美国商业航空的6大战略推力
美国商业航空的6大战略推力
NASA最近发布了关于航空研究的2023战略规划。
对于目前火热的eVTOL或者AAM方向就是其中之一；
其实除了eVTOL还有很多值得挑战的商业航空方向；
更值得大家提前布局，耐心和坐上数年的冷板凳；
我认为总比，每次来一个热点，大家就往里面挤要强；
屁股虽然冷点，但心是热的；
这可能才是属于你的时代机遇，尤其是正值青春年华的小伙子；
我们都要学会伴随一个行业从无到有；
更要学会接受，可能是从“无”到“无”的结果；
但想要完全是无的，估计也是极难的一件事情。
首发，eVTOL基础知识-构型设计；
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从NACA到NASA
关于NASA的这份2023战略计划，核心作用是推动美国商业航空在全球保持领先的地位，下图展示了NASA过往研究成果在现代商用飞机上的应用。
NASA的前身是美国国家航空咨询委员会（NACA）。NACA于1915年3月3日根据美国《海军拨款法》的附加条款成立。该法案授权新组织监督和指导飞行问题的科学研究，以期切实解决这些问题。在整个上个世纪，航空研究结合了地面和飞行测试的经验知识、理论和分析方法的发展以及物理演示的验证。这项研究涵盖了越来越广泛的技术，能够提高性能、安全性、效率并减少对环境的影响。NACA的初步研究集中在飞行物理学上，工作涉及风洞试验以及两种型号和全尺寸飞机的飞行试验。这项工作，尤其是在第二次世界大战期间和之后，奠定了美国在航空领域的全球领先地位。
1958年美国的《太空法》确立了NASA作为NACA的继任者，标志着其研究扩展到地球大气层以外的飞行。随着载人航天计划的推进和全球关注，20世纪60年代和70年代见证了广泛使用NASA结构分析工具的发展，以及复杂流体动力学的初步开发和应用。在20世纪80年代。NASA的航空研究组合包括一些重要的安全性和性能增强，有助于商业航空运输的转型。自1990年以来的成就不仅表明了NASA研究的进一步扩展，也表明了将航空视为一个复杂的系统，高效和环境可持续的航空运输。
为了积极地将其成果转化到航空界，NASA一直致力于超出商业投资的规模、风险和回报标准的研究和开发工作。例如，包括移交给FAA的多种交通管理技术，以实现下一代航空运输系统（NextGen）；关于使用可持续航空燃料的研究证实了在使用燃料时与推进系统管道相关的一些挑战，证明混合燃料的环境效益，包括减少导致轨迹形成的颗粒物排放。X-59已经设计和建造完成，并将很快执行其任务，帮助实现商业的超音速旅行着陆；开发电动垂直起降技术所需的工具并演示；AAM整机、基础设施和运营各个方面的进展。
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战略推力1：全球业务的安全、高效增长
在过去的15年里，FAA的NextGen计划一直是对空中交通管理系统进行现代化改造的重点，在保持或提高安全和其他性能措施的同时，实现更大的容量和运营效率，如描绘航空业的未来：以信息为中心的国家空域系统中的运行者中所述。战略推力1响应了FAA 2035以信息为核心的NAS愿景，以在2025年之后的下一代基础上进行协作、分布式决策和实时安全管理，并充分利用网络物理系统和其他新兴技术带来的机遇。更高效的飞机运营将减少能源消耗，补充战略推力3，为环保可持续航空提供选择。此外，AAM、高空长航时、高速和超高效运输类别飞机等整机将使未来的飞行变得更加复杂、密集，并将大幅增加交通量。在2020-2045年期间及以后，战略推力1还应对现有或新飞机相关的特定安全隐患，例如减少商业运输意外损失的近期需求和维护NAS安全的长期需求。
在2045年之后，战略推力1响应了NASA与FAA和业界联合开发的2045“全民天空”愿景，实现高度自动化、动态适应性和可扩展的航空运输，并自动确保自适应的时间安全管理，以了解未来运营的多样性、密度、复杂性和数量。下图显示了从今天到2045年以后各个时期内空域运行和安全的演变，其中以信息为中心的NAS显示在第4个阶段，“全民天空”是阶段5中的展示。美国以信息为中心的NAS和全民天空旨在确保美国航空业相对于其他全球举措的竞争力。
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战略推力2：商业高速飞行器的创新
开发高效、高成本效益、环保的商业高速运输可能会改变跨洲旅行的市场规则。这样的发展也将有助于保持美国在航空科学和技术方面的领先地位。战略推力的成果代表了一种高速研究的方法，专注于突破性的技术，有望克服高速商用飞机的环境和运行障碍，包括使用可持续航空燃料。环境障碍包括音爆噪音、机场社区噪音、高空排放和高能消耗的不利影响。商用超音速飞机必须克服目前为防止公众因不必要的噪音烦恼而实施的禁止在陆地上产生音爆的禁令。还必须应对机场社区噪音和现有空中交通整合所需的运行效率低下亚音速飞行段相关的挑战。在所有这些障碍中，音爆噪声对环境和高效运行造成了不可接受的影响，被视为需要克服的最初关键障碍。
NASA的X-59，如洛克希德·马丁是Quesst任务的核心，该任务可以使陆地上的超音速飞行成为可能，大大缩短在美国或世界任何地方的旅行时间。X-59的设计目的是将音爆的响度降低到对地面上人只有轻微影响。将飞越选定的美国社区，收集人类反应的数据。
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战略推力3：超高效亚音速飞行
航空界预计，至少到2050年，长途运输公司将提供全球国际和国内航空运输的大部分业务。为了满足这几十年来对航空运输的需求和可持续增长，需要安全、经济、节能、安静的社区友好型运输机，其有效载荷、速度和航程性能符合市场要求。实现这一愿景需要航空界加快在阻力、重量和推进方面的性能改进，以提高能源效率并降低能源消耗。这些改进还必须包括减少环境影响，目标是在不损害安全的情况下减少碳、氮氧化物和噪音的排放。
2021年11月，美国政府通过FAA发布了一份完整的政府航空气候行动计划，该计划与美国经济范围的气候行动计划和国际航空界的目标相一致。该计划如下图所示，描述了航空业到2050年实现净零碳排放的道路。亚音速商业机队的这一目标依赖于高效飞机的扩散、从推进系统和飞机运行中提高效率、大规模使用可持续航空燃料，以及如果无法实现可持续燃料减少生命周期二氧化碳的预期功效，则使用高完整性排放补偿。如今，可持续燃料是现有和近期进入服务机队的唯一可行选择，这将大大有助于实现到2050年的净零碳气体排放目标；中期空运和推进系统将大大减少能源消耗，减少排放，并降低对可持续航空燃料的需求。该计划认识到可持续燃料供应链中的挑战及其实际潜力的巨大不确定性。此外，该计划还认识到非二氧化碳对气候的影响，排放和轨迹。
NASA将展示高风险、高回报的技术进步，这对美国航空航天制造商将航空公司和客户要求的创新、成本效益和可持续的产品和服务推向市场至关重要。这种桁架支撑的高展弦比机翼设计是可持续单通道商业运输的一个概念。
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战略推力4：安全、安静、价格合理的垂直起降飞行器
航空界预计，新的、具有成本效益的航空用途将大幅增加，为旅行者提供想要的时间和地点飞行的灵活性，只需现在所需的一小部分时间。这种灵活性预计将大大增加对航空服务的需求，并大幅增加航班数量。事实证明，与地面运输相比，垂直起降飞机的运输速度更快、更方便。公众对增加机动性的需求将部分通过垂直起降飞机来满足，该飞机可在各种配置和任务中运行。这些配置将提供无与伦比的城市交通和服务（如空中出租车、空中地铁和个人飞行器）。他们还将在一系列应用场景（如货物运送、紧急医疗服务和救灾）中提供独特的任务和公益服务。许多独特的任务将要求飞行器和空域具有不同级别的自主性，并且在人员和社区附近运行时，还要求噪音和排放不具有侵入性。
在NASA的上图描绘中，一个关于未来空中出租车的想法在一个理论上的市政机场上空盘旋。几个地方政府一直在通过一系列研讨会与NASA合作，准备将这种新形式的航空旅行纳入其运输计划。
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标战略推力5：全系统实时安全保证
几十年来，为减少商业航空的拥堵所做的持续努力使其成为最安全的运输方式。通过解决已知的危险，并通过对事件和事故的分析来应对问题，商业航空已经实现了既定目标，并激发公众飞行的信心。随着航空业采用新技术，以及NAS的使用，维护安全系统将需要在新出现的安全问题成为危险之前识别并及时解决这些问题。向主动风险缓解的转变对于满足这些需求至关重要。
这一战略推力将提供一系列能力，以加快对全系统安全紧急威胁的主动检测、预测和解决。其结果将是建立一个及时的飞行安全管理系统（IAMS），该系统利用全系统数据实时提供警报和缓解策略，以应对各种风险。
全系统安全项目是支持NASA先进空中交通任务的几个项目之一，其中一项工作是开发实时航空安全管理系统，该系统可以自动化当今手动执行的安全保证和风险管理功能。
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标战略推力6：确保航空转型的自主性
自主系统的发展将改变航空业，提高运营的安全性、效率和灵活性，以提高NAS的容量、稳健性和灵活性。通过自主运行能力的进步，如AAM运行，包括按需个人航空运输，空域的新用途将实现额外的好处。
城市空中交通环境，在这里执行各种任务的飞行器，无论有没有飞行员都能够安全高效地相互协作。