9月26日,FAA發布垂直起降場設計標準及相應的工程指南,這是FAA將eVTOL有可能使用屋頂起降場的情況考慮進去的第一份垂直起降場設計標準,因此對以eVTOL為代表的先進空中交通(AAM)機型今后在城市環境中的運行具有較強的參考意義。需要特別指出的是,這份文件的技術部分是以工程簡報(engineering brief,簡稱EB)的形式,不是強制性規定。FAA將以該設計標準作為第一步,為機場、運營商和基礎設施開發商提供關鍵信息,以開始開發支持電動和垂直起降的 AAM 飛機運營的起降設施。該文件中也特別指出,eVTOL的性能與垂直起降場的運行條件尚有許多不確定之處,因此具體的eVTOL專用垂直起降場的建設要求仍需要與FAA具體溝通,該設計指南所針對的也只是目視飛行規則(VFR)條件下的起降場運行條件。
FAA負責機場建設及管理的副局長Shannetta Griffin, P.E.表示:“我們正在步入一個新的航空時代,該垂直起降場設計標準為在這個新時代開始安全建設基礎設施奠定了基礎。”
該設計標準包括的內容有:
1、涉及安全的關鍵性幾何和設計元素:垂直起降著陸和起飛區域的尺寸、進近和離場路徑所需的額外空域以及承載能力。在該部分FAA的前提假設是預計城市空中交通(UAM)的垂直起降場會要求很高的起降頻率。
2、照明、標記和視覺輔助:將設施標識為垂直起降場的標記、照明和視覺輔助指南。
FAA 推薦使用 Vertiport 識別符號,如下圖中間所示。
3、充電和電力基礎設施:作為垂直起降場核心的電池和充電設備的初步安全標準和指南。
4、傳統機場范圍內新增的垂直起降場:對希望在現有商業機場增加垂直起降場的機場的相關要求,例如垂直起降場與當前跑道的距離。
5、屋頂垂直起降場:可能位于現有結構之上的垂直起降場的設計要求和工程指南。
該文件的工程簡報提出了公共和私人垂直起降場的設計指南,包括現有直升機和飛機著陸設施的改造,以及新場地的建立,其中專門提到“該EB是為垂直起降 (VTOL) 機型編寫的,該機由電機驅動并使用分布式電力推進,與僅圍繞內燃機構建的推進系統形成對比。”
不過,該工程簡報中也專門指出:“FAA目前沒有足夠的經過驗證的 VTOL 飛機性能數據(注:原文為VTOL,此處應理解為eVTOL,只是FAA文件中從來沒有使用過eVTOL),因此必須根據本 EB 中的建議采取規范和保守的方法。垂直起降場指導意見預計將演變為基于性能的設計標準,可能會根據飛機的性能特征對飛機進行分組。本 EB 是為最大起飛重量 (MTOW) 為 12,500 磅(5,670 千克)或以下的飛機編寫的。”“該EB是一份動態文件,作為 FAA 的初始臨時指南,將隨著時間的推移進行更新,以便在獲得性能數據后適應和對應新的飛機和技術。”
在背景說明部分,FAA指出:“FAA先前于 1991 年 5 月 31 日發布的關于垂直起降場設計的咨詢通告 (AC)為垂直起降場設計提供了指導,也供基于軍用傾轉旋翼技術的民用傾轉旋翼機作為參照。然而,預定的VTOL飛機從未用于商業用途(注:此處意指民用傾轉旋翼機),因此AC 于 2010 年 7 月 28 日被取消。目前被許多人用于比較的最接近的航空基礎設施類型是直升機機場和直升機停機坪咨詢通告AC 150/5390-2“直升機機場設計”,針對具有單、串聯(前后)或雙(并排)旋翼的直升機。新興的 VTOL 飛機(注:此處意指eVTOL)并未被證明能夠像傳統直升機或大型傾轉旋翼飛機那樣運行。”
“本 EB 提供了支持 VTOL(注:此處意指eVTOL)運營的初始基礎設施開發所需的臨時指南。本 EB 為現有的垂直起降場設計和幾何元素提供指導。本指南所參考的機型代表一種 VTOL 飛機(注:此處意指eVTOL),它集成了目前正在開發的九種新興VTOL飛機((注:此處意指eVTOL)的某些性能和設計特征,并用于指定為本 EB 中的指導提供信息的某些性能和設計特征。參考飛機是基于與原始設備制造商 (OEM) 和多個 FAA 業務線 (LOB) 的互動而開發的。”
“目前關于 VTOL 飛機(注:此處意指eVTOL)如何運行的性能數據有限。FAA正在進行研究工作,以更好地了解新興 VTOL 飛機(注:此處意指eVTOL)的性能能力和設計特點。隨著有關這些新興 VTOL 飛機的額外性能數據的收集,FAA 將在未來開發基于性能的垂直起降場設計咨詢通告,屆時將詳細說明需要不同設計標準的垂直起降場的設施類別,具體取決于他們計劃支持的飛機(注:此處意指eVTOL)的特性以及設施的飛行活動水平。”
“未來的指導將涉及更先進的運行,包括自主飛行、不同的推進方法、起降密度、頻率和運行設施的復雜性。垂直起降場設計的咨詢通告屆時還將針對使用氫和混合動力等替代燃料來源的 VTOL飛機。今后的咨詢通告還將包括目前不符合本 EB 中的參考機型的飛機(例如,MTOW 超過 12,500 磅(5,670 千克)的飛機),并解決儀表飛行規則 (IFR) 能力和使用多個最終進近和起飛區 (FATO)。”
“為支持全面的垂直起降場設計規范的咨詢通稿的研究,需要進行額外的研究以獲取 VTOL 飛機(注:此處意指eVTOL)在下洗/外洗、故障條件或性能下降、著陸精度、爬升/下降階段和所有方位天氣能力方面的性能數據。FAA 研究小組將收集和使用這些數據來填補飛機(注:此處意指eVTOL)的信息空白,這將需要 FAA 在各個 LOB 之間進行協調,以及與制造商和其他利益相關者進行外部協作。對共享數據感興趣的支持者必須與 FAA 機場安全和標準辦公室合作,以提供經過驗證的經驗數據,以解決這些性能數據差距。”
該工程簡報中作為參考的一架eVTOL的假設指標和外觀形狀
該工程簡報中專門指出了eVTOL機型的鋰電池的消防問題。此前 FAA 對小型鋰電池的研究發現,在 4 英尺(1.2 米)×4 英尺范圍內的實驗中,水和其他泡沫滅火劑在抑制鋰電池火災和防止熱失控方面比氣體或干粉滅火劑更有效。但FAA在文件中也明確指出,電動機型的消防還沒有明確的研究結論,還需要進一步研究以明確技術要求。
該設計指南在美國eVTOL業界引起了熱烈討論。有企業認為,該起降場設計指南仍然是基于直升機起降場的技術標準,沒有充分考慮eVTOL的機型特點和UAM的運行特點,比如起降區尺寸相對范圍過大,直接影響起降場的起降架次和起降頻率,而這兩個指標又是影響UAM運營的經濟可行性的關鍵因素。
今年3月,歐洲航空安全局 (EASA) 發布了針對城市空中交通(UAM)場景的垂直起降場技術規范。EASA表示,這是世界上第一個此類文件。今年6月30日,EASA又公布了城市空中出租車(air taxi)運行規則提案,這是全球發布的首個此類規則的綜合提案。該框架文件目前處于公眾咨詢期,9月30日截至。如果專業人士將FAA和EASA的垂直起降場技術要求進行對比的話,不知道兩者的異同會是如何。
此外,多家eVTOL和垂直起降場設計企業也都紛紛發布自己的起降場白皮書,闡述各自對eVTOL垂直起降場的理解。例如,本周,美國Wisk電動飛機公司及其股東波音公司剛聯合發布了雙方合作編寫的eVTOL用于城市空中交通(UAM)場景的運行概念(ConOps)。此前,今年4月,Wisk公司與英國Skyports公司已經合作編寫并發布了一份此類運行概念。
FAA的該垂直起降場工程簡報下載:https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/2022-09/eb-105-vertiports.pdf
FAA的該垂直起降場技術規范發布網頁:https://www.faa.gov/newsroom/faa-releases-vertiport-design-standards-support-safe-integration-advanced-air-mobility