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空中出租车怎么飞进大机场
以底特律机场为例,讲 eVTOL 进场要避开的 B 类空域、进近走廊和尾流,以及等待点和转弯半径怎么影响航线设计。
从底特律市中心坐电动垂直起降飞行器(eVTOL)去机场,十几分钟就能落在候机楼旁边。Joby 等公司的样机已经在试飞,但要真正开起来,得先回答一个问题:枢纽机场附近的空域已经被客机占得很满,新来的飞行器从哪里进。
我参与的一篇论文研究的就是这个问题,试验场选的是底特律大都会机场(DTW)。
机场上空有哪些限制
美国的大型枢纽机场周围是 B 类空域,进入前要先拿到管制许可。它的形状常被比作倒扣的婚礼蛋糕,离机场越近,底板越低,最里面一层一直到地面。以 DTW 为例,8 海里(约 15 公里)以内从地面到 10,000 英尺都属于 B 类;8 到 10 海里之间,底板抬到 2,500 英尺。
客机降落时沿着仪表进近程序对准跑道飞,程序周围还划了障碍物净空面,保证在云里也能安全下降。其他飞行器要绕开这些区域。
还有尾流。机翼产生升力时,翼尖后面会拖出两股旋转的气流,大飞机的尾涡会在空中停留一段时间,小飞机闯进去可能被带着滚转,所以管制对跟在重型机后面的间隔有专门规定。eVTOL 比客机小得多,前面刚飞过一架宽体机,对它来说是实实在在的风险。
客机下面的空隙
这些限制叠在一起之后,剩下的空间很零碎。NASA 的城市空中交通运行概念里管这些空间叫「夹缝空域」,指 B 类空域底板之下、几股进近航流之间平时没什么飞机用的地方。
我们把历史航迹叠到三维地图上看,客机基本集中在进近走廊里和 B 类空域的上层,低空那一层大多空着。所以论文里的 eVTOL 航线都放在客机流下方,有点像给自行车另修一条车道,和汽车各走各的。
在哪里等
飞机到了机场附近,常常要先等一会儿才能落地。eVTOL 靠电池飞,等得太久就是电量问题,所以等待点要满足两个条件:下面最好是没人住的绿地,电量不够时能就近迫降;离机场也不能太远,塔台的管制员要一直看得到它。
我们比较了两种等法。在机场北面等,位置在客机流后方,尾流风险大一些,但去候机楼只需穿过一条没在用的跑道,可以提前签协议,不必每次找管制员要许可。在跑道侧面等,尾流影响小,可要穿过正在使用的跑道,管制员得专门发许可,还要等进离场的空档。
一种方案的代价在飞行安全,另一种在管制员的工作量。论文没有替机场做选择,只把两边的代价写清楚,取舍要看机场更看重哪一头。
转弯半径
地图上画折线很容易,飞机转弯却需要空间。转弯半径等于速度除以转弯角速度。以 90 节(约每秒 46 米)飞行、按每秒 3° 的标准转弯率转弯,转一整圈要 2 分钟,最小转弯半径约 884 米。航路点离得太近或者折角太急,这条航线就飞不出来。
为了在画航线时就发现这类问题,我写了一个质点运动学模型和一个网页工具。在地图上拖动航路点,后端马上检查能不能飞,然后可以在三维地球上从塔台视角回放。
我的看法
做完这个项目,我觉得空中出租车能不能进大机场,很大程度上取决于它能不能按现有的空域规则和管制流程来飞。这套系统已经运行了几十年,eVTOL 得先弄懂它,才能在里面找到能用的空间。
论文入选了 ICAS 2026,研究细节和网页工具在项目页。