FAA强调垂直起降机场设计面临eVTOL下洗挑战

美国联邦航空管理局于 2024 年 9 月发布了垂直起降机场工程指南更新草案，其中引入了警戒区的要求，以便在垂直起飞和降落时防范电动空中出租车螺旋桨产生的高风速。

引入下洗警戒区 (DCA) 是 FAA 对多架原型电动垂直起降 (eVTOL) 飞机进行飞行调查的结果。12 月 27 日，FAA 悄然发布了最终版工程简报 (EB) 105A 以及测试报告。

对于垂直起降机场规划，该指南要求在风速达到或超过 34.5 英里/小时（根据蒲福风级，接近大风）的任何地方建立 DCA。FAA 报告称，在 FAA 测试中测得的最高瞬时风速为飓风级 100 英里/小时，距离着陆和升空 (TLOF) 区域中心 41 英尺。最高 3 秒平均速度为 84 英里/小时，距离中心 23 英尺，超过 60 英里/小时的速度是在距离中心 100 英尺处测得的。

下洗气流是推进装置在垂直飞行中产生升力时产生的气流。当下洗气流撞击地面时，它会以冲水的形式水平移动，可能对人员、财产、设备和其他飞机造成危险。FAA 报告称：“接受调查的 eVTOL 飞机产生的高速 DWOW [下洗气流/冲水气流] 流场很容易超出垂直起降机场的安全区域。”

安全区环绕着最后进近和起飞区域 (FATO) 和 TLOF，旨在降低飞机在进近、悬停和着陆过程中意外偏离而受损的风险。根据 EB 105A，安全区是包围整个 eVTOL 飞机的圆直径的 2.5 倍，其中螺旋桨在转动。大多数 eVTOL 的尺寸都适合标准的 50 英尺 x 50 英尺直升机 TLOF。

根据英国民航局 (CAA) 的说法，eVTOL 在影响下洗的两个关键方面可能与直升机不同。首先，大多数 eVTOL 的盘面负载（所有推进器的总盘面面积除以飞机重量）高于直升机。这通常意味着下洗速度更高。

其次，eVTOL 具有多个推进器，CAA 出版物 CAP 2576 指出，军用倾转旋翼机和 VTOL 飞机的经验表明，来自多个螺旋桨、旋翼或喷气发动机的多重气流会产生与单主旋翼直升机不同的下洗模式。

多个气流的下洗流不会形成相当对称的圆形图案，而是会产生更不规则的形状。当几个单独的气流图案相互作用时，它们会产生速度大于整体平均下洗流或外洗流速度的尖峰。

为了收集下洗/上洗数据以用于制定垂直起降机场设计指南，美国联邦航空管理局与四家 eVTOL 制造商签订了合同，进行测试。报告中没有列出 eVTOL 的编号，但《航空周刊》证实，美国联邦航空管理局与 ARCHER AVIATION、BETA TECHNOLOGIES、JOBY AVIATION 和 VOLOCOPTER 签订了合同，进行调查。

Archer 和 VOLOCOPTER 当时公开宣布参与了测试。报告称，eVTOL #4 没有接受调查，因为 OEM 并未提供。Beta 表示，其飞机在 FAA 规定的时间范围内参与了一些军事行动，因此无法参与。

Joby 确认参与了调查。该公司在 2024 年 5 月向垂直飞行协会 80 号论坛提交的测试报告中表示，Joby S4 和 Robinson R44 轻型直升机的冲刷量级相似。该公司指出：“Joby S4 的单螺旋桨盘载荷高于 R44，总重量约为 R44 的两倍。”

虽然飞机的身份尚未确定，但还是有线索的。美国联邦航空管理局表示，eVTOL #1 是遥控飞机，eVTOL #2 是自动驾驶飞机，eVTOL #3 是有人驾驶飞机。VOLOCOPTER 表示，其 FAA 下洗飞行勘测飞行是在佛罗里达州坦帕进行的，而其有人驾驶的 2X 原型机正在美国巡回演出。

测量下洗/上洗的几种方法被使用，包括最大瞬时速度、3 秒移动平均值和 3 秒移动 95 百分位数。虽然 95 百分位数的最大速度较低，但报告指出，由于惊吓反应，瞬时风比持续风更令人不安。

对于 eVTOL #1（Joby 的 S4），测得的最大瞬时 DWOW 速度范围为距 TLOF 中心 23 英尺处的 99.3 英里/小时到 69 英尺处的 55.1 英里/小时，而最大 95 百分位速度分别为相同距离下的 83.6 英里/小时和 40.1 英里/小时。

该公司表示：“2023 年 8 月，Joby 和 FAA 合作测量了我们飞机的螺旋桨冲刷量。”“结果数据显示，Joby 飞机的冲刷量相对于传统轻型直升机不会增加风险，并且在所有规模的直升机场的既定安全区域内都是可以接受的。”

对于 eVTOL #2（Archer's Midnight），测得的最大瞬时 DWOW 速度范围为距 TLOF 中心 27 英尺处的 98.5 英里/小时至 126 英尺处的 69 英里/小时，而最大 95 百分位速度分别为 83.6 英里/小时和 40.1 英里/小时。

对于 eVTOL #3（可能是 VOLOCOPTER 的 2X），测得的最大瞬时 DWOW 速度范围为距 TLOF 中心 25 英尺处的 75.3 英里/小时到 90 英尺处的 36.5 英里/小时，而最大 95 百分位速度分别为相同距离下的 37.2 英里/小时和 30.6 英里/小时。

“无论如何分析速度，eVTOL 飞机的高速 DWOW 都会对地面人员和财产造成影响。这不仅包括垂直起降机场内的人员和财产，还可能包括垂直起降机场边界外的人员和财产，”FAA 报告总结道。