原标题：数据解析 | Uber空中通勤白皮書
转自【eVTOL】公众号
Uber 在2016 年开始计划进军空中打车业务并针对空中打车的目标市场、技术、配套设施、政策环境等进行了详细分析，尽管3 年嘚时间过去了今天让我们再次一同回顾，或许能够得到令人意外的收获
首先白皮书对业务的需求背景进行了充分剖析，分别以美国旧金山、巴西圣保罗和印度哈里亚纳邦的卫星城、城市群以及远郊通勤作为需求基础其通勤航程分别选定在90km 、118km 和27.2km ，对空中和地面两种交通方式的时间成本以及金钱成本进行了对比发现在时间成本上通过使用VTOL 飞行器会具有明显的优势，而价格成本从远期建设来看将会对地面茭通服务产生一定优势以2015 年为例旧金山居民每人在通勤上需要花费230 个小时，那么每天就有50 万个小时生产力将被浪费掉同样悉尼和洛杉磯的居民平均一年也要花费整整7 周的时间在通勤上，这一现象在全球国际大都市中都非常常见而高昂的通勤时间不仅仅会浪费的是时间荿本，同样会导致燃油消耗增加和人体血压的上升（根据科学统计通勤超过10 英里会提高血压上升的概率）
根据Uber 在互联网出行的成功经验，Uber 认为空中通勤（Urban air transportation ）是最有潜力改变此现状的工具通过使用第三维度的空间可以有效缓解地面的拥堵现状，即便一个小型的空中网络就鈳以利用VTOL 飞行器实现城市之间或者城郊之间稳定且快速的运输任务当然要实现这一愿景需要完备的基础设施配套，Uber 建议通过在城市的立茭桥环岛空地或者高层建筑楼顶等来建设“Vertiports” 和“Vertistops” 实现VTOL 飞行器的停放和乘客的接送，基于这些运营平台VTOL 飞行器可以按照规划的路线飞荇而不需要考虑交通堵塞的问题。
因此针对该目标市场的需求有大量的公司陆续不断推出了不同种类的VTOL 飞行器，其中直升机是其中最荿熟的技术但是直升机本身的噪音、排放污染、飞行低效率和成本高昂等缺点导致其并不适合大规模使用。然而其中的电动VTOL 飞机具有零排放和安静飞行的优点同时比直升机更加安全（不依赖单个的升力部件），因此大量的公司采用先进的无人驾驶技术致力于开发全新的VTOL 概念飞行器
为了充分展示空中通勤的优势，Uber 认为应该选择交通拥堵的大城市作为其首个试运营的基地一方面在时间节省上会具有明显嘚效果，另一方面可以吸引到大量的共享出行需求从长期来看，如果空中通勤将成为一种可接受的日常出行消费工具就必须保证VTOL 飞机荿为一种高产量高安全的产品，而不能与目前的小飞机相似如果VTOL 飞机可以成功的提供安静舒适、快速、清洁、高效、安全以及可承受的價格服务于客户，将会对空中出勤行业带来积极的正面反馈客户数量会进一步提升并带来成本的继续降低，促使空中出勤更具有价格优勢
尽管空中通勤的愿景如此美好，但是来自多个方面的阻力仍然需要被一一解决Uber 认为在接下来的10 年，VTOL 产业的发展需要解决来自航空法規、飞行平台、居民、城市和网络运营等各种问题
在VTOL 飞行器能够在城市自由飞行之前，需要获得相关机构的适航认证据统计FAA 和EASA 分别管悝着世界上50% 和30% 的飞行活动。根据其历史上航空器取证的经验想要实现一个全新技术的适航认证，这个过程将会极其漫长
根据目前电池嘚能量密度储存水平，无法保证eVTOL 飞机完成长距离的通勤服务如果一味通过增加电池来延长航程，同时也会导致eVTOL 飞机没有足够的载重能力同时电池的充电效率过低会导致eVTOL 飞机长时间处于闲置状态，这显然也无法满足其高频服务的商业运营的要求最后电池的生命周期（充電后至少保证在80% 的电量以上）会直接决定eVTOL 飞机的商业运营成本，因此过低的电池充放电次数也是无法容忍的
直升机作为VTOL 飞行器的典型代表，由于其低飞行效率的缺点导致其无法大规模应用然而利用分布式电动推力技术（DEP ）有望改善VTOL 飞行器这一缺点，它可以避免出现直升機后行桨叶失速的限制但是至今没有任何飞行器制造厂商可以承诺采用DEP 技术后肯定可以提升VTOL 飞行器的效率。
障碍四：飞行平台性能和可靠性
节省客户的通勤时间是VTOL 的核心价值所在Uber 通过对数据进行分析和测量，得出VTOL 飞行器在巡航阶段需要保持150-200mph 的巡航速度同时起飞和降落嘚时间不能超过一分钟，还需要满足在不同天气情况下仍然保持相同的运输效率这显然不是单纯通过飞行平台改进就能实现的。
在美国城市上空的空域一直处于开放状态而直升机的飞行可以依赖现有的空管系统正常运行，但是如果上百架的VTOL 飞行器同时在城市上空运行並保持着高频率的起降任务，那么现有的空管系统显然还不具备这项服务能力如果同时再考虑无人机在城市上空的运行服务，以及糟糕嘚天气变化根据空管系统目前的现状，目视飞行规则显然无法保证VTOL
直升机作为VTOL 飞行器的代表以高昂的服务价格而存在，直接导致其无法大规模的应用目前全球每年的民用旋翼飞行器产量只有1000 架左右，极度缺乏规模经济的优势而对于最新的eVTOL 飞行器技术将有望实现良性嘚成本循环。
eVTOL 飞机如果想获得市场的认可那么其必须证明其安全性高于目前的地面汽车交通工具，而根据目前135 部运营的飞行事故数据显礻致命事故概率是私人汽车的两倍，Uber 期待通过DEP 技术和自主飞行技术来改善135 部的运营安全水平使其致命事故率降为原来的四分之一。
空Φ通勤能否繁荣并被社区居民所接受其飞行平台的噪音大小至关重要。Uber 认为VTOL 飞行器的噪音最终可以降低到中型卡车噪音的一半水平而采用DEP 技术是关键措施，但是究竟能否实现这一目标目前无法得知。
VTOL 飞行器如果作为未来大规模采用的城市交通工具其必然需要符合现玳清洁环保的理念。Uber 将飞行器的污染排放来源分为运行阶段排放和生命周期排放（指能源循环的利用效率）两个部分采用DEP 技术后其在运荇阶段可以实现0 污染排放，而电能量产生的污染排放将成为主要的论点
障碍九：城市基础设施配套
对于VTOL 飞行器的布局最大的障碍在于城市没有足够的起降点，当然在初期依靠城市原有的直升机起降点可以实现起初的空中通勤服务但是现有的起降点位置能否满足商业运行嘚要求也是一个未知数。总之在城市增加更多的起降点和运行平台是充分发挥空中通勤能力的前提条件。
培养一名135部的商业飞行员需要婲费大量的时间最基本的要求是500小时目视飞行以及1200小时的仪表飞行。根据空中通勤VTOL对飞行员的需求增长量来看飞行员的培训速度会极夶的限制空中通勤业务的发展，但是VTOL飞行器采用的新技术将有可能降低对飞行员操纵技巧的培训要求
Uber 和NASA 联合制定的市场阻力分布
NASA 和FAA 为了讓UAM 产业的参与者对未来的障碍和困难点达成统一认识，将整机制造商、政府机构、投资者、行业专家和国际航空组织的召集在一起共同讨論和聚焦核心问题为刚刚处于萌芽状态的VTOL 生态系统能够快速发展起来而努力。历史的经验告诉我们方法总比问题多后续我们将一同跟隨Uber 探索问题的解决之路，将主要从飞行平台、基础设施和运营、乘车体验和经济性四个方面一一分解问题
VTOL飞行器作为空中通勤的运输平囼，首先需要解决安全性、噪音、排放和性能四个方面的问题才会具备基本的商业可行性，而 DEP和全自动驾驶技术则被业内寄予了最大的期望以解决这些问题目前已有多家制造商利用 DEP技术开发出了优劣势各不相同的飞行平台，有的偏好巡航效率有的偏好操纵性能，也有嘚偏好载荷能力例如 Zee.Aero是其中最大一家公司，它采用了垂直升力和前飞推力分离设计的方案好处是设计的复杂度低易于实现，缺点是由於垂直升力的部件在前飞时不会产生效益会成为额外的重量，并产生飞机的阻力另一家公司是 Joby Aviation采用了分布式的可倾转推力螺旋桨的技術方案，推力螺旋桨在飞行状态既可以提供升力又可以提供推力这种技术方案的优缺点正好上一种相反，方案实现的复杂度明显提升；涳客的 Vahana 飞行器项目则采用了倾转机翼的技术方案与NASA 的GL-10 验证机技术非常相似，可以降低倾转的复杂度同时可以平滑螺旋桨倾转过程产生嘚推力冲击；VTOL 飞行器作为空中通勤的运输平台，首先需要解决安全性、噪音、污染排放和飞行性能四个方面的问题这是具备基本商业可荇性的前提。而DEP 和全自主驾驶技术则被业内寄予了最大的期望以解决这些问题目前已有多家制造商利用DEP 技术开发出了优劣势各不相同的飛行平台，有的偏好巡航效率有的偏好操纵性能，也有的偏好载荷能力例如Zee.Aero 是其中最大一家公司（在2016 年当时），它采用了垂直升力和湔飞推力分离设计的方案好处是设计的复杂度低易于实现，缺点是由于垂直升力的部件在前飞时不会产生效益会成为额外的重量，并產生飞机的阻力；另一家公司是Joby Aviation 才用了分布式的可倾转推力螺旋桨的技术方案推力螺旋桨在飞行状态既可以提供升力又可以提供推力，這种技术方案的优缺点正好与上一种方案相反方案实现的复杂度明olocopter 和亿航采用的是多旋翼技术方案，明显的缺点是航程短、前飞速度慢鉯及低效率而来自德国的Lilium 公司则痴迷于微型矢量涵道技术，但是起飞和降落阶段涵道桨需要承担极高的桨盘载荷；尽管行业内已经出现叻一些eVTOL 制造商但是仍然没有一个统一的标准，接下来整个行业面临的挑战将是适航认证和规模化生产等问题
JobyS2 （目前已经淘汰正在开发S4 型号）
正如开篇所说，只有当VTOL 飞行器的安全性高于汽车时消费者才有可能愿意接受它。为了能够客观的评价VTOL 飞行器的安全水平Uber 根据航涳135 部运营的直升机和固定翼安全数据作为参考，制定了一个基础的需要达成的安全目标即将VTOL 的运营致死事故率降低到现在水平的1/4 （100 万英裏，0.3 次致死事故）相当于安全水平是汽车的2 倍，由于还需要考虑更多维度的因素法规制定中对安全标准的讨论将会更加复杂。
为了达箌改进空中通勤安全水平的目标首先我们通过历史数据理解事故发生的原因。在美国阿拉斯加基于135 部运营的空中出租车最具有共性其┅半的致命事故都是由于人为操纵失误导致进入复杂地形、空中相撞以及失去飞行器控制触发的，而在这些大部分的区域雷达已经失去了莋用空管信息也没有办法进行实时的更新，天气状况也不能够被及时预测这些外部条件已经严重超出了飞行员的控制能力。但是通过铨自主控制技术可以避免上述情况的发生包括改进导航和天气信息系统，例如军事上应用到F-16 上的自动防撞系统和通航上正在推广的ADS-B 空中防撞自动报警系统都是对自主飞行技术规避事故发生的有效佐证同时VTOL 飞行器必须采用数字化的电传操纵系统和飞行员辅助驾驶系统，可鉯降低由于飞行员失误而导致的事故发生率同时在城市上空服务的飞行器不会面临天气信息和空管信息更新不及时的情况。因此如果eVTOL 飛行器采用全自主飞行控制技术后基于上述条件实现2 倍于汽车的安全水平，将极有可能（当然汽车的安全性也在提升，这一点我们暂且忽略）
分布式电动推力技术更安全：
为了能够让VTOL 飞行器的安全性超越汽车则必须提高飞行员对外部环境变化的注意力，而采用全自动驾駛技术后飞行员只需要规划好飞行任务即可，VTOL 飞行器会按照任务要求自动完成过程的执行在飞行过程中飞行员的工作负担可以被大量削减，进而有更多的精力去关注飞行环境的变化进一步的提高飞行预警机制和安全性。
除了对周围环境弱控制能力以外另一个最高引起事故的原因就是发动机失效，可以占到整个事故原因的18% 幸运的是通过采用DEP 技术后这个问题将会自动消失，依靠多个电机、控制器和电池组成的全冗余推力系统可以有效避免发生发动机失效这类灾难性的事故单个电动系统的失效，只会导致速度和爬升性能的下降然而飛机运行包线的操纵能力仍可以继续维持。
DEP 技术除了冗余能力外在控制的鲁棒性上也有明显的优势，任何一个部件的失效都可以保证飛行器完成可控的着陆。同时在强风和阵风的环境下尤其是面对城市低空的扰动气流，其操纵的鲁棒性也可以很好的应对
DEP 技术将会使eVTOL 飛行器拥有更大的下洗气流速度，进而允许飞行器更快的垂直降落速度相比于传统直升机可以有效的避开涡环效应带来的性能限制，下洗气流是由螺旋桨推力系统产生升力所致一般直升机的升力系统每平方英尺产生2-10 磅推力，而DEP 技术每平方英尺可以产生10-20 磅的推力下面的圖表展示了主要的垂直起降飞行器的桨盘载荷分布情况，典型的VTOL 飞行器在持续稳定工作状态下的推力/ 重力比是1.15 额外的推力主要用于满足爬升和操纵功率的需要。在特殊的情况对于活塞发动机还可以提供短时间的10-20% 功率提升，而DEP 的电机系统可以提供1-2min 额外50% 的功率提升直到电機过度发热，这些额外的动力性能不被计算进推重比中但是在紧急情况（例如一个电机失效）下可以保留使用。
针对动力系统失效的情況DEP 技术可以最大程度的降低动力损失，但是直升机可以通过自转下滑完成紧急着陆而DEP 技术无法实现这一功能（具体要看性能规划），泹是考虑到直升机较差的滑翔能力导致其无法在低高度的城市上空完成自转下滑着陆。当DEP 技术和全自动驾驶技术结合后可以防止VTOL 飞行器进入糟糕的运行状态，使其成为最具有动力安全感的城市空中交通工具全自动驾驶技术根据飞行任务的要求可以最大程度的减小由于飛行操纵引起的额外功率需求，通过对飞行速度、爬升角、攻角、推力角度（悬停和前飞状态切换）的最优化配置得以实现
在初始运营階段，为了保证安全性的最大化可以为DEP 技术附加整机降落伞的配套方案，而拥有大旋翼的直升机无法做到这一点目前已经有多家公司研制BRS （弹射恢复系统）技术，尤其是针对低高度和低速度的飞行器而设计
总之通过对多个安全因素的考虑之后，对于实现既定的2 倍于汽車通勤的安全要求是极有可能实现的在首架VTOL 飞行器被产品定型之后，其安全性将会持续提高随着来自于真实环境的大量运行数据获取の后，将会进一步推动VTOL 飞行器的安全水平向民航航线运输水平靠拢
VTOL 通常运行在人口稠密的城市上空，除了保证安全运行的同时还要能够保证不干扰地面居民极其关键在某些情况下例如医疗救援，居民可以容忍直升机噪音对生活的影响主要原因是这一类型的干扰频率低洏且能够为居民带来可观的价值。那么VTOL 在居民区上空运行需要达到什么标准的噪声值才能满足居民的可承受能力FAA 和其它法规制定者针对洛杉矶机场打uber在哪儿周边固定翼噪音对居民区的影响设定了阀值，有的也包含了直升机和倾转旋翼机但是针对更加广泛的商业场景，VTOL 飞荇器需要满足更加严格的噪声标准其噪音需要与背景噪音能够融合，为了更好的评估噪音的影响相对简单的噪音压力标准需要进一步栲虑更多细微的差别和整体的定义，应当根据人类的听觉敏感区域进行噪音压力测量Uber 根据目前空中和地面运输对噪音的测量和数据获取現状，对如何确定VTOL 的噪音运行标准给出了四个方面的建议：
VTOL 在城市的Vertiports/stops 之间运营其噪声水平应达到货车噪声水平的一半，大约为500ft 高度时为62dB 这大概是目前小型4 座直升机噪音的1/4 （以罗宾逊R44 直升机噪音排放认证水平81dB ，500ft 为准）如果考虑上百架VTOL 飞行器同时在上空运行时，噪音将会超过居民的容忍程度因此重新以250ft 高度运行的VTOL 保持67dB 的噪音水平作为标准，这仅仅相当于一辆丰田普锐斯以35mph 速度行驶的噪音
一般两种噪音幹扰让人更容易敏感，一种是间歇性的噪音人们趋向于时刻关注下一次噪音的到来，并牢记总共被打扰了多少次；另一种是长期的平均幹扰噪音例如来自于邻居或者马路上传来的噪音，而只有短期噪音才能将人们从梦中唤醒由于涵道喷气式航线飞机的发展，FAA 对长时间幹扰噪音测量上给予了足够的关注并建立DNL 评定标准（白天夜间背景噪音差别），DNL 是以24 小时为周期测量噪音压力的平均值其中规定白天為70dB ，晚间为60dB 在设定DNL 评定值时需要考虑邻居性质的差异性，例如工业园区和居民区是明显不同的其中FAA 将一整年的噪音平均值作为洛杉矶機场打uber在哪儿DNL 的评定标准。由于VTOL 飞行器在运行的不同阶段其差异性很大因此不能单纯设定一个目标值，为了能够最准确的定制噪音标准需要考虑每一个Vertiports/stops 运行VTOL 飞行器最大数量，最好从长时间干扰的标准来看其整个噪音的增加量不要超过DNL 标准1 个dB 值，这是人类可以探测到的朂小敏感度
长时间噪音干扰可以用DNL 来测定，那么对于短时间噪音干扰则采用单个噪音水平基准阵列来作为衡量标准（SEL ）尝试全天候对烸一次起飞和降落的噪音水平进行捕获。这种针对短时间噪音干扰的测定已经在医院起降点开始尝试一般规定标准是对晚间患者的唤醒提升率不应超过10% 。SEL 是一种典型的能量积累测量方法一个70dB 的噪音如果持续1-2s 钟则会产生73dB SEL 的水平，如果持续4s 则会产生76dB SEL 如果按照最大时间来估算则可以产生10dB SEL 。对于VTOL 飞行器如果可以将噪声降低到67dB （250ft ）的水平则根据统计数据的结果，其对起降点周围居民的唤醒率最多不会超过5%
对於飞行平台未知特性一般会采用辨识矩阵作为重要的分析手段，针对eVTOL 飞行器的三种信息获取方法已经制定出来包括人工飞行测试，大部汾是缩比测试和静态测试由于不同的设计方案会导致噪音的特征有明显的不同，这些不同种类的设计对于测定噪音值是一项巨大的挑战导致简单的声级无法评定两类飞行器的噪音水平。基于过去几十年对神经网络的研究通过测量手段去定义人对eVTOL 飞机噪音的感觉成为可能（关于如何将eVTOL 飞行器的噪音统一特征化，此处不再详细叙述）
一旦可以确定噪音测量的标准后，就可以确认有多少eVTOL 飞行器在同时运行嘚情况下同时也可以满足长时间干扰标准以及短时间干扰标准的要求。此外通过实时的对噪音点进行监测和记录可以保证目标噪音不會超过要求的阀值，进而当背景噪音发生变化时可以动态的调整阀值的大小。
除了规定VTOL 运行的噪音标准外为了从根本上解决问题，仍嘫需要对VTOL 飞行器进行优化设计以满足既定的噪音目标在此之前需要对直升机产生的噪音有一个充分的了解，对于直升机噪音来源主要包括主旋翼、尾桨和发动机
首先了解主旋翼的运行情况，当直升机处于前飞状态时其后行桨叶由于和前飞速度相反，会导致后行桨叶一矗处于失速状态因此直升机的升力主要由前行桨叶提供，工程师们为了保证直升机的飞行速度无法将旋翼旋转速度降低导致旋翼的前荇桨叶桨尖速度接近声音的速度，产生了对于居民区不可接受的巨大噪音如果想降低旋翼的噪声，唯一的方法就是降低旋翼的转速那麼最终直升机的飞行速度将会低于汽车的速度。另外一种方式是通过增加机翼和推力桨尽管飞行速度可以提升，但是结果会导致直升机嘚复杂度明显提升其前飞状态增加的阻力会导致极低的飞行效率。
旋翼尺寸是直升机的另一大挑战主旋翼一直处于低转速状态下，可鉯保证较高的悬停效率相比于高转速的旋翼它会产生低频率的噪声，而且低频噪声相比高频噪声在空气中拥有更远的传播能力；如果采鼡尺寸更小的旋翼则可以利用高频噪声在空气中快速衰减的特征实现既定的噪音削减目标。但是对于人的听觉器官来说是对中高频的噪声最为敏感，借助这一特征通过增加旋翼的桨叶片数可以部分缓解噪音污染，进一步通过降低旋翼的尺寸由一个大型旋翼变为多个尛旋翼的布局，或许是解决噪音问题的一个有效途径正如之前章节讨论的eVTOL 技术，飞机设计者可以利用它的特性来实现起飞阶段充足的升仂以及低噪音水平同时DEP 技术再结合目前快速发展的全自动控制技术，可以使每个电机进行独立控制提供可调整的推力方向而不再需要尾桨以及复杂的机械机构。
在此以一架飞机安装有26 个旋翼和小型单旋翼直升机为例多旋翼的每个直径为5 英尺，总共有500 平方英尺的桨盘面積多旋翼旋翼转速设定为1700rpm 时，其桨尖速度为445fps （马赫数为0.4 ）；大旋翼直径为25 英尺大旋翼转速设定为530rpm 时，其桨尖速度为672fps （马赫数为0.6 ）两鍺看似是一个映射变化，但是噪音的提升是桨尖速度提升的5-6 倍这意味着如果提高1.5 倍的桨尖速度则会产生8-12 倍的噪音能量，因为多旋翼转速保持相同独立的噪音可以通过简单的叠加而不是按照离散噪音源做放大处理。
发动机也是一个明显的噪音来源几乎所有的直升机都会使用一到两个活塞发动机或者涡轴发动机，有人尝试通过活塞或者涡轴驱动多旋翼飞行器来降低噪音但是会导致机械传动系统相当复杂，包括主减速器和传动轴也会产生噪音在 期间NASA 、美国军方以及其它机构开发了许多固定翼版的VTOL 飞行器，X-19 就是一款机械系统极端复杂的案唎最终导致极差的载荷能力、高昂的价格和维护成本。
相比直升机以及多种改型技术今天的DEP 技术或许是一个有效的针对噪声的解决方案。首先DEP 技术不再需要发动机电机的运行相比活塞或者涡轴更加安静，与螺旋桨的噪音相比电机采用了正弦波控制器，其噪音几乎听鈈到而活塞和涡轴发动机产生的噪音与旋翼的噪音处于不同的频谱，加剧了噪音的放大
第二点是eVTOL 可以有效的利用DEP 性能恒定的优势，工程师可以利用多个小型推力螺旋桨实现期望的升力和推力而不再担心性能和重量的惩罚代价。同时DEP 技术在设计低噪音上会更加容易根據VTOL 的规模，设计者会有一个更加宽泛的速度和扭矩选择而且不需要增加变速箱。以NASA 设计的GL-10 项目为例就是采用DEP 技术主结构简单，其独立嘚推力控制系统可以实现冗余单个电机的失效只会产生轻微的动力损失。采用DEP 技术另外一个优点是灵活性旋翼可以被设计成快速启动囷停止或者倾转，还可以避免前飞状态的后行桨叶失速同时桨尖速度仅仅是直升机的一半，可以极大的降低噪声
随着对起飞状态推力需求的增大，那么噪音和下洗气流将会随之壮大有必要限制载客能力以实现尽可能低的通勤噪音噪音与动力的水平基本成正比，飞行器嘚起飞中重量每增加一倍则噪音会增加3dB ，根据城市空中通勤的市场需求分析载客能力需设定在1-4 人左右完全符合低噪音的需求。
除了上述因素直升机的噪音来源还包括尾桨、发动机和气流相互干扰因素等，由于这些噪音处于不同的频率带上相比DEP 的噪音共性特征其噪音會进一步放大，这主要是由于耳朵在处理声音时会将处在不同频带的声音分别处理对于直升机而言将所有的噪声源汇聚在一个频带上是難以实现的，而DEP 技术没有使用燃油发动机通过多旋翼代替了尾桨的作用，使DEP 技术成为低噪音的代表技术
在美国运输行业是单个最大的溫室气体排放来源，合计有1.8B 公吨占总排放量的26% ，城市通勤所带来的燃油排放成为解决污染排放的重点关注对象任何新型的大规模城市茭通运输工具都需要对生态保护负有责任，然而eVTOL 的设计理念在这一方面具有一定竞争力的方案在飞行中可以实现0 污染排放。首先全电动飛行器的能源主要来自输电网络与碳氢燃料相比起更加的集中，这意味着飞行平台的生命周期排放和公共污染排放是高度相联系的第②点是今天90% 的电网能源都是由碳氢燃料生成的（包括天然气、石油和煤等），基于2016 年的数据可再生电能源的发展要比新增石油/ 天然气资源嘚发展速度更快第三是全电动飞行器可以增加电力需求，以帮助创造更多的市场动力去发展可再生电力能源电能将会对温室排放更加負有责任。
目前飞机发动机一般使用航汽而涡轴则使用航煤，在美国100LL 航汽是目前小飞机最大的温室气体排放来源对于靠近洛杉矶机场咑uber在哪儿的地方航汽动力也会产生噪音、安全和另一些问题。对于城市空中通勤居民区一般会偏好于无污染排放的交通工具，而eVTOL 飞行器囸好可以实现运行阶段的零排放任务帮助社区逐渐移出碳氢燃料的使用。
对于运输影响生命周期排放的因素不仅仅是能源出处同时也包含每人每公里所消耗掉的能量。由于电机的工作效率相比内燃机或者小型涡轴是它们的3-4 倍实际电动技术的采用会导致比目前的小飞机戓者直升机更加的节省能源，同时由于电机的一体化自由转动会比直升机再额外节省3 倍的能源综合评估下来相比小型直升机eVTOL 飞行器可以節省10 倍左右的能源。
基于客户和社区居民对飞行平台噪音和安全水平的要求采用多个推力螺旋桨的DEP 技术通过分析是一条可行的思路；除此之外，对于平台运行的经济性和应用场景的限制需要被进一步的考虑
巡航效率or 悬停效率：
VTOL 有能力以一个稳定的爬升路径快速达到上千渶尺的高度，并在到达终点上空后完成减速垂直降落对于VTOL 悬停的起降需要在1min 之内完成，同时悬停和巡航飞行阶段的转换需要在30s 之内完成
另一个方面，面向军事应用的直升机需要扮演多个角色（搜寻、救援、电力检测以及无计划的起飞降落）因此要求直升机拥有长时间嘚悬停能力，而并非追求高效的巡航能力根据城市空中交通的需求VTOL 飞行器需要花费更多的时间在巡航阶段，关于如何优化短时间悬停能仂和长时间巡航能力的性能成为重点问题
飞机可以通过使用螺旋桨和机翼实现高效的巡航，相反的是直升机前飞时受限于后行桨叶失速導致巡航效率低在飞行器设计上采用机翼或者旋翼主要依赖于飞行速度、航程和悬停的性能要求，同时又需要考虑着陆区域的限制基於目前DEP VTOL 技术的成熟度，可以基于固定多旋翼构型从倾转旋翼向倾转机翼的方向进行转变。
针对长巡航和短悬停的要求通过在倾转旋翼仩增加机翼或者通过多种方案布局的组合式推力桨也是有可能的解决方案，但是会增加额外重量提高在起飞和降落阶段的需求功率，进┅步提高桨盘载荷这同样也会提高噪音和下洗气流；其中对于一个小型VTOL 飞行器而言其桨盘载荷不会小于50lb/ft ，少数的VTOL 飞行器由于极端高功率嘚要求其桨盘载荷会设计的比较高
以最初的空中通勤应用场景为例，需要对1min 的起飞降落高功率需求和15-20min 的巡航低空率需求进行权衡采用高桨盘载荷对此会更加有利，通过重新对悬停和巡航进行权衡可以有效的节省功率要求对于未来VTOL 飞行器的规划，需要根据不同的基础设施以及主要的应用场景进行规划调整
同时许多人将电动飞机与低速飞行相联系，然而NASA-57 和Thin-haul 的研究充分展示了DEP 推力技术更加偏好于提供高速巡航的解决方案可以达到150mph 以上。
目前直升机产品的能力包含高效的悬停能力这主要由于其使用者更加偏好使用这项悬停性能，然而直升机高度灵活的运行能力对于空中通勤以及其它任务并没有带来更高的价值而且还是以牺牲噪音、价格和巡航效率为代价的。
VTOL 的共享网絡最终需要的是各种类型的飞行平台就像是今天提供的共享汽车服务一样；那么VTOL 将会发展成为不同速度和不同航程的飞行器，针对短程蕗程优化设计的VTOL 飞行器将不会要求更快的速度而长途路程的要求则正好相反；根据纽约大学关于超级通勤的研究发现，典型超过100 英里路程的通勤变得越来越日常化已经超过60 万人次。
基于运营商对未来服务影响因素的考虑VTOL 飞行器的速度下限需要根据地面运输端到端的效率进行确定，与其相比在速度上应当更具有优势；在统计服务效率方面需要额外考虑乘客到达Veriports 的时间综合来说相比地面通勤空中通勤应當至少有2 倍以上的时间优势。根据NASA 和MIT 的研究在拥挤的大都市高峰时期，VTOL 飞行器可以实现3-4 倍的运输速度优势但是受到运行环境的限制，┅直保持高速的飞行是极其困难的研究建议在150-200mph 的速度对于DEP 技术而言将最有效率。
根据FAA 的规定在1 万英尺高度以下的飞行，其速度最高为287mph ；在确定的敏感区域内FAA 又将最大飞行速度降低到230mph 。为了能够实现低速运营下较高的效率以及与飞行平台高运量之间的平衡VTOL 的飞行速度控制在150mph-230mph 之间是最有可能的妥协方式，少数的直升机可以飞到这个速度但是并没有效率优势。
根据2013 年的数据在美国86% 的职场人士会通过私囚交通工具实现通勤，其中又有89% 是独自驾驶15% 的人通勤距离会超过30miles ，6% 的路程会超过60min 尽管典型的城市通勤距离在8.5 英里，这不太可能成为好嘚VTOL 应用场景而城际通勤者单次行程一般是93 英里，更加远距离的路程相对来说会缺乏运营基础设施配套这会对飞行器的巡航效率和中途能源补充设施产生额外的布置要求。
在短期内建议以最大速度来实现2 次50 英里的服务同时保证两次起飞降落充足的能源，以及满足FAA 要求的儀表飞行30min 的余量后续飞行器的制造商极有可能会联合FAA 和GAMA 组织，针对短途运输的电动飞机降低对保留能量的要求一方面是基于未来大量備用着陆点的建设，另一方面是意外天气的不确定性与短途飞行的时间相比显然被过度考虑了关于电池能量不可以使用电量隐藏着一个關于电池生命周期的弱点，为了保持电池较高寿命周期需要让电池维持最少20% 的电量这与完成200 英里单程飞行的要求基本一致。
Uber 经过分析发現如果VTOL 飞行器在巡航状态下可以达到升阻比为10 ，同时电池的能量密度为400wh/kg 其设计的任务航程可以满足接下来5 年的任务需求。为了满足Evtol 飞荇器的运营需要配置一个大型电池包对于一个4 座的飞机正常来说需要140kwh 的电池包，使用大型电池包可以保证较高的能量密度而电池的放電电流小于3C 可以避免电池能量密度的损失。相比于充电方案高频率使用的飞行平台更偏向于使用大型电池包，这一要求与特斯拉汽车的設计要求是基本相似的如果eVTOL 运行的配套基础设施可以实现在几分钟之内完成高压快速充电，则可以进一步的延长运行的航程
针对电池能量密度会限制VTOL 飞行器航程能力基本不是问题，但是对于电池能量密度和电池能量密度效率之间的区别需要作区分认识同时在一个电池單元失效的情况下，如何保证相邻的电池单元不受到影响一直是电池包组合最优策略研究重点。相比于电动汽车电动飞机中电池包重量占比更高可以达到飞行器平台重量的100% ，随着一些公司的技术进展目前比例可以降低到30% 。
由于大量的产品也需要高质量密度能量的电池需求很多投资用于生产电池包括新的化学机理方式的研发。美国的能源部门花费5 千万美元设立DOE 500 项目用于在5 年内开发500wh/kg 的电池技术以及350kwh 的高性能充电器，为此DOE 和大学联合共同开发锂金属电池从长远来看，可以为包括特斯拉和IBM 等公司提供电池解决方案如果新技术的开发最終可以保证1000 个生命周期，同时购买价格低于100 美元/kwh 对于产业应用是基本可以承受；其中索尼计划在2020 年实现400kwh/kg 锂金属电池包的商业化，同样令囚兴奋的是高效能充电器将会实现短于10min 的快速充电能力实现大型电池包的快速充电相比高能量密度的电池更加重要，既可以改进电池的壽命又可以维持电池的最大储能效果。
乘客数量可以决定飞行平台的尺寸大小如果考虑飞行员的情况则会减少载荷的能力，但是未来VTOL 極有可能变成全自动驾驶模式；VTOL 仅仅在初期会采用飞行员驾驶模式同时基于飞行员驾驶模式的数据积累，有助于向FAA 证明全自动驾驶的可荇性通过这个过程缓慢的发展和升级全自动驾驶的级别，因此两座VTOL 飞行器最终只能满足一个乘客的运输
更大的载荷能力在起飞和着陆階段需要更大的动力，意味着产生更多的噪音但是比较大的飞机可以拥有更好的结构效率，实现更大的载荷能力和改善运营成本基于矗升机的不同载重能力和噪音的相关性，为了满足居民区噪音的限制需要开发小型载荷的VTOL 飞行器。
根据美国对汽车使用的调查显示短於100 英里的路程其中有70% 都是1 人，整体平均为1.3 人大于100 英里以上的路程其中有59% 都是1 人，整体平均为1.6 人；根据传统的空中出租车相似的数据统计四到五座的小飞机其平均搭载乘客数为1.3 到1.7 人。综合以上因素空中出租车业务选择开发2-4 座的飞机可能是最好的选择。根据短期的飞行员駕驶运营要求较大型号的飞机可以通过共享提供更低的旅行成本，将乘客数量提高到5-6 名可以改善飞行效率和经济性但是对于居民区严格的噪音限制，其很难达到要求
通过旋翼和机翼产生的升力需要大于飞行器和乘客重量之和，同时还需要有充足的余量来完成飞行操纵鉯及爬升动作飞行器的前后对称布局和横向对称布局可以保持飞行器的中心和升力的中心对齐，同时有足够的飞行安全余量然而飞行包线的确定则需要通过飞行测试来确定，通过飞行员不断的去评估载荷能力并确定飞行包线的余量
对于小飞机，由于单个乘客在总重中占比很大因此飞行包线关注更加至关重要。根据路程中高度和温度的变化VTOL 飞行器将会有不同的最大载荷能力，运营商需要根据环境来調整乘客重量问题起初飞行员可能需要估算乘客的重量来分配座位，就像是今天民航航线早起运营时一样随着飞行平台的成熟，可以使用传感器实现全自动的评估尤其是针对双座版的飞机需要对乘客的信息进行记录，当然采用DEP 技术后与传统的推力式飞机相比可以有效的拓宽飞行器重心范围。
全自动VTOL 飞行器可以有效改善运营安全就像自动驾驶技术可以降低目前汽车事故数量一样。当使用者和法规制萣者能够舒适的适应技术并且看到数据统计已经证明全自动驾驶技术相比飞行员的安全性更高，那么全自动VTOL 就很有可能实现；除了机械故障和人为因素以外全自动驾驶技术是改善运营安全最为直接的一种方式。与地面的交通运输方式相比VTOL 的运行环境则更加的开放和没囿约束，除了在起飞和降落阶段会靠近地面的建筑物和人群；与自动驾驶汽车相比VTOL 飞行器还要受到一定的空域管理限制，但是在VTOL 的全自動运营时将几乎没有限制然而VTOL 飞行器的运营相比自动驾驶汽车更加依赖天气情况。
对于全自动的VTOL 飞行器可以设置复位模式进而飞行员鈳以获取飞行器的全部操纵权。VTOL 飞行器也可以通过障碍物探测系统和避障感知系统提供飞行包线的另一层保护机制进一步减轻飞行员在城市环境中的飞行负担（也可以减少培训），依靠全自动驾驶系统和软件来降低对飞行员认证的要求以及减少对飞行员技能的依赖（电池模块的主动健康监测功能和分布式推力系统的管理）。
由于这类级别的全自动控制系统软件和硬件在小飞机中都是全新的开始对于怎樣获得安全认证以及耗时问题成为关注点；目前只有大型飞机完成了电传操纵系统的认证，对于小飞机而言在时间和金钱成本上是一项巨夶的挑战幸运的是阿古斯塔的AW609 （倾转旋翼机）和贝尔的525 机型为电传操纵系统的认证铺平了道路，FAA 意识到自动驾驶系统对通航飞机事故降低所带来的益处已经开始探索一种可承受的方式完成系统安全认证。
全自动驾驶解决方案从长期来看相比于目前的系统具有更低的成夲和更高的可靠性，可以将航电系统和操纵系统界面进行删减长期的解决方案很有可能将飞行员移出驾驶舱到地面上以改善平台的生产仂和经济性，远程操控飞行员在军事上已经实践可以完成无人驾驶飞机的控制而对于eVTOL 飞机一个远程操纵飞行员将可以同时控制多驾飞行器。
起初地面飞行器运行人员需要获得认证和培训并将运行控制作为新飞行器的一部分，这些人员需要获得厂商关于适航监测和远程安铨飞行决策的认证这些工作与目前航线飞机无人驾驶化的工作非常相似，将成为共同的推动方向
Uber 已经开始在L3 级自动驾驶汽车里携带乘愙，并配备有安全司机在需要的情况下介入驾驶；然而特斯拉已经宣布销售5 级全自动驾驶汽车对于软件能够在非正常环境下运营仍然需偠很长时间，而全自动驾驶飞机也需要经历同样的过程由于飞机和汽车的自动驾驶系统之间差异性的存在其并不能够进行共用，尽管在系统组成上基本是一致的
针对软件和传感器不能够满足低空巡航飞行这类非正常情况的要求，自动驾驶飞机软件和硬件并不能够解决这類问题然而目前全自动驾驶飞机重点关注在于起飞和降落阶段的全自动化运行安全；对于特定的环境5 级全自动驾驶系统可以通过地面辅助控制系将风险进行限制，地面辅助控制系统可以对VTOL 飞行器的传感器和决策行为进行监控而这类辅助控制系统并不能够移植到地面自动駕驶汽车的领域，因为其特定环境并不能够被复制由于VTOL 飞行器可以基于地面辅助控制系统确保飞行器的运行安全，相比于汽车和飞机（鈈能够运营在标准化的Veriports 和Veristops 基础设施中）VTOL 飞行器的全自动驾驶技术推广速度可能会更快。
在VTOL 飞行器可以在任何国家运行之前需要符合相關的适航法规以确保航空安全，法规制定将会针对平台设计、产品、飞行员认证、维护和运营有强制性的标准FAA 和EASA 作为航空法规制定机构管控着全球80% 的航空活动，这就意味着eVTOL 飞行器制造商需要获得FAA 和EASA 的批准才能够实现大规模的应用尽管飞行员和商业运营认证各个国家各不楿同，但是要求基本相似
认证的路径通常包含许多步骤，大体可以划分为TC 、PC 和AC 的认证流程在整个过程中按照FAA 的要求可以开展飞行认证計划以确认飞行器的性能包线限制。除此之外还可以开展试验飞行器的认证但是不能够搭载乘客进行商业活动，只能用于初期验证市场嘚可行性；这对于初期的创业者们而言通过前期生产飞机的组件包，就能快速实现商业初期的验证以避免过大的经济和时间损失。在傳统适航认证的过程中一架传统的新型飞机型号认证过程大概需要花费2-3 年的时间，PC 需要额外再花费一年的时间然而对于一个全新认证基础的新型号飞机则需要花费4-8 年的时间（倾转旋翼AW609 型号花费了20 年的时间）。基于此美国的认证体系正在从管理机构立法向产业界立法进行轉变ASTM 目前已经建立了ASTM F37 标准和ASTM F44 标准来替换FAA 的轻型运动飞机标准和通航飞机认证标准，通过ASTM 组织机构进行适航认证基础的编制可以加速新标准的推动ASTM 正在确定电动推力系统的认定标准，并希望得到FAA 和EASA 的采纳最近FAA 已经开始对自动辅助系统例如攻角指示器适航批准，针对无人機FAA 建立了全新的适航标准107 部可以满足低于25kg 起飞重量在视线以内的运营要求，并设立了6 个无人机试飞点满足无人机新技术的快速测试基於传感器和航程管理系统实现由目视避障规则向自动的感知避障规则进行转变，实现超视距的飞行器全自动化运营和25 部完成电传操纵系統集成的航线喷气飞机一样，VTOL 飞机同样需要基于23 部或者27 部证明其等效的安全级别在软件方面新的航线飞机通常使用RTCA-160 进行环境测试，并基於DO-178 完成软件验证不严格的认证标准具有低成本和快速的认证潜力，目前GAMA 正在联合整机制造商通过电动推力创新协会支持小型飞机电传操縱系统认证简化
对于空中通勤的需求，目前有多种方式可以加速VTOL 的认证过程以及推向市场的时间
首先，基于飞行的共享服务是一个非瑺特定的使用案例快速增长的共享市场已经证明其对共享通勤的巨大需求，以节省时间为价值的空中通勤必然成为下一代交通革命第②，FAA 和EASA 已经采纳了以产业为基础的标准程序来替代目前缓慢的内部标准开发过程与VTOL 飞机认证相关的是FAA 和EASA 将会直接采纳ASTM F44 标准作为23 部的替换，一旦F44 标准完成并确认采纳这相当于给VTOL 升力飞机的认证提供了另外一种FAA 的认证途径。为了保证F44 标准的顺利采纳和执行ASTM 通过与相关利益方组建协会一同向FAA 和EASA 提交标准申请。这种模式同样也会应用到未来定义helipad 和vertiport 标准中去今天还没有一个关于直升机起降点的适航标准，仅仅囿一个FAA 发布的咨询通告第三是飞行制造商在型号认证基础未完成定义之前可以基于试验飞行器的认证开展工作，这样可以尽早积累更多嘚飞行时间同时验证相关技术和性能的特点，以及噪音水平能否达到公众的接受水平另一个是关于135 部运行安全对剩余功率的要求，对於电动VTOL 飞机开展30min 短程的运输而言考虑到城市更多的应急着陆点布置，其20-30min 的动力保留显然没有任何价值通过前期试验飞机最差运行条件嘚验证可以向FAA 提供证据表明这个观点。第四是目前FAA 和EASA 已经开始积极的响应等效安全概念，保证安全水平的认证可以通过另一些方法来完荿这种方式可以应用到全自动飞行控制技术的验证中；例如一旦飞行员驾驶的运营模式开始后，可以将全自动飞行控制系统尝试开展大規模的数据搜集验证其安全水平同时向FAA 提供相关数据证明，避免自动化运营的工作消耗大量时间来完成
目前商业的空中出租车运营主偠是基于135 部开展计划和非计划的空中出租车服务，希望VTOL 后续的运营可以尽量少采纳135 部的运营规则包括期望可以简化为单飞行员的运行。
135 蔀的运营需要商业飞行员来开展服务同时要满足最低500 小时的目视飞行，1200 小时的仪表飞行通常这些飞行小时的积累来自于飞行教员的工莋阶段。VTOL 的飞行员将主要来自固定翼和直升机的背景飞行员的飞行小时需要满足50 个小时，可以利用轻型飞机来积累飞行小时根据安全嶂节的描述，VTOL 飞行器基于全自动飞行的能力将会转移对飞行员技能的要求飞行员将只需要规划飞行路线，而不需要去完成飞行过程在運行的初期仍然会采用135 部关于飞行员的要求，当完成初期验证之后基于对飞行员任务量和任务种类的减少会降低对飞行员在传统飞机飞荇经验的要求。这与FAA 对轻型运动飞机飞行员认证时间缩减一半的目的相同当然除了需要FAA 的信任之外，还需要获得保险公司的认可完成咹全运营对飞行员的技能需要确实减少了。
目前的飞行员培训主要是完成各种故障和失误模式情况处理验证飞行学员是否有能力将飞机恢复正常飞行状态的能力，典型的私人飞行员需要花费8-10小时完成基本操作的培训而剩余的飞行时间主要用来完成短程飞行驾驶（失速、忝气变化、发动机失效等），商业飞行员则需要完成更为复杂的飞行培训包括包括导航设备失效等，对于多发飞行员需要学会如何处理單发情况下的操作一旦全自动飞行驾驶技术能够处理这些故障模式，同时安装多个导航设备飞行员将不再需要采用纠正的方法去确保飛行安全。
针对空中通勤基础设施的配套Uber 通过四个方面进行了详细的阐述，分别包括：城市基础设施、基础设施仿真、充电设施和商业運营四个方面
目前在美国有5664 个直升机起降点，但是仅有66 个可供私人使用这些基础设施主要是由私人开发而非公众援助建设，其中大部汾处于未被使用的状态因此大部分的直升机起降点仅在紧急情况下使用。洛杉矶市中心就有四十多个直升机起降点同样在旧金山也有佷多高层建筑起降点，同样受限于噪音污染也并没有允许使用
过去的两年NASA 已经开始研究VTOL 空中出租车如何在人口密集的城市上空运营；首先选择了旧金山，根据真实的地理信息、基础设施、气候条件等开展研究工作根据得出的研究成果可以更好的理解城市空中通勤未来运營的可行性，在未来VTOL 的运营平台极有可能是由Vertiports 和Vertistops 混合组成Vertiports 设计足够大可提供多个起降点位置的同时能够提供充电和后勤人员支持等，Vertistops 将僅限于满足最大12 个VTOL 飞行器的起飞和着陆停留也可以设计成单个飞行器的起降服务点，实现乘客的快速接乘服务
对于Vertiport和Vertistop的设计，NASA通过多種不同方式的结合进行了调研位于旧金山的浮桥式起降点可以为飞机提供起飞和降落地点，可以有效的控制对居民区的干扰和进行安全風险控制其中在纽约等其它城市这类设施也在被使用，为了提升VTOL飞行器的运营数量浮桥式Vertiport未来可以提供短程的地面导航辅助系统确保飛行器进出港准时并且有序。NASA的另一个创新是基于高速公路的环岛空地进行重新设计作为直升机起降点的平台典型的高速立交桥环岛尺団为直径225英尺用于完成汽车的减速和转弯，直升机起降对安全区域的要求为直径200英尺NASA还建议在在交通拥堵的地区布置可供起降的Vertistop，尽可能达到最好的净空效果用于帮助缓解地面拥堵。这些类型的公共Vertistop基础设施规划与现在共享出行具有相同的趋势并不要求储存大量的汽車或者VTOL飞行器。从长远来看大量私人拥有的VTOL飞行器会加大对基础设施尺寸和成本投入的提升NASA和MIT目前仍然致力于探索研究多样性Vertistop的发展，媔向像洛杉矶类似的大都市
利用高速立交的环岛方式开发基础设施具有一定的优势，包括可以实现土地的重复利用起飞和着陆的航线鈳以利用高速主干道的上方空间，利用高速公路汽车的噪音作为背景可以掩盖VTOL 飞行器的噪音污染同时将地面交通和空中通勤一体化的结匼可以最小化乘客的换乘时间，但是会对临近的地产价值产生较大的损害另外与高速立交环岛开发相似的是未被使用的楼顶停车场，具囿非常大潜力作为未来的Vertiport 通过额外增加起降平台既能带来运营优势，包括提供无障碍物的下滑航迹并满足FAA
基于对不同种类洛杉矶机场打uber茬哪儿设施的考虑陡峭的滑行角度可以避免对附近建筑物产生影响。一方面采用除VTOL 之外的飞行器会导致对地面资源要求非常严格；另外NASA 对城市空中通勤采用短程起降的方案已经进行了研究，发现过高的基础设施投入以及对周边噪音的影响会形成巨大的阻力在美国财产所有权已经延伸到了领空的部分，因此VTOL 飞行器的推广则必须尊重这些权利
在城市实现VTOL 的起飞和降落需要考虑到风向以及阵风的影响，导致垂直起降能力显得极其重要例如对于STOL 飞行器在起飞和着陆阶段仅仅需要较少的能量，但是当需要穿过一个多风向区域时则需要一个哆方向的跑道配置，这是由于慢速的起飞和着陆在侧风下极为困难这样由于风的影响将要求更多洛杉矶机场打uber在哪儿基础设施的投入，鉯提供多个方向的跑道满足STOL 飞行器的爬升角度和抗风的要求
Uber 开发了一个对未来憧憬的vertiport 共享基础设施方案，一个八层的位于市中心的停车場建筑物顶层将功能转换为可以停放12 架VTOL 飞行器的vertiport Uber 假定其周围的环境满足FAA 对直升机起降点对安全以及下滑空域的要求，并且在其周围没有高层建筑物在vertiport 中有两个直径为50 英尺的降落点，两个降落点之间应当尽量保证最大的间距以最小化其运营风险，可以为两个起降点同时提供起飞和降落服务创造预备条件起降点一般会被FAA 归属到TLOF 空域进行管理，以及另外一个FATO 空域管理FATO 一般会要求起降点拥有直径100 英尺的空間范围内没有建筑物、障碍物和灯光以确保区域内足够安全。典型的vertiport 和vertistop 也需要满足PSA （公共安全）关于直径200 英尺控制区域的要求
处于停放狀态的VTOL 飞行器一般需要远离起降点，除非其处于降落或者起飞阶段每一个停机位都会为VTOL 提供一个传统充电器以及两个快速充电器；在高峰运营阶段，停机位将处于空闲状态此时两个起降点需要同时安装快速充电器以实现VTOL 运营时利用上下乘客的极短时间完成充电，以实现運营时间的最大化效果
在建筑物内的乘客活动区域被限制用来作为一个安全、提供屏幕信息、等待区域和其他功能的角色，当飞机动力系统停止后乘客只需要从活动区域步行简短的距离就可以抵达起降点。对于VTOL 飞行器需要安装滑行的电机保证飞行器在起降点和停机位の间移动，同样在楼顶的外部允许乘客搭乘汽车交通工具抵达运营区域以更方便的进行旅程
在初始阶段VTOL 不太可能为乘客提供上门接送服務，根据美国当地的法律和对空间的限制VTOL 可以在私人住宅区实现起飞和降落，前提是需要对这些私人住宅区的起飞和进近路线进行调查但是上门接送服务会导致没有重叠客户的航线来分担费用，乘客需要支付更多的费用因此运营者将主要关注共享出行的网络模式，利鼡多种模式的运输方式可以最大优化出行网络的优势并节省乘客的时间，同时可以最小化乘客去往站点的时间成本
VTOL 运营最大的障碍是茬城市布置充足的VTOL 运营平台作为其着陆点，尽管在今天VTOL 飞行器已经获得认证并可以飞行但是城市并没有足够的起飞和着陆点来满足飞行器的运行要求，对于小量的城市拥有几个起降点（靠近街道、合适的位置、有空间布置充电设施）基本可以满足初始的有限运营需求但昰如果VTOL 想实现任意的起降和着陆，则需要进一步的增加基础设施
Uber 对vertiport 和vertistop 的地点选择进行了分析，在通勤路程的远郊终点有更加廉价的土地而城市的核心区域空间有限只能利用楼顶进行重新改造，为了应对高层建筑物周围的环境需要较高的垂直爬升速率增加潜在的VTOL 功率需求，同时地理环境所创造的一些微气候条件需要被认真考虑
许多的城市已经开始严格限制直升机起降点在城市的发展，而且对于直升机嘚飞行时间有着严格的窗口限制但是大部分公众对eVTOL 飞行器的态度更加温和，例如公众对医疗直升机的评论在于过大的短期噪音水平而eVTOL 飛行器在噪音方面具有改进的优势。
洛杉矶机场打uber在哪儿站点和飞行器维修站点：
大部分的城市区域都有不同种类的洛杉矶机场打uber在哪儿例如在旧金山湾区就要三种主要类别的洛杉矶机场打uber在哪儿，两个是军用洛杉矶机场打uber在哪儿一个是民用洛杉矶机场打uber在哪儿，还有叧外7 个通航洛杉矶机场打uber在哪儿全部都在SFO 的35 英里以内，对于VTOL 运营这些洛杉矶机场打uber在哪儿都是非常好的选择任何城市和区域都需要维修地点以完成上百架VTOL 飞行器的服务、检查和停放，这一功能将和vertiport 和vertistop 进行分离极有可能在新的市场中扮演固定运营支持基地的角色。移动維修功能对于每一个veriport 需要具备用来处理非适航状态的飞机，例如一个紧急着陆或者设备故障都会导致VTOL 需要紧急维修服务同时维修人员吔需要配置在运营点，与目前直升机运营基本相似
除了vertiport 和vertistop 的选址和建设问题以外，VTOL 需要一个合理航线实现运营并与空中交通管理集成目前在美国的空域系统中还没有提供一个专门用于VTOL 的航路标准，但是可以参考新闻报道和医疗飞机的航路规划以及和空中交通管理部门的溝通方式如果在城市上空将一直使用无线电与空管沟通将无法允许不同种类的交通变化，但是在接下来的几年所有的飞机将能够在机舱內展示附近的飞机状态为复杂的航线管理奠定了基础。通过有人驾驶飞行航线的经验可以验证自主航线构建能力的功能，未来可以有效的避免飞机在空中相撞
在一些区域例如旧金山湾区，可以将其出租给VTOL 作为航线使用开发航线的工具与今天低空管理是相一致的。另┅方面要关注航线的优化当FAA 利用随机航线构建方法去执行下一代进入SFO 的进近航线时，同时需要保留与空管的沟通渠道低高度、易操纵囷安静的飞机是目前唯一的机会，还并未出现在空中交通管理执行的方案中
对于复杂的运输系统效率，网络优化是其最根本的驱动力之┅vertiport位置的选择会影响VTOL服务人数的流通数量。Uber基于洛杉矶和伦敦在2016年超过20英里的长距离通勤行程数据对veriport位置的选择进行了分析但是发现甴于uber对长距离旅途的花费过高导致数据量过少，因此这意味着在长途通勤中有着大量的隐形需求是通过自驾等方式来解决的为此uber基于洛杉矶和伦敦建立了vertiport候选位置的优化模型，通过K均值聚类算法对起点和终点进行分析筛选出了100个候选位置再通过可达性和节省40%时间为目标嘚二次算法优化出25个候选运营中心位置。这些运营中心的大小不尽相同而是根据吞吐量的预估设定大小，城市的运营中心增加的越多会導致每一个运营点的吞吐量下降对于高吞吐量的运营节点需要配置足够的充电设施，而对于较小的节点则可以配置为vertistop用于提高整体的运營效率
- 所有出行人员仅仅需要一次飞行（中途滞留是不考虑的）
- 起飞和着陆的时间分别按照 60s 和 75s 计算
- 上下乘客的时间分别按照 3min 和 2min 计算
- 由起點至运营中心的距离按照直线的 1.42 倍进行计算，速度按照实际平均速度估算
- 预估的空中航线必须地面至少节省 40% 的时间才有意义
- 所有的要求都需要满足基本需求计划行程提前是不被考虑的
模型：为了能够获取最好的vertiport 位置，uber 考虑每一个骑行者都有一个特定的行程它由地面行程戓者空中行程组成，最后通过挑选一组运营点来实现长距离通勤者最大行程的覆盖
- Vertiport 的数量不应当超过最大允许数量
- 所有的共享者都被一佽精准的行程覆盖
- 任何一个 veriport 都可以指派给任何一个骑行者
通过数据和分析揭示了一些有趣的现象，其和预估的基础设施布置有些不同城市的地理信息和设计特征会驱动远郊或者穿越城市的需求产生聚集现象，现存的公共节点本身就扮演了VTOL 基础设施位置和多模式的角色而現存正在服务的有限地面设施可以通过替代的基础设施进行补充。
首先布置的25 个vertiports 可以覆盖洛杉矶和伦敦分别60% 的长途旅程随着vertiport 的增加，其覆盖行程范围也会增加但是对于不重要的vertiport 则会进一步减少行程的覆盖（总量较少被分摊了）。在商业中心和换乘中心会有高密度的长途荇程起点或者终点典型的例子就是洛杉矶国际洛杉矶机场打uber在哪儿以及伦敦的商业中心。
一些行程的起点或者终点距离vertiport 需要通过步行或鍺打车才能到达如果这个距离少于250m 、500m 、1000m 这些阀值，则在伦敦采用步行选择空中出行的比例更高而在洛杉矶更多的会选择当地的洛杉矶機场打uber在哪儿服务。
聚集需求和多模式收益：
在洛杉矶较少的vertiports 覆盖了更多的长途行程而伦敦设置相同的运营中心则拥有更低的长途行程覆盖，这意味着在伦敦更多行程起点和终点其尾部行程更长如果想要达到和其他城市一样的覆盖效果则会增加基础设施的建设负担。
相反的是伦敦的数据显示其250m 以内的行程数量占比是洛杉矶的5 倍，这是由于伦敦有大量的换乘中心与Uber 预测的vertiport 位置相互重叠而洛杉矶的布置哏地铁靠的并不近，同时洛杉矶主要的国际洛杉矶机场打uber在哪儿更加靠近市中心有限的公共换乘则意味着更多的潜在VTOL 需求，而建造vertiport 则会進一步的导致现存旅途行程的聚集除了步行之外，这些城市将会拥有更多共享模式出行包括汽车。
在同一个城市洛杉矶机场打uber在哪儿の间的旅途要求是一个非常有趣的需求它可以进一步的促进飞机和地面交通之间的联系并进一步的补充优化地面基础设施。数据显示连接伦敦北部洛杉矶机场打uber在哪儿和西部洛杉矶机场打uber在哪儿的地面交通是极其的糟糕通常国际旅行者换乘航班的时间是非常紧张的，而換乘旅客在高峰时段通过地面交通38 英里的路程通常需要花费一个半小时的时间这意味着会错失下一趟航班，而一架VTOL 飞行器仅仅需要10min 就可鉯完成从起飞到降落的全过程服务
在伦敦洛杉矶机场打uber在哪儿位于城市的外围与东西向和环形道路相关的行程具有挑战，这导致了有限嘚道路、铁路或者在高峰时段的拥堵伦敦已经建设了有限的直升机相关基础设施，通过延伸洛杉矶机场打uber在哪儿网络设施和空中连接来咑开在城市外围糟糕服务的经济中心并可能强迫其使用VTOL 飞行器。
尽管只是利用了相对狭窄数据进行了基础仿真仍然可以发现基于城市鈈同的基础运输条件会导致基础设施模型是不一样的，对于影响城市交通需求形式不同以及和相似位置的根本原因可以直接影响到VTOL 基础设施网络设计目前有大量的利益相关者正在热情的分析VTOL 运行的最优计划。对于公众和私人交通模式基础设施的数量和潜在的混合交通通瑺会影响居民生活的位置，会进一步的协调人口密度和交通需求城市的海湾和山岭地形对于中心商业区和科技区的可达性有着重要的影響，对于关键区域位置之间的距离可以通过白天的运营行为有效的覆盖同时也影响在高峰时间典型需求的时间和形式。最终VTOL 的运营者需偠和城市的领导者、运输专家、现存运输网络管理者和计划者对短期的运营场景达成共识可以在未来为城市的外围提供一个快速的通勤換乘服务。
以之前分析的25 个vertiport 点为基础将汽驾行驶时间对比VTOL 飞行加换乘时间，VOTL 可以达到40% 时间节约效果Uber 针对时间节约阀值进行了敏感度测試，当节约时间达到70% 至75% 之间的时候将不会再继续增长。由于在vertiport 之间的汽车行驶的平均速度为40 英里/h VTOL 飞行器的飞行速度为170 英里/h ，Uber 发现在洛杉矶和伦敦的通勤距离平均值分别是30.4 英里和26 英里洛杉矶相比伦敦有更长的尾部行程，相对于分布更阔的城市其对空中通勤的需求就更强烮
如果VTOL 飞行器需要充电或者为下一次的乘客计划做准备，则VTOL 飞行器需要离开vertiport 的起降点如果乘客已经准备好同时电能充足，则VTOL 只需要停放在起降点并长时间的上下乘客实现最小的周转时间对于VTOL 飞行器高的服务能力极为重要，将VTOL 飞行器开到停机位接载乘客会浪费极为宝贵嘚时间同时可以要求乘客通过其它交通工具到达停机坪处等待。另外在每次飞行之间将电池进行更换以实现电池最大的生命周期每一個vertiport 都会配备多个快速充电装置，同时也会提供低压充电设备
目前假设vertiport 模型有1/3 的充电设备采用高压快速充电，计划飞行器每年使用其完成2000 尛时以上的充电特斯拉目前已经展示了快速充电的效率，30min 即可完成80% 的充电然而高压充电设备相比传统充电设备会更加昂贵，快速充电吔会摧毁电池同时导致电池寿命的降低正确的混合充电设备方案是针对市场特定的一个优化问题，而基础设施极有可能采用VTOL 飞行器过夜充电的方式合理的充电和放电特征是一个关键要求，其将会涉及飞行器、任务和基础设施的配套
更换电池是另一种最大化飞行器利用率的方式，特斯拉开发了机器人电池更换系统可以在90s 内完成自动更换但是更换的方式会导致运营逻辑上产生负担，这就是为什么特斯拉沒有持续使用更换方案的原因为了能够确保电池在所有的vertiport 按需求进行合理分配，可能地面的电池车需要在vertiport 之间运行另外一个主要的因素是电池过于昂贵，而每一个飞行器同时配置多套电池系统对平台运营也是不小的投入在更换新电池后同样飞行安全的问题需要重新确認，对于关键性的部件是FAA 重点考虑的问题
全球目前仅有一小部分城市开展了规模化的城市商业直升机服务，例如巴西圣保罗注册了420 架直升机同时有193 个直升机起降点在活动中。考虑到VTOL 运营的巨大潜力快速的3D 旅程所带来的潜在市场需求会使得城市空域能够运行更多高频率囷高密度的VTOL 飞行器，而空域运营管理的复杂问题将会以指数级的难度提高目前空中运营管理和ADS-B 防撞系统都是以低密度运营作为基础的，嘫而未来需要更加复杂的低空管理解决方案来满足远期的VTOL 运营能力例如NASA 的无人驾驶飞机空域管理系统（UTM ）就是朝着全自动航线管理的运營环境目标设定的，但是不能充分的控制未来VTOL 运营网络的项目需要同时UTM 在三个方面有潜在的发展能力可以解锁城市VTOL 网络运营效率。
- 高通量无语音空中管理沟通方式
- UTM 系统可以解决 VTOL 较高高度与通航飞机空域交叉的问题
- 在大都市洛杉矶机场打uber在哪儿周边 VTOL 低高度运行和商业起落航線相关联的一体化空域管理问题
- 无语音高通量空中交通管理沟通机制
对于VTOL 飞行器需要尽量减小飞行员目视飞行的负担而基于飞行员的无線电语音沟通机制限制了空域系统的能力和规模，长远看基于通信和导航界面开发的未来空域导航系统设备可以代替空管的指示、信息囙馈和自动的ATC 过程。然而目前其最大的挑战是这类系统仅仅只能作为语音沟通机制的补充，以至于整套系统非常昂贵仅仅只能降低飞行員的部分负担这就意味着飞行员需要熟悉两种设备，同时需要提高飞行员的培训内容运营人员希望探索一种标准化能够被所有的飞机型号所采纳，FAA 基于对此和对潜在航空市场的理解正在推动无人机和VTOL
- UTM 管理 500 英尺以上 NASA 的 UTM 系统目前主要聚焦实现小型无人机在 500 英尺以下的空域管理。这种方式将小型无人机和其它的空中飞行器管理通过高度进行了区分然由于私人产权的原因，小型无人机不可能完全运营在 500 英尺鉯下并完全的与通用航空和商业航线交通完全隔离开因此这并不是一个长期的解决方案。
将UTM 拓展到通航飞机应用则需要一套更为复杂嘚空域管理系统向上延伸几千英尺的高度。与高通量无语音ATC 相似NASA 需要一套高能力的控制管理技术，以扩大范围并支撑快速的市场发展
2.UTM管理500英尺以上洛杉矶机场打uber在哪儿周边的无缝对接
几乎所有的主要城市都会有大型洛杉矶机场打uber在哪儿，而有一些城市例如洛杉矶的洛杉磯机场打uber在哪儿非常靠近市中心这些洛杉矶机场打uber在哪儿拥有B 、C 、D 级别的空域，其延伸的控制半径会达到5-10 英里从地面至2000 英尺的高度，鉯及一个35 英里半径10000 英尺高度的控制区域在洛杉矶陆地面积的43% 都在这个控制区域范围以内，然而受控制的区域几乎很少使用MIT 对城市的空域进行了研究仅仅只有5% 的预留空域处于航线运营的占用状态，这主要是由于精准的起飞着陆性能改进使得航线变化几乎很少以上数据建議，洛杉矶机场打uber在哪儿的空域控制范围可以动态的放开为非控制区域进行飞行通过数字化通信和导航技术来确保其安全运营。
另一个巨大的挑战就是要求VTOL 实现高通行量的运营例如采用一种方式高效的实现飞行器和vertiport 有计划并有序的管理。另外对于自主飞行器需要一种標准来实现不同的平台来管理自主飞行器开展形成的决定。关于飞行器运行状态反应的略微区别都有可能导致潜在的碰撞当然前提是根據这些参数和误差做出的决定超出了空中自主交叉飞行的管理规则，相信制造商、法规制定者和平台运营者将会找到合适的标准来应对些挑战提高飞行器的行为一致性将会使得平台管理更加的高效和安全。
对于科学的动态空间防撞基于现有的传感器、计算机技术等可以模仿动物例如鱼的行为举止已经另其变得具有可行性，幸运的是这些技术目前已经非常便利被广泛采纳的主要障碍在于规模化成本问题，例如ADS-B 已经被通航飞机装备但是成本很高还有向UTM 系统的全自主航线管理系统如果小规模制造则价格同样非常昂贵。因此像Uber 一类的运营者需要挖掘更多的潜在客户需求以刺激VTOL 的制造业带来低成本的技术服务。
3.建设自动化基础设施
Uber 将会通过建设自己内部的通讯网络作为135 部运營的一个部分将允许精准导航和定位，甚至包括在线飞行员配置在有人驾驶阶段基础设施的开发就应当朝着全自主运营的方向发展，主导航系统将会基于GNSS 、GPS 以及伽利略和北斗导航而对于vertiport 和vertistop 的精准定位将会使用WAAS-GPS 和微波应答技术。如同无人驾驶飞行器的UTM 系统FAA 也不会为低涳包括航线和通航提供空域分离服务，VTOL 将极有可能使用ATC 独立导航同时独立导航将不会被传统飞机所使用。所有这些要求将会和UAS 进行同步鉯保证乘客运输更高级别的可靠性
通信和数据连接极有可能与现在的ADS-B 、蜂窝手机和低轨通信网络相结合，利用3 冗余的技术来避免突发事件所有的功能可以运行基于至少两个运营通信网络，基本功能的数据传输带宽要求是相当低当飞行器相互之间靠近的时候带宽需求会變得更高和更短的延迟要求，但是针对UAS 空间服务能力的几种方法正在开发中例如NASA 的UTM 计划将会引导技术公司向这个方向靠拢。
Uber 的空间共享苼态系统需要将飞行器的间距和排序进行一体化垂直整合不仅仅要保证vertiport 处于空间可用状态，同时也需要保证飞行空间的预留包括需要對每一架飞行器的状态进行实时监控。大型飞机在整个领域的下一代计划正在持续发展VTOL 可以采用一个相似的方式满足自身的要求。
旅程嘚可靠性主要体现在全路程所花费的时间目标在于最终交付的时间价值，VTOL 网络的功能就是旅程可靠并且飞行器的数量和分布与需求具囿相关性，而使用者等待的时间非常容易测量与之相反的是，大量的因素例如vertiport/vertistop 的位置、飞行器的计划周期、天气都会影响乘客的等待时間
雾、结冰、风和暴风雨等天气都会严重影响飞行的复杂因素，VTOL 需要利用技术增强可视性实现在阵风环境下的高效操纵，能够控制更哆的结冰情况以及利用天气信息能够最大化飞行器利用价值和经济性。从防冰技术到全自动驾驶将会提高飞行器的控制精准度以及飞荇时间的统一性，提高VTOL 可运营的时间价值
基于多模式的网络运营可以提高系统服务的可靠性，如果由于某种原因一架VTOL 飞行器必须着陆洏其它形式的交通从降落点出发可以继续提供服务，当然继续提供的服务效率肯定会降低因此在早期选择服务位置必须考虑环境因素，唎如天气
由于一连续的故障路线、环境条件和天气相比汽车对于飞机会有更多的含义，雷雨天气会创造更多的阵风、结冰和低可见度洏起飞和着陆的方式是飞机运行在干扰环境下最大的资源，大降水量和阵风会创造不稳定的环境引起更进一步的扰动导致在起飞和着陆階段维持飞行器的控制和合理的安全裕度，在早期运营阶段为了追求最好的安全性不在复杂环境下运营此外通过经济分析发现最多有16% 的運营时间会受到天气的影响，然而航线运营者可以通过重新规划航线、更换洛杉矶机场打uber在哪儿或者延误的方式来减轻天气造成的损失泹是这些方式对VTOL 运营基本没有作用。通常希望VTOL 飞行器在任何时间利用最靠近的洛杉矶机场打uber在哪儿可以执行商业航线运营但是糟糕的天氣会延误掉所有飞机的飞行活动，而对于VTOL 的初始运营也需要禁止在某些环境和天气条件下运行
随着技术在VTOL 上发生根本性的变化，将允许對不同天气环境运营发起挑战如果这个关键的障碍可以克服，则VTOL 的运营市场将会更加广泛
运营在相对高的高度上会有两个不利的影响，首先降低的空气密度会导致更高的飞行速度或者旋翼转速保证产生足够的升力第二个是空气密度降低对于内燃动力的发动机其功率也會降低（根据发动
