针对电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-off and Landing,eVTOL)合乘运营场景下的动态请求匹配问题,对合乘匹配及路径规划进行研究.首先,考虑eVTOL垂直起降机场容量、eVTOL载重、电池能耗等限制,以乘客和eVTOL运营商利益最大...针对电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-off and Landing,eVTOL)合乘运营场景下的动态请求匹配问题,对合乘匹配及路径规划进行研究.首先,考虑eVTOL垂直起降机场容量、eVTOL载重、电池能耗等限制,以乘客和eVTOL运营商利益最大化为目标建立基于合乘公平性的动态eVTOL路径规划模型;其次,使用基本插入算法和线性插入算法对问题模型进行求解,并对比分析按照先到先服务和请求优先级将新请求与eVTOL进行匹配的两种处理方式;最后,以T市5个火车站和1个机场作为垂直机场,用其实际地理位置信息进行算例研究.研究结果表明:与基本插入算法相比,线性插入算法的计算时间缩短了60%以上,证明该算法可以有效求解模型;与按照先到先服务处理方式相比,请求优先级处理新请求时乘客的平均支付费用减少了0.87%,运营商合乘收益提升了5.86%,实现了在保障乘客和运营商利益下新请求与eVTOL的较优匹配.所构建的动态路径规划模型为eVTOL共享运营模式提供参考.展开更多
动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能...动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能、适航性能和安全性能的影响。利用开源软件SUAVE(Stanford University Aerospace Vehicle Environment,SUAVE)对复合翼eVTOL进行了整机与动力总成的建模,利用故障树分析(Fault Tree analysis,FTA)方法对动力总成进行了安全性分析。通过仿真,发现在现有电池技术水平下,电池的放电倍率约束是决定电池性能需求的关键限制条件,针对本文设计的eVTOL,372 Wh/kg是满足所有安全约束的最低能量密度,在使用过程中电池容量的衰退是设计者选择电池能量密度的重要参考指标。单独改善电池的可靠性对动力总成可靠性的提升是有限的,但电池性能的衰退将使电池成为动力总成失效的主要因素。通过FTA发现本文搭建的典型动力总成失效率为1.524×10^(-7),接近SC-VTOL-01中单座飞行器的基础级灾难性故障率要求。展开更多
针对城市场景下载人电动垂直起降飞行器(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)路径规划问题进行了研究。首先,使用危险度栅格法进行三维城市空间建模,对选定型号的eVTOL飞行器,以航程、运行风险和高度变化为目标函数,结合飞行...针对城市场景下载人电动垂直起降飞行器(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)路径规划问题进行了研究。首先,使用危险度栅格法进行三维城市空间建模,对选定型号的eVTOL飞行器,以航程、运行风险和高度变化为目标函数,结合飞行器自身特性及环境限制,构建了多约束条件的载人eVTOL路径规划模型。然后,设计了一种改进人工电场算法(im-proved artificial electric field algorithm,IAEFA),在传统人工电场算法(artificial electric field algorithm,AEFA)的基础上增加了自适应库伦参数,并在库伦常数的计算中引入递减系数,以此进行仿真求解。实验结果显示,所构建的模型可以达到预期效果。使用改进算法进行路径规划的求解效果更优,相较传统粒子群算法和人工电场法,航程更短,高度变化更小且运行更为安全。最后,根据对照实验确定递减系数的取值,当递减系数取值为1.5时,改进算法的求解效果最优。展开更多
对多旋翼电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)航空器推进系统进行了可靠性分析与分配。首先,针对多旋翼eVTOL航空器可靠性历史数据积累不足的问题,使用模糊贝叶斯网络(fuzzy Bayesian network,FBN)建立可靠性分...对多旋翼电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)航空器推进系统进行了可靠性分析与分配。首先,针对多旋翼eVTOL航空器可靠性历史数据积累不足的问题,使用模糊贝叶斯网络(fuzzy Bayesian network,FBN)建立可靠性分析模型,对其可靠性先验数据进行了补充,并进行可靠性后验推理,辅助定位推进系统关键环节。其次,基于FBN可靠性分析模型,提出一种改进电子设备可靠性咨询组(advisory group on reliability of electronic equipment,AGREE)可靠性分配方法,对不同构型多旋翼eVTOL推进系统进行可靠性分配。结果表明,FBN可靠性分析模型补充了推进系统可靠性数据,可有效识别系统薄弱环节。改进AGREE分配法的可靠性分配结果符合SC-VTOL-01中对eVTOL航空器的可靠性要求,同时该方法得到的可靠性分配结果更为合理,体现了不同构型、子系统、部件间的差异。展开更多
针对电动垂直起降机(electric vertical take-off and landing,eVTOL)在复杂城市低空空域运行中存在的场景适应性不足和多约束耦合建模不足等突出问题,提出了融合不同任务场景和多目标优化的通用三维eVTOL飞行路径规划方法。首先,提出...针对电动垂直起降机(electric vertical take-off and landing,eVTOL)在复杂城市低空空域运行中存在的场景适应性不足和多约束耦合建模不足等突出问题,提出了融合不同任务场景和多目标优化的通用三维eVTOL飞行路径规划方法。首先,提出一种优化的结构化空域规划架构具体方法,以平衡低空空域航空器运行安全和空域容量之间的矛盾,确保空域资源的高效利用;其次,基于多旋翼eVTOL飞行器的飞行动力学与空气动力学特性,建立准确的能耗评估模型以进一步优化飞行路径,从而通过构建标准大气模型和障碍区环境建模,综合优化路径能耗、路径长度、路径平滑和计算时间,形成了全面的综合代价评估函数;最后,基于改进粒子群算法,提出了适用于不同运行场景并能应对各种交通活动需求的三维通用路径规划算法。仿真验证表明:通用三维全局路径规划方法能够在多种复杂场景下,针对不同任务需求规划出安全可行绿色的飞行路径;相较于传统路径规划算法,该改进方法在典型城市场景中展现出更优的能耗效率和航程优化等性能;在极端紧急任务场景下可快速生成应急路径,计算效率提升显著。研究结果为城市空中交通系统设计提供了兼顾安全性与经济性的解决方案,其多场景适应特性有助于推动立体化交通网络建设,为低空经济产业链发展提供技术支撑。展开更多
文摘针对电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-off and Landing,eVTOL)合乘运营场景下的动态请求匹配问题,对合乘匹配及路径规划进行研究.首先,考虑eVTOL垂直起降机场容量、eVTOL载重、电池能耗等限制,以乘客和eVTOL运营商利益最大化为目标建立基于合乘公平性的动态eVTOL路径规划模型;其次,使用基本插入算法和线性插入算法对问题模型进行求解,并对比分析按照先到先服务和请求优先级将新请求与eVTOL进行匹配的两种处理方式;最后,以T市5个火车站和1个机场作为垂直机场,用其实际地理位置信息进行算例研究.研究结果表明:与基本插入算法相比,线性插入算法的计算时间缩短了60%以上,证明该算法可以有效求解模型;与按照先到先服务处理方式相比,请求优先级处理新请求时乘客的平均支付费用减少了0.87%,运营商合乘收益提升了5.86%,实现了在保障乘客和运营商利益下新请求与eVTOL的较优匹配.所构建的动态路径规划模型为eVTOL共享运营模式提供参考.
文摘动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能、适航性能和安全性能的影响。利用开源软件SUAVE(Stanford University Aerospace Vehicle Environment,SUAVE)对复合翼eVTOL进行了整机与动力总成的建模,利用故障树分析(Fault Tree analysis,FTA)方法对动力总成进行了安全性分析。通过仿真,发现在现有电池技术水平下,电池的放电倍率约束是决定电池性能需求的关键限制条件,针对本文设计的eVTOL,372 Wh/kg是满足所有安全约束的最低能量密度,在使用过程中电池容量的衰退是设计者选择电池能量密度的重要参考指标。单独改善电池的可靠性对动力总成可靠性的提升是有限的,但电池性能的衰退将使电池成为动力总成失效的主要因素。通过FTA发现本文搭建的典型动力总成失效率为1.524×10^(-7),接近SC-VTOL-01中单座飞行器的基础级灾难性故障率要求。
文摘针对城市场景下载人电动垂直起降飞行器(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)路径规划问题进行了研究。首先,使用危险度栅格法进行三维城市空间建模,对选定型号的eVTOL飞行器,以航程、运行风险和高度变化为目标函数,结合飞行器自身特性及环境限制,构建了多约束条件的载人eVTOL路径规划模型。然后,设计了一种改进人工电场算法(im-proved artificial electric field algorithm,IAEFA),在传统人工电场算法(artificial electric field algorithm,AEFA)的基础上增加了自适应库伦参数,并在库伦常数的计算中引入递减系数,以此进行仿真求解。实验结果显示,所构建的模型可以达到预期效果。使用改进算法进行路径规划的求解效果更优,相较传统粒子群算法和人工电场法,航程更短,高度变化更小且运行更为安全。最后,根据对照实验确定递减系数的取值,当递减系数取值为1.5时,改进算法的求解效果最优。
文摘对多旋翼电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)航空器推进系统进行了可靠性分析与分配。首先,针对多旋翼eVTOL航空器可靠性历史数据积累不足的问题,使用模糊贝叶斯网络(fuzzy Bayesian network,FBN)建立可靠性分析模型,对其可靠性先验数据进行了补充,并进行可靠性后验推理,辅助定位推进系统关键环节。其次,基于FBN可靠性分析模型,提出一种改进电子设备可靠性咨询组(advisory group on reliability of electronic equipment,AGREE)可靠性分配方法,对不同构型多旋翼eVTOL推进系统进行可靠性分配。结果表明,FBN可靠性分析模型补充了推进系统可靠性数据,可有效识别系统薄弱环节。改进AGREE分配法的可靠性分配结果符合SC-VTOL-01中对eVTOL航空器的可靠性要求,同时该方法得到的可靠性分配结果更为合理,体现了不同构型、子系统、部件间的差异。
文摘针对电动垂直起降机(electric vertical take-off and landing,eVTOL)在复杂城市低空空域运行中存在的场景适应性不足和多约束耦合建模不足等突出问题,提出了融合不同任务场景和多目标优化的通用三维eVTOL飞行路径规划方法。首先,提出一种优化的结构化空域规划架构具体方法,以平衡低空空域航空器运行安全和空域容量之间的矛盾,确保空域资源的高效利用;其次,基于多旋翼eVTOL飞行器的飞行动力学与空气动力学特性,建立准确的能耗评估模型以进一步优化飞行路径,从而通过构建标准大气模型和障碍区环境建模,综合优化路径能耗、路径长度、路径平滑和计算时间,形成了全面的综合代价评估函数;最后,基于改进粒子群算法,提出了适用于不同运行场景并能应对各种交通活动需求的三维通用路径规划算法。仿真验证表明:通用三维全局路径规划方法能够在多种复杂场景下,针对不同任务需求规划出安全可行绿色的飞行路径;相较于传统路径规划算法,该改进方法在典型城市场景中展现出更优的能耗效率和航程优化等性能;在极端紧急任务场景下可快速生成应急路径,计算效率提升显著。研究结果为城市空中交通系统设计提供了兼顾安全性与经济性的解决方案,其多场景适应特性有助于推动立体化交通网络建设,为低空经济产业链发展提供技术支撑。
