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基于电动垂直起降（eVTOL）飞机的飞行

培训及模拟场景

摘要：航空业是世界上最具创新性的产业之一。从飞机设计和制造过程到技

术和控制，各个方面都在不断改进，为行业的持续发展做出了贡献。在过去的几

年里，世界范围内，为了优化城市功能和推动经济增长，智慧城市的数量和对可

持续交通的需求急剧增长。此外，世界各地的一些政府已经签署了《巴黎协定》，

以减少各自国家的碳足迹，这推动了可持续的航空运输。然而，由于交通拥堵加

剧，在大城市中每天通勤的人乘坐公路出行变得非常困难，因此每天通勤的人正

在寻找高效、可持续、更安全的交通方式，以前往工作场所和其他理想的目的地。

此外，由于城市土地空间有限，一些特大城市已经达到了扩大道路基础设施的极

限。这为在智慧城市和超大城市使用电动垂直起降（即ElectricVertical

TakeoffandLanding，简称eVTOL）飞机的城市空中流动性增长提供了机会。

1.eVTOL飞机类型

eVTOL飞机主要分为多旋翼构型、复合翼构型、倾转翼构型、倾转涵道四种。

多旋翼构型，如Volocopter，拥有多个旋翼，没有机翼或有短机翼，飞行器

巡航时依靠推进器提供全部或部分升力，技术风险和研制难度较低，但多旋翼构

型平飞时空气阻力较大，飞行效率较低，一般航时不超过30分钟，航程不超过

50公里，使用场景相对有限。

复合翼构型，如Alia-250，有机翼，有独立的螺旋桨分别提供升力和巡航推

力，技术风险中等，难度中等；复合翼飞行效率高于多旋翼，但升力和推力来源

于不同的螺旋桨，意味着始终存在着效率浪费，达不到更高效率，速度也达不到

最快。

倾转翼构型，如世界知名军用飞机鱼鹰V-22，有机翼，由任一矢量推进器既

提供垂直升力也提供水平巡航推力，旋翼可以根据需要调整方向，起飞阶段，旋

翼像直升机螺旋桨那样提供升力，到了平飞阶段，旋翼可以向前倾转，提供向前

的推力，升力则依靠固定机翼来解决。优点是重量较轻，推力较大，在速度和航

程上都更有优势；其缺点在于机械设计复杂、控制难度较高，因此安全性较低。

倾转涵道构型，如LiliumJet，有机翼，无控制舵面，升力、推力、航向和

姿态控制均由倾转涵道风扇提供，消除了开放性螺旋桨在安全方面的隐患，但目

前无控制舵面的完全矢量控制技术还未被任何传统飞机采用或者验证过。

尽管eVTOL飞机仅分为多旋翼、复合翼、倾转旋翼和倾转涵道这四个大类，

但是各个主机厂对于同一种构型的eVTOL飞机的设计差异较大。差异化设计给飞

行培训设备和飞行员的培训带来了极大的挑战。因为现在民航的飞行培训设备与

机型是一一对应的，显然不适用于eVTOL飞机，因此这里引入简化飞行操纵（即

SimplifiedVehicleOperations，简称SVO）作为eVTOL飞机飞行培训未来的可

能性。

1.基于SVO的飞行培训

SVO，首先由NASA和Uber的专家提出，是将自动驾驶技术与航空驾驶舱技

术，以及人为因素最佳实践相结合，来减少飞行员或远程操控者必须掌握的技能

培训和飞行知识。目的在于借助自主程度更高的先进机载系统，减少飞行员工作

负担，降低飞行员培训成本，同时提高在城市飞行环境中的适应性，可以针对性

的解决eVTOL飞机在城市飞行的安全性和经济性两大挑战。由于传统飞机和直升

机上的动力系统和控制系统的设计通常是分开的，飞行员能够通过有限的培训来

掌握这两个系统；而eVTOL飞机通常会把动力系统和控制系统合二为一，增加了

飞行员的学习门槛。同时，传统飞机的设计依据通常是会在自动化系统出现故障

后，将控制权交给飞行员，让飞行员来承担拯救飞机的任务，因此其设计针对飞

行操作特别熟练的飞行员的；而eVTOL飞机有着比较大的市场规模，也同时对运

营成本非常敏感，所以它有一个很核心的需求：在缩小飞行员的培训量的同时，

还要保证最高的安全性水平。所以，SVO就显得尤为重要。

在eVTOL飞机的四大构型中，除多旋翼构型以外，其他三个大类都是把固定

翼和旋翼进行了一个融合。旋翼飞机和固定翼飞机的控制不同，旋翼飞机通常使

用总距杆控制飞机的升降运动，而固定翼使用油门台控制飞机的纵向加减速，这

需要eVTOL飞机飞行员同时掌握两种操作方式，是极其困难的。SVO的定义恰恰

是能够提供一套飞行方式、一套界面、一套特殊的训练方式，以此来解决此类问

题。SVO的目标是安全