eVTOL飞机驾驶舱的前景

 

 

对于eVTOL飞机，认证一直在持续推进并似乎即将到来。许多领先的eVTOL开发商希望在未来几年内实现飞机的认证工作，随着继续开发和测试这些新型eVTOL飞机，正在一步步确定飞行器的最终设计和配置。以Joby为例，其已经进入了了生产原型机的开发测试阶段。

 

 

 

 

 

 

eVTOL飞机的外部图片通常会对外发布，但对进入内部的驾驶舱配置则是知之甚少，尤其是对eVTOL驾驶舱内航空电子设备的了解。

 

 

 

eVTOL飞机设计结合了传统固定翼飞机和直升机的组件，同时包括一些创新。前向飞行和垂直飞行模式之间的转换，以及电动力的使用，意味着eVTOL飞机的驾驶舱将会和今天的飞机有着显著的不同。

 

 

 

开发人员必须考虑如何更好的配置eVTOL驾驶舱，eVTOL整机的飞行员需要接受什么样的培训，以及如何有效地向飞行员显示信息，如飞行模式和电池电量水平。

 

 

 

Joby的eVTOL整机使用了统一飞行控制系统，该系统基于30年的F-35B驾驶舱架构研究，将垂直飞行和巡航飞行结合到同一个控制界面中，F35B飞机的发展则是建立在早期鹞式喷气式飞机的开发经验教训之上。

 

 

 

 

 

Joby选择Garmin的G3000作为其eVTOL飞行面板

 

 

 

Joby的首要任务之一是设计飞行员体验，使其与传统飞机相比飞行操控工作量显著降低。从设计的早期阶段起，这一直是Joby的工作重点之一。

 

 

 

关于eVTOL飞机驾驶舱的设计，特别是统一飞行控制，旨在为熟悉驾驶传统飞机或直升机的飞行员提供便利，使航空电子设备和显示器被认证的飞行员尽快熟悉。

 

 

 

对于设计Joby飞行控制系统和驾驶舱的核心，首要工作是专注于确保飞行员能够将更多注意力集中在更高级别事件的决策上。并需要对不同的飞行员群体进行大量人为因素测试。

 

 

 

与一些可能更难操作的垂直起降飞机相比，Joby的eVTOL在整个飞行包线中使用相同的控制输入来加速、减速和转弯。飞机也使用相同的控制输入进行爬升和下降。

 

 

 

通过使电传和统一飞行控制比传统直升机更容易管理，Joby的eVTOL飞行员将能够在飞行中专注于维护安全。

 

 

 

在2021年，Joby选择了Garmin的G3000航电集成到其eVTOL整机中。G3000通过与飞行器任务计算机的紧密集成，以及对飞行制导显示的定制，提供了优化空中交通服务的增强能力，将eVTOL特有的信息集成到传统飞行员熟悉且易于导航的显示界面中。随着Joby进入深度的开发阶段，Joby收集了军方对其初始飞行员培训材料的反馈，以进一步支持Joby的机舱配置开发。

 

 

 

另一家eVTOL开发商Archer在2022年8月公布了其“Midnight”生产飞机的名称，并且已经使用Maker验证机进行了飞行测试和开发。

 

 

 

Archer的Maker eVTOL于2021年12月进行了首次飞行

 

 

 

Midnight整机也使用了类似于F-35B统一控制的飞行控制策略。从飞行员的角度来看，无论是悬停还是向前飞行，对于所有飞行员其控制输入都是相同的。

 

 

 

关于设计eVTOL驾驶舱的优先事项包括认证、安全和与驾驶舱其他部分一致性设计。同时驾驶舱设计还需要解决为满足固定翼常规起飞和降落以及垂直起降能力所固有的挑战。

 

 

 

Archer的整机的飞行面板、控制装置和显示器的物理布局会和今天的飞机相似。飞行和导航仪器也将是相似的。然而，由于使用电池为飞行提供动力，传统的发动机型仪器和限制将和今天在役飞机有所不同。

 

 

 

完成机舱配置工作，需要在认证、显示器可用性、控制、系统逻辑、工作负载和态势感知方面具有专业知识，此外还需要入口、出口和紧急出口等方面的考虑。对于开发和认证，Archer的团队使用多试点系统可用性评估（MPSUE）。

 

 

 

首席飞行员和人为因素工程负责人不仅需要参与机载航电和客舱布局的设计，还参与了显示器和控制装置的设计。通过和设计师、系统工程师和系统安全工程师合作，确定适当的警报和控制，并根据需要为系统设计显示界面。

 

 

 

尺寸和重量是Archer在选择Midnight显示器和控制器供应商时考虑的两个最重要因素。人为因素也在飞行面板内设备的布局中发挥重要作用，以优化信息的可读性和控制范围。

 

 

 

Lilium eVTOL喷气式飞机开发项目的首席试飞员

 

 

 

德国eVTOL开发商Lilium利用霍尼韦尔在飞行控制系统方面的专业知识开发了Lilium Jet。除了为Lilium的eVTOL提供飞行控制系统外，霍尼韦尔还提供下一代集成航空电子系统，该系统可以为飞行员驾驶Lilium Jet提供简化的用户界面。

 

 

 

从飞行员的角度来看，驾驶舱设计需要投入大量的开发工作，在一个实用的、符合人体工程学的驾驶舱中为飞行员提供尽可能好的视野，Lilium驾驶舱利用了现代集成的显示器和控制装置，所有这些都是针对单个飞行员操作进行优化的。

 

 

 

 

 

Lilium的专利分布

 

 

 

在专利布局方面，Lilium在航电和飞行控制方面的专利布局达到了18%，仅次于推进系统和能源动力系统，这主要是由于Lilium在推进方面的独特性，而对于其它整机公司，航电和飞行控制的专利占比将会更高。

 

 

 

电传系统对于飞行员在不同飞行模式下有效控制eVTOL飞机至关重要，一个eVTOL飞机可以有20个或者更多不同的致动器和螺旋桨，并且没有一种简单的方法可以在整个飞行包线中连接这些控制器。

 

霍尼韦尔正在开发的eVTOL驾驶舱的计算机生成图像

 

 

 

我们需要意识到促进飞行员和飞行控制装置之间一致的人机界面重要性。当从悬停切换到过渡向前飞行时，从飞行员的视角考虑不能从根本上改变控制向前和横向运动的方式。否则，不一致的方式切换模式可能会使飞行员迷失方向或分心。

 

 

 

eVTOL飞机的物理座舱和传统飞机或直升机的物理座舱有所不同。默认情况下，这是一个单独的飞行员驾驶舱，而且非常紧凑，航空电子面板必须适合一个非常明确的区域。这就显示出eVTOL可定制航空电子设备的重要性，随着eVTOL行业在自动化和法规方面的发展，航空电子系统需要能够适应新的功能和不同的客户需求。

 

 

 

随着eVTOL向SVO和最终自主运营过渡，eVTOL的航空电子设备需要能够承载下一代进化的能力。eVTOL飞机的人机界面必须配备触摸屏，从而最大限度地减少物理按钮占用的不动产。有了基于触摸的系统，就有了软件定义的界面，从而可以在固定空间中容纳更多功能。