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Prognostics for Lithium-ion batteries for electric Vertical Take-off andLanding aircraft using data-driven machine learning 被引量:1
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作者 Mihaela Mitici Birgitte Hennink +1 位作者 Marilena Pavel Jianning Dong 《Energy and AI》 2023年第2期145-162,共18页
The health management of batteries is a key enabler for the adoption of Electric Vertical Take-off and Landingvehicles (eVTOLs). Currently, few studies consider the health management of eVTOL batteries. One distinctch... The health management of batteries is a key enabler for the adoption of Electric Vertical Take-off and Landingvehicles (eVTOLs). Currently, few studies consider the health management of eVTOL batteries. One distinctcharacteristic of batteries for eVTOLs is that the discharge rates are significantly larger during take-off andlanding, compared with the battery discharge rates needed for automotives. Such discharge protocols areexpected to impact the long-run health of batteries. This paper proposes a data-driven machine learningframework to estimate the state-of-health and remaining-useful-lifetime of eVTOL batteries under varying flightconditions and taking into account the entire flight profile of the eVTOLs. Three main features are consideredfor the assessment of the health of the batteries: charge, discharge and temperature. The importance of thesefeatures is also quantified. Considering battery charging before flight, a selection of missions for state-ofhealth and remaining-useful-lifetime prediction is performed. The results show that indeed, discharge-relatedfeatures have the highest importance when predicting battery state-of-health and remaining-useful-lifetime.Using several machine learning algorithms, it is shown that the battery state-of-health and remaining-useful-lifeare well estimated using Random Forest regression and Extreme Gradient Boosting, respectively. 展开更多
关键词 electric vertical take-off and landing vehicles Lithium-ion battery STATE-OF-HEALTH Machine learning Remaining-useful-life
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面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法
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作者 董磊 宋文佳 +2 位作者 陈曦 刘嘉琛 梁博尧 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期105-112,共8页
为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复... 为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复杂功能;然后,使用动态反应规划(DRP)作为智能航电系统的备用功能,以减缓SOTIF危险,同时,使用监视和决策模块采集环境状态,搭建RTA架构;最后,分别仿真仅使用复杂功能和具有RTA架构的避障系统,对比避障效果。结果表明:2种方法均可实现避障,但仅使用复杂功能的传统避障系统会带来SOTIF危险;经过RTA架构设计,可使eVTOL的安全飞行时长占比由78.4%提高到98.15%,总航路长度仅增加0.95%,在保障效率的同时,降低了在运行场景中的风险。 展开更多
关键词 预期功能安全(SOTIF) 电动垂直起降飞行器(evtol) 运行时保证(RTA) 城市空中交通(UAM) 智能避障系统
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复杂网络城市空中交通生态下eVTOL运行风险演化分析
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作者 袁乐平 谷泽坤 李东琪 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期192-199,共8页
为明确城市空中交通(UAM)生态下电动垂直起降飞行器(eVTOL)风险因素间的关联性,并探究各类风险因素对风险防控的影响,采用复杂网络理论建立风险演化模型,以国内外无人机事故数据库和通用航空事故统计结果为基础,结合eVTOL在城市低空场... 为明确城市空中交通(UAM)生态下电动垂直起降飞行器(eVTOL)风险因素间的关联性,并探究各类风险因素对风险防控的影响,采用复杂网络理论建立风险演化模型,以国内外无人机事故数据库和通用航空事故统计结果为基础,结合eVTOL在城市低空场景下的运行特点,从人-机-环角度确定35类风险因素和10类危险事件;采用Gephi软件构建网络模型,采用节点度、接近度中心性、介数中心性与网页排序(PR)算法综合评估关键节点,采用边介数评估关键边,确定关键风险传播路径;以降低系统风险为目标,提出断链减灾措施,通过网络效率指标衡量断链控制后的系统安全性。研究结果表明:UAM生态下,eVTOL风险因素关联性较强,且存在8条关键风险传播链。阻断关键人为因素、关键系统技术故障因素及关键中间危险事件3种断链方案,分别使系统安全性提高4.74%、16.21%、18.10%。 展开更多
关键词 复杂网络 城市空中交通(UAM) 电动垂直起降飞行器(evtol) 运行风险 断链控制
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小型全电/混动飞机技术路线与动力系统综述
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作者 陈起旭 王群京 +4 位作者 钱喆 李国丽 曹文平 丁石川 孙泽辉 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4966-4985,I0031,共21页
该文对小型全电/混动载人飞机的技术发展路线、航空推进电机、动力系统架构进行分析、总结与展望。首先,从载人飞机的气动布局、结构拓扑、动力源和起降形式等方面分析,分出6条技术路线,总结各自的乘客数、最大起飞重量、巡航速度、功... 该文对小型全电/混动载人飞机的技术发展路线、航空推进电机、动力系统架构进行分析、总结与展望。首先,从载人飞机的气动布局、结构拓扑、动力源和起降形式等方面分析,分出6条技术路线,总结各自的乘客数、最大起飞重量、巡航速度、功率和航程等技术指标。其次,总结已装机或拟装机航空推进电机的技术参数和应用机型。对先进航空推进电机的发展现状,按功率等级分类探讨了三相永磁电机、多相永磁电机、兆瓦级涡轮机驱动的兆瓦级电机/发电机、高温超导电机。最后,对6种动力系统架构的技术路线特点、关键技术进行梳理,分析载人全电/混动飞机未来的发展方向。国内载人电动/混动飞机领域刚起步,该文的研究工作对飞机的总体气动布局设计、功率需求、器件选型、动力系统设计具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 航空电气化 电动/混动飞机 电动垂直起降 飞行汽车 电机 动力系统
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利用旋翼机和固定翼飞机的空气动力学理论综合估算电动垂直起降飞行器的飞行性能
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作者 雷忠 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2024年第1期35-42,共8页
根据旋翼机和固定翼飞机的气动理论开发了一个综合方法过程用于估算电动垂直起降(Electric vertical takeoff and landing, e VTOL)飞行器的飞行性能。这种飞机通常采用多旋翼垂直飞行,螺旋桨和机翼的不同组合方式实现飞行。其中,对旋... 根据旋翼机和固定翼飞机的气动理论开发了一个综合方法过程用于估算电动垂直起降(Electric vertical takeoff and landing, e VTOL)飞行器的飞行性能。这种飞机通常采用多旋翼垂直飞行,螺旋桨和机翼的不同组合方式实现飞行。其中,对旋翼和螺旋桨的气动性能采用传统动量理论分析和旋翼元素分析。本文利用此综合理论研究了12架e VTOL飞行器的飞行性能,包括多旋翼飞行器、矢量推进飞行器和升力巡航飞行器。计算了悬停、爬升和下降以及巡航水平飞行,不同飞行状态时驱动电机、旋翼和机身的飞行特性。据此,可以进一步确定电力推进系统的性能指标,以匹配螺旋桨或旋翼,从而满足飞行任务。 展开更多
关键词 电动垂直起降飞行器 先进空中飞行器 旋翼 固定翼 飞行性能 气动理论
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探索飞行汽车通勤新模式的城市空中交通发展分析 被引量:3
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作者 王芳 白傑 +2 位作者 杨丽平 饶兵 黄李波 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期665-675,共11页
随着电池以及分布式推进技术的发展,具有电动垂直起降(eVTOL)能力的新型飞机设计能力将得到进一步提升.特别是汽车与航空领域的跨界渗透与融合,极大推动了飞行汽车与城市空中交通(UAM)的发展.飞行汽车与城市空中交通(UAM)有可能成为空... 随着电池以及分布式推进技术的发展,具有电动垂直起降(eVTOL)能力的新型飞机设计能力将得到进一步提升.特别是汽车与航空领域的跨界渗透与融合,极大推动了飞行汽车与城市空中交通(UAM)的发展.飞行汽车与城市空中交通(UAM)有可能成为空中交通运输的变革性因素,为航空业、交通系统和城市规划带来颠覆性创新.本文主要介绍了飞行汽车的概念以及发展历程.论述了支撑城市空中交通(UAM)未来的关键支撑元素,包括载运具技术、推进技术、自治技术、通信与导航、空域管理等.同时还探讨了城市地面基础设施、社会接受度、政策因素等方面的影响,以及商业模式选择.本文结合UAM的发展与实施讨论了可能遏制该主题概念成功应用发展的主要挑战和多学科限制. 展开更多
关键词 飞行汽车 电动垂直起降 城市空中交通 客运 载运具技术 按需服务
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城市空中交通空域架构及轨迹规划方法 被引量:2
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作者 刘东来 江波 +1 位作者 郑远 李诚龙 《科技和产业》 2023年第8期268-273,共6页
随着航空领域分布式电推进技术的成熟和航空电动化的趋势,各国相继提出基于电动垂直起降(eVTOL)航空器载具的城市空中交通(UAM)运行概念。在该运行概念设计中如何选择适合eVTOL运行的空域架构及其配套的轨迹规划方法是实施城市空中交通... 随着航空领域分布式电推进技术的成熟和航空电动化的趋势,各国相继提出基于电动垂直起降(eVTOL)航空器载具的城市空中交通(UAM)运行概念。在该运行概念设计中如何选择适合eVTOL运行的空域架构及其配套的轨迹规划方法是实施城市空中交通运行的关键技术问题。对eVTOL载具现状与运行性能指标进行初步调研,研讨不同城市空域架构的利弊,并基于选定的高度层空域架构设计多机协同轨迹规划方法,与传统智能算法相比,较好地实现了多机协同轨迹规划功能,且规划时间效率提高了53.13%。 展开更多
关键词 城市空中交通(UAM) 电动垂直起降(evtol)飞行器 空域架构 高度层 轨迹规划
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功能危害性评估方法在电动垂直起降飞行器安全性分析中的应用 被引量:1
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作者 杨海云 李宜恒 +4 位作者 林波 于莉莉 窦兆起 董旭 初源梓逸 《民用飞机设计与研究》 2023年第4期158-166,共9页
近年来,电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,简称eVTOL)飞行器在城市空运中得到快速发展。eVTOL被看作是最具发展前景的,可作为城市空中交通运输的有效运载工具。安全性分析是eVTOL飞行器运行载人过程中,减少灾难性事... 近年来,电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,简称eVTOL)飞行器在城市空运中得到快速发展。eVTOL被看作是最具发展前景的,可作为城市空中交通运输的有效运载工具。安全性分析是eVTOL飞行器运行载人过程中,减少灾难性事故以及保证高可靠性和高安全性的最重要条件。利用功能危害性评估(functional hazard assessment,简称FHA)可确定eVTOL飞行器中潜在的失效状态、预计失效状态以及其他的危险失效状态,从而能够全面找出潜在的灾难性和危险失效状态,进而有针对性地进行控制,最后能够全面降低灾难性事故的发生,以确保eVTOL飞行器的安全性。基于FHA分析,对eVTOL整机的安全性分析,并通过灾难性失效状态得出安全关键功能,为其功能设计提供依据。 展开更多
关键词 evtol 安全性分析 FHA分析 失效状态 功能设计
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基于贝叶斯网络的电动垂直起降航空器运行风险研究 被引量:5
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作者 张晓全 马晗 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第36期16269-16276,共8页
为迎接电动垂直起降航空器的到来,降低平均无故障时间,对电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)航空器的一般运行场景和系统构成做出了分析,并从人为因素、设备因素、环境因素和其他因素中提取了可能的失效诱因;... 为迎接电动垂直起降航空器的到来,降低平均无故障时间,对电动垂直起降(electric vertical takeoff and landing,eVTOL)航空器的一般运行场景和系统构成做出了分析,并从人为因素、设备因素、环境因素和其他因素中提取了可能的失效诱因;构建了失控坠地和空中碰撞的贝叶斯网络,并依据所建网络和通过不同专家得到的概率值计算控制失效情况下失控坠地和中间事件发生概率,然后进行反向推断,推演事故发生主要诱因。结果表明:电动垂直起降航空器正常运行发生事故的概率为9.648×10^(-7),其中,控制失效、飞控系统断电/故障是事故主要诱因,计算结果可为电动垂直起降航空器安全运行防控提供依据。 展开更多
关键词 电动垂直起降(evtol)航空器 运行场景 贝叶斯网络 风险分析 模糊集理论
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电动垂直起降飞行器的技术现状与发展 被引量:1
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作者 邓景辉 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期47-69,共23页
电池、电机技术的进步和分布式电推进系统的应用极大促进了电动垂直起降飞行器的发展。本文概述了不同电动垂直起降飞行器构型优缺点及适用场景,并从性能、经济性等方面对电动垂直起降飞行器与常规燃油飞行器进行了全面对比。在噪声特... 电池、电机技术的进步和分布式电推进系统的应用极大促进了电动垂直起降飞行器的发展。本文概述了不同电动垂直起降飞行器构型优缺点及适用场景,并从性能、经济性等方面对电动垂直起降飞行器与常规燃油飞行器进行了全面对比。在噪声特性方面,电动垂直起降飞行器旋翼间、旋翼-机翼等干扰噪声更为突出,而低桨尖速度、大实度的电推进旋翼系统极大降低了全机噪声水平(噪声降低约15 dB)。在能源方面,锂离子电池是当前和未来电动垂直起降飞行器的主要能源;先进的电池材料体系、电池-机体结构一体化设计及优良的电池管理系统是未来提升全机能量密度和能源安全的有效方式。电动垂直起降飞行器冗余操纵特点增加了飞控系统设计难度,但同时也能够提高全机安全性;故障重构与协同控制是飞控系统设计面临的新课题。电动垂直起降飞行器不仅构型种类丰富且具有高压电动力、电推进、电传飞控、电作动等新颖设计特征,当前缺少试飞数据的情况下,基于系统的工程方法是开展其安全性设计的主要方法。 展开更多
关键词 分布式电推进 电动垂直起降飞行器 降噪设计 气动干扰 旋翼
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