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基于改进Event模型的多旋翼型eVTOL垂直间隔安全评估方法

王兴隆 王友杰

王兴隆, 王友杰. 基于改进Event模型的多旋翼型eVTOL垂直间隔安全评估方法[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(1): 19-27. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.003
引用本文: 王兴隆, 王友杰. 基于改进Event模型的多旋翼型eVTOL垂直间隔安全评估方法[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(1): 19-27. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.003
WANG Xinglong, WANG Youjie. A Safety Evaluation of Vertical Separation for Multi-rotor eVTOL Based on an Improved Event Model[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(1): 19-27. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.003
Citation: WANG Xinglong, WANG Youjie. A Safety Evaluation of Vertical Separation for Multi-rotor eVTOL Based on an Improved Event Model[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(1): 19-27. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.003

基于改进Event模型的多旋翼型eVTOL垂直间隔安全评估方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.003
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 62173332

国家自然科学基金重点项目 U2133207

天津多元基金项目 21JCY-BJCO0700

详细信息
    通讯作者:

    王兴隆(1979—),硕士,研究员. 研究方向:空域运行安全、空中交通流量管理. E-mail:xinglong1979@163.com

  • 中图分类号: U8

A Safety Evaluation of Vertical Separation for Multi-rotor eVTOL Based on an Improved Event Model

  • 摘要: 电动垂直起降飞行器(eVTOL)是1种新兴的交通工具,也是近年来研究的热点。受限于垂直定位精度低、穿越飞行风险隐患多等问题,eVTOL运行间隔标准难以确定,尚不具备实际应用条件。为探索该飞行器垂直间隔标准,针对多旋翼型eVTOL的底部较宽、顶部逐渐变细的外形特性,改进了经典Event垂直碰撞模型,并提出了基于改进Event模型的多旋翼型eVTOL垂直间隔安全评估方法。该模型考虑了多旋翼型eVTOL的外形特征、导航精度、运行特点、定位误差、飞行速度特性及速度误差等因素,引入相对速度、侧向重叠概率、垂直重叠概率等计算模型参数,并将原长方体碰撞盒修正为圆台体碰撞盒,有效降低了计算冗余,提高了碰撞模型的精确性。以亿航216-S型多旋翼型eVTOL为例,计算了其在不同安全目标水平和不同导航精度下的最小垂直间隔,计算结果表明:①安全目标水平与导航精度的降低,都会导致最小垂直间隔的减少;②当安全目标水平为1×10-6次/飞行小时且导航精度为RNP10时,最小垂直间隔可缩小至11 m;③当导航精度为RNP10且垂直间隔为11 m时,基于改进Event模型计算的碰撞风险比原模型降低了24.78%。研究结果表明,在计算多旋翼型eVTOL的碰撞风险中,引入圆台体碰撞盒的垂直间隔安全评估方法更加精确合理,能够为多旋翼型eV-TOL垂直间隔标准制定提供理论支持。

     

  • 图  1  Event碰撞模型

    Figure  1.  Event collision model

    图  2  扩展碰撞盒

    Figure  2.  Expansion collision box

    图  3  常见多旋翼型eVTOL

    Figure  3.  EH216-S (a) and Volocopter VooloCity (b)

    图  4  圆台体碰撞盒

    Figure  4.  Round table collision box

    图  5  改进后的扩展碰撞盒

    Figure  5.  Improved expansion collision box

    图  6  梯形高UV

    Figure  6.  Trapezoidal high UV

    图  7  ICAO安全目标水平下最小垂直间隔

    Figure  7.  Minimum vertical separation at ICAO TLS

    图  8  其他安全目标水平下最小垂直间隔

    Figure  8.  Minimum vertical separation at other TLS

    图  9  原模型与改进模型的碰撞风险

    Figure  9.  The risk of collision between the original model and the improved model

    表  1  亿航216-S参数

    Table  1.   EH216-S parameters

    参数 数值
    a/m 5.63
    b/m 5.63
    c/m 3.2
    h/m 1.855
    ux/(km/h) 80
    uy/(km/h) 50
    uz/(km/h) 14
    σAσB/m 10
    Vmax/(km/h) 130
    σV/(km/h) 2
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    表  2  碰撞风险参数

    Table  2.   Collision risk parameters

    参数 参数值
    E(O) 0.01
    Sx 600
    Py(0)(RNP1) 0.043 0
    Py(0)(RNP4) 0.010 8
    Py(0)(RNP10) 0.004 3
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2023-07-14
  • 网络出版日期:  2024-05-31

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