NASA解析航空力学在垂直起降飞行技术中的关键开发方向

先进空中出行(AAM)作为未来交通体系的重要组成部分，正逐渐从概念走向现实。其核心愿景是构建一个安全、可持续、经济且易于获取的垂直交通网络，涵盖城市空中出租车、货运配送、医疗救援等多种应用场景。从城市内的按需空中出租车服务，到跨城市的货物运输，再到偏远地区的物资配送和紧急救援，AAM旨在通过创新的垂直起降(VTOL)技术，重新定义人类的出行与物流方式。

实现这一愿景面临着多重挑战，包括技术突破、安全规范、社会接受度等。其中，航空力学领域的进步是关键支撑，它直接影响着飞行器的性能、安全性、噪音水平和运营成本。正如NASA Revolutionary Vertical Lift Technology(RVLT)项目所强调的，持续的航空力学发展是让VTOL飞行器安静、安全、高效、经济地融入日常生活的核心驱动力。

为推动AAM的发展，NASA等机构正致力于为垂直起降(VTOL)社区提供先进的工具和技术支持，构建了一个多方协作的生态系统，涵盖学术界、行业企业、标准制定组织(SDOs)等。这一协作模式旨在整合各方资源，加速技术创新与应用落地，确保AAM相关技术和工具能够满足实际运营需求。

在这一生态系统中，学术界为基础研究和人才培养提供支持，行业企业主导技术转化和产品开发，标准制定组织则负责建立统一的技术规范和安全标准。NASA作为核心推动者，通过提供验证数据、开发设计工具等方式，为整个VTOL社区赋能，推动先进垂直飞行技术的标准化和产业化。

目前，验证级别的数据在传统飞行器配置中较为丰富，但在AAM相关的新型飞行器配置中却相对匮乏。企业往往拥有特定配置的私有数据，但由于商业机密等原因，这些数据难以广泛共享，导致行业整体缺乏统一的、公开的验证基准。

不过，公共领域的数据正在逐步积累。例如，NASA从多旋翼、并列式旋翼和悬停验证测试中获取的公开数据已开始发布。这些数据为AAM相关的研究和设计提供了重要参考，有助于推动行业整体技术水平的提升。

NASA开展了多项关键测试以获取验证数据，包括：

这些测试产生了包括过渡位置热成像图像在内的大量宝贵数据，为AAM飞行器的设计和分析提供了实证支持。

为进一步推动AAM技术的发展，未来需要在以下方面拓展验证数据：

1. 更多样化的飞行器配置数据，以覆盖不同类型的AAM应用场景。

2. 更大比例的测试件，以评估尺度效应对飞行器性能的影响。

3. 全面的测量数据，用于验证各类模型，具体包括载荷、声学特性、桨叶压力、桨叶变形、流场测量等。

这些数据的积累将有助于提高AAM飞行器设计的准确性和可靠性，降低研发风险，加速技术成熟。

目前，概念设计工具已经能够针对部分配置的AAM飞行器，可靠地进行噪音与性能的权衡分析。NASA工具链的培训材料已经可用，相关计算可在工作站计算机上在数分钟至数小时内完成，具备较高的效率。

AAM的设计工具主要包括以下几类：

这些工具的应用，使得工程师能够在设计早期就对飞行器的性能、噪音等关键指标进行评估和优化。

未来AAM设计工具的发展需要关注以下几个方面：

1. 整合飞行动力学和控制分析工具，为早期飞行器设计决策提供更全面的信息。

2. 改进工具链，以更好地处理旋翼速度控制问题。

3. 升级工具以适应新型飞行器配置的建模需求。

通过这些改进，将提高设计工具的适用性和效率，缩短AAM飞行器的研发周期。

过去十年，计算流体动力学(CFD)在AAM领域取得了显著进展，能够更准确地预测飞行器性能，加深对流动物理现象的理解。然而，目前的高保真模拟仍面临挑战：网格生成需要大量的用户时间和专业知识，模拟计算成本较高。

为克服现有挑战，高保真模拟技术需要在以下方面发展：

1. 开发适用于新兴高性能计算(HPC)架构(如GPU)的CFD流solver能力，以提高计算效率。

2. 改进代码算法，提升流 solver 的准确性和效率。

3. 开发自动重叠结构网格生成工具，缩短从概念设计到解决方案的时间。

这些发展将使高保真模拟在AAM飞行器的设计和优化中发挥更大作用，提高设计的精细化程度。

目前，已经形成了流线型的工具链，可用于预测厚度、载荷和宽带自噪声。同时，高保真方法也可用于额外的部件级噪音预测，为AAM飞行器的声学设计提供了一定的技术支撑。

为降低AAM飞行器的噪音影响，提高社会接受度，未来声学分析需要在以下方面加强：

1. 积累全面的数据集，以评估尺度效应，改进预测工具。

2. 将声学散射代码整合到工具链中，提高噪音预测的完整性。

3. 开发通用的交互噪声源预测方法。

4. 研发计算高效的实时预测工具。

这些进展将有助于设计出更安静的AAM飞行器，减少对城市环境和居民生活的干扰。

先进的AAM配置带来了独特的飞行动力学问题，可能对操控性和乘坐品质产生负面影响。目前，针对AAM飞行器的乘客舒适度，尚未建立经过验证的乘坐品质指南。

垂直运动模拟器(VMS)的初步测试结果显示，恶劣的飞行条件会加剧乘客的生理压力，影响任务执行能力，这凸显了优化AAM飞行器飞行动力学性能的重要性。

为提升AAM飞行器的安全性和乘客舒适度，未来需要：

1. 开发先进的飞行动力学模型，捕捉气动干扰效应，通过实时模拟实现对AAM飞行器更高保真度的评估。

2. 研发高效的飞行动力学和控制分析工具，为早期飞行器设计决策提供支持。

3. 开展人体受试者测试，建立AAM飞行器的乘坐品质指南。

这些工作将为AAM飞行器的安全运营和乘客体验提升奠定基础。

随着技术的不断进步，先进垂直飞行任务正逐渐从概念走向现实。从四旋翼飞行器离开vertiport，到倾转翼飞行器在vertiport上空的操作，各种AAM应用场景正在逐步落地。

然而，要实现VTOL飞行器安静、安全、高效、经济且常规地融入日常生活，成为日常交通的有机组成部分，还需要在航空力学领域持续发展。这需要学术界、行业企业、标准制定组织等多方协作，共同推动技术创新、标准制定和产业培育。

未来，随着验证数据的不断积累、设计工具的持续完善、声学与飞行动力学技术的不断进步，AAM有望成为改变人类出行和物流方式的革命性力量，为城市交通拥堵问题提供全新的解决方案，推动可持续交通体系的构建。

来源：公开信息，要点纵航整理

提示：原创文章未经允许，请勿转载

免责申明：本文中所含内容乃一般性信息，包含的价格及观点仅供贵方参考，要点纵航不对任何方因使用本文内容而导致的任何损失承担责任。

要点纵航专注于低空经济和eVTOL技术的发展，识别并研究行业的关键障碍及相关需求。我们通过提供数据、分析和见解，与行业参与者共同致力于实现安全、可持续、低成本且可及的变革性城市空中出行方式。一公里的地面交通只能带您走一公里，而一公里的空中飞行可以带您到任何地方！

如您想获取更多关于eVTOL技术的最新消息，请添加相关人员或通过电子邮件，把您的要求发送给我们。