景载货应用的飞行器，为了能够提供更大航程，雷戈-A没有采用全电推进，而是采用混合电推进系统。在动力装置方面，雷戈-A兼具传统升力表面与倾转涵道风扇，可实现垂直起降与常规起降，其载荷为1225kg(垂直起降)/2268kg(常规起降)，速度可达到370km/h。混合电推进技术一般面向大航程任务，是未来支线/干线电动飞机的发展方向，在城市空运领域鲜有出现。混合电推进技术依然需要基于燃料的内燃机，区别于传统动力系统，混合电推进系统通过电池组作为蓄能装置实现能量输出的“削峰填谷”，保证发动机始终处于良好、高效的工作状态。城市空运行业快速发展的背景下，美国空军主导的“敏捷至上”项目，整合了政府资源和业界力量，旨在推动电动垂直起降飞行器领域的民用技术创新，同时，由于相关技术具有高度军民融合的特征，民用电动飞机相关技术可迅速应用于军用航空领域，为美军作战能力带来更新升级。客观上打通了国防采办与产业界的通道，提升了美国在该领域的资源使用效率和全球军事、科技与商业竞争优势。这也无疑将给中国带来新的挑战。[1] World\\\\\\\\\\'s First Commercial Flying Car "Hexa" Unveiled[2] The Director of AFWERX, US Air Force announced to speak at the UAV Technology USA 2022 Conference[3] AFWERX Agility Prime partners with Kitty Hawk in first medevac exercise with electric aircraft[4] Thinking ahead: Agility Prime kicks off[5] Agility Prime Accelerates eVTOL Development[6] Agility Prime Looks Towards Implementing eVTOLs in Air Force Operations in FY23[7] Air Force awards first airworthiness approval for human flight in electric aircraft program[8] Joby sets new record with 154.6-mile eVTOL flight[9] Beta’s fully electric Alia aircraft achieves 200+ mile test flight
－ The End －
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