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2025年10月10日周五
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    基于STPA的eVTOL运行安全分析

    电动垂直起降(eVTOL)飞行器预计比直升机更安静且更具成本效益,通过改善连通性提供重大的经济和社会效益。其采用将需要新的地面基础设施和空域重新设计,引入涉及多个利益相关方(监管机构、eVTOL运营商、空中交通服务提供商、垂直港口运营商、原始设备制造商、飞行员等)的风险。为评估这些风险对英国空域的影响,采用了基于系统思维的系统理论过程分析(STPA)。为了管理由于分析复杂性而产生的大量不安全控制行为(UCAs)和要求,应用了一种新颖的STPA扩展方法以优先处理结果。总共识别出317个UCAs,其中110个高优先级UCAs进行了分析(第4步),产生了377个因果因素和432个要求。这些被优先处理以生成一个有针对性的124个不同高优先级要求的列表,其中56个被识别为现有航空法规、政策或程序中的空白。这些突出了在组织绩效、认证流程、培训、防撞、能源管理和自动化等领域进行监管更新的机会。研究结果为监管机构提供了安全考虑,可用于制定新的或更新的法规、合规方法和指导材料,以确保eVTOL的安全部署。(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2025年10月5日周日
  1. arXiv先进空中交通研究历史资料

    从补丁到网络:城市空中交通需求分析与机队优化的综合框架

    城市空中交通(UAM)为都市交通提供了变革性的愿景,但其实现受到重大基础设施成本和运营复杂性的阻碍。我们通过建模一个利用现有区域机场并采用优化、异构机队的UAM网络来解决这些挑战。我们引入了LPSim,一个大规模并行仿真框架,利用多GPU计算同时优化UAM需求、机队运营和地面交通互动。我们的均衡搜索算法被扩展以准确预测需求并确定最有效的机队组成。在旧金山湾区的案例研究中,我们的结果表明,这种UAM模型可以为230,000次选定行程节省超过20分钟的旅行时间。然而,分析还揭示了系统级成功严重依赖于与地面接入的无缝整合和动态调度。(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2025年9月25日周四
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    认证的学习型噪声感知运动规划用于城市空中交通

    城市空中交通(UAM)已成为缓解城市拥堵和交通挑战的有前景的解决方案。然而,电动垂直起降(eVTOL)飞机产生的噪音对公众接受度和监管批准构成了重大障碍,可能限制UAM系统的运行范围和可扩展性。因此,UAM系统的成功采用取决于预测生成的噪音水平的能力,并进一步开发符合社区噪音法规且保持操作效率的运动规划策略。为此,本文提出了一种新颖的噪音感知运动规划框架,用于UAM系统,以确保符合噪音法规。我们首先开发了一个可认证的神经网络模型,以准确预测eVTOL在城市环境中的噪音传播模式,提供其正确性的可证明界限。为了达到所需的准确度水平,我们提出了一种主动采样策略,以高效构建用于训练和测试噪音模型的数据集。接下来,我们开发了一种噪音感知的运动规划算法,利用噪音模型生成eVTOL轨迹,确保符合社区噪音法规。该算法利用噪音模型的单调结构,高效采样配置空间,确保生成的轨迹既符合噪音法规又具有操作效率。我们通过一系列实验验证了所提出框架的有效性,针对Vahana eVTOLs。结果表明,该框架可以生成符合噪音法规的轨迹(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2025年9月23日周二
2025年9月16日周二
2025年8月22日周五
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    一种用于管理STPA需求的可扩展框架:eVTOL操作案例研究

    系统理论过程分析(STPA)是一种推荐的方法,用于分析复杂系统,能够识别数千个传统技术如故障模式和影响分析(FMEA)和故障树分析(FTA)常被遗漏的安全要求。然而,缺乏管理这些要求的结构化框架带来了挑战,尤其是在快速发展的环境中。本文介绍了一个可扩展的框架,用于优先排序STPA衍生的要求。该框架整合了每个STPA步骤的输出,并结合了基于四个关键因素的专家评估:实施时间、成本、要求类型和监管覆盖范围。为了减少主观性,采用蒙特卡洛模拟(MCS)来计算并稳定要求排名。自动化工具链支持该框架,使优先排序的要求在缩放矩阵中动态映射。这种可视化有助于决策并确保各开发阶段的可追溯性。该框架适用于从早期概念化到更高级阶段,增强了其在迭代系统开发中的实用性。该框架通过一个实际案例研究进行了验证,该研究聚焦于电动垂直起降(eVTOL)操作,与英国民航局合作进行。研究结果直接贡献于CAP3141,一份民用航空出版物,识别了系统性操作风险和安全缓解措施,供监管机构、运营商和垂直港口使用。优先排序过程支持决策(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2025年8月18日周一
2025年8月15日周五
2025年8月5日周二
2025年8月1日周五
2025年7月27日周日
2025年7月9日周三
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    基于堆叠智能超表面的eVTOL延迟敏感通信

    With rapid urbanization and increasing population density, urban traffic congestion has become a critical issue, and traditional ground transportation methods are no longer sufficient to address it effectively. To tackle this challenge, the concept of Advanced Air Mobility (AAM) has emerged, aiming to utilize low-altitude airspace to establish a three-dimensional transportation system. Among various components of the AAM system, electric vertical take-off and landing (eVTOL) aircraft plays a pivotal role due to their flexibility and efficiency. However, the immaturity of Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC) technologies poses significant challenges to safety-critical AAM operations. Specifically, existing Stacked Intelligent Metasurfaces (SIM)-based eVTOL systems lack rigorous mathematical frameworks to quantify probabilistic delay bounds under dynamic air traffic patterns, a prerequisite for collision avoidance and airspace management. To bridge this gap, we employ network calculus tools to derive the probabilistic upper bound on communication delay in the AAM system for the first time. Furthermore, we formulate a complex non-convex optimization problem that jointly minimizes the probabilistic delay bound and the propagation delay. To solve this problem efficiently, we propose a solution based on the Block Coordinate Descent (BCD) algorithm and Semidefinite Relaxation (SDR) method. In addition, we conduct a comprehensive analysis of how various factors impact regret and transmission rate, and explore the influence of varying load intensity and total delay on th(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2025年5月16日周五
2025年4月15日周二
2025年2月11日周二
2025年1月30日周四
2025年1月8日周三
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    一种对升力加巡航eVTOL飞机机翼 gust响应分析中不确定性量化方法的比较研究

    阵风具有固有的随机性,可能显著影响飞行器的安全性和性能。本研究探讨了一个三维不确定性量化(UQ)问题,以探讨阵风和飞行条件中的不确定性如何影响Lift-Plus-Cruise eVTOL飞行器机翼的结构响应。分析采用了一个非稳态气动弹性模型,通过板方法气动求解器与壳体分析结构求解器的一维耦合来预测机翼在不同条件下的响应。此外,本文还比较评估了常用的非侵入式UQ方法,包括非侵入式多项式混沌、克里金法、蒙特卡洛法、单变量降维法和梯度增强单变量降维法。这些方法根据其在估计各种风险指标(均值、标准差和95百分位数)方面的有效性进行评估,这些风险指标涉及关键结构响应输出,如最大尖端位移和平均应变能。数值结果揭示了即使在相对较小的不确定输入范围内,结构响应输出也存在显著变化。这突显了系统对阵风和飞行条件不确定性的敏感性。此外,所实施的UQ方法的性能根据特定的风险指标和分析的量度兴趣而显著变化。(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2025年1月7日周二
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    基于物理约束的生成人工智能用于快速起飞轨迹设计

    为助力城市空中交通(UAM),电动垂直起降(eVTOL)飞行器正成为研究目标。传统多学科分析与优化(MDAO)成本高昂,而基于代理模型的优化则难以应对复杂的物理约束。本文提出一种受物理约束的生成对抗网络(physicsGAN),用于智能参数化eVTOL飞行器的起飞控制曲线,并将原始设计空间转换为可行空间。具体而言,转换后的可行空间指的是所有设计直接满足所有设计约束的空间。在Airbus A3 Vahana上展示了基于physicsGAN的代理模型起飞轨迹设计框架。physicsGAN在可行空间中仅生成可行的功率和机翼角度控制曲线,约98.9%的设计满足所有约束条件。所提出的框架与基于仿真的最优设计相比准确率达99.6%,仅需2.2秒,将计算时间减少了约200倍。同时,基于数据驱动的GAN代理模型优化使用无导数优化器耗时21.9秒,速度比所提出的框架慢一个数量级。此外,基于梯度优化器的数据驱动GAN优化在随机试验中无法一致找到最优设计,陷入不可行区域,这在实际应用中存在问题。因此,所提出的基于physicsGAN的设计框架优于数据驱动的GAN框架(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2025年1月3日周五
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    基于数字孪生的SIM通信与飞行控制用于先进空中交通

    Electric Vertical Take-off and Landing vehicles (eVTOLs) are driving Advanced Air Mobility (AAM) toward transforming urban transportation by extending travel from congested ground networks to low-altitude airspace. This transition promises to reduce traffic congestion and significantly shorten commute times. To ensure aviation safety, eVTOLs must fly within prescribed flight corridors. These corridors are managed by ground-based Air Traffic Control (ATCo) stations, which oversee air-ground communication and flight scheduling. However, one critical challenge remains: the lack of high rate air-ground communication and safe flight planning within these corridors. The introduction of 6G-oriented Stacked Intelligent Metasurface (SIM) technology presents a high rate communication solution. With advanced phase-shifting capabilities, SIM enables precise wireless signal control and supports beam-tracking communication with eVTOLs. Leveraging this technology, we propose a Composite Potential Field (CPF) approach. This method dynamically integrates target, separation, and communication fields to optimize both SIM communication efficiency and flight safety. Simulation results validate the effectiveness of this DT-based approach. Compared to the potential field flight control benchmark, it improves the transmission rate by 8.3\%. Additionally, it reduces flight distance deviation from the prescribed corridor by 10\% compared to predetermined optimization methods.(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2024年10月11日周五
2024年9月16日周一
2024年6月15日周六
2024年6月12日周三
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    利用随机优化的先进空中交通飞机制造集成供应链网络设计

    Electric vertical takeoff and landing (eVTOL) aircraft manufacturers await numerous pre-orders for eVTOLs and expect demand for such advanced air mobility (AAM) aircraft to rise dramatically soon. However, eVTOL manufacturers (EMs) cannot commence mass production of commercial eVTOLs due to a lack of supply chain planning for eVTOL manufacturing. The eVTOL supply chain differs from traditional ones due to stringent quality standards and limited suppliers for eVTOL parts, shortages in skilled labor and machinery, and contract renegotiations with major aerospace suppliers. The emerging AAM aircraft market introduces uncertainties in supplier pricing and capacities, eVTOL manufacturing costs, and eVTOL demand, further compounding the supply chain planning challenges for EMs. Despite this critical need, no study has been conducted to develop a comprehensive supply chain planning model for EMs. To address this research gap, we propose a stochastic optimization model for integrated supply chain planning of EMs while maximizing their operating profits under the abovementioned uncertainties. We conduct various numerical cases to analyze the impact of 1) endogenous eVTOL demand influenced by the quality of eVTOLs, 2) supply chain disruptions caused by geopolitical conflicts and resource scarcity, and 3) high-volume eVTOL demand similar to that experienced by automotive manufacturers, on EM supply chain planning. The results indicate that our proposed model is adaptable in all cases and outperforms established benchmark stochastic models. The findings suggest that EMs can commence ma(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2024年5月23日周四
2024年5月22日周三
2024年5月20日周一
2024年4月4日周四
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    城市空中交通的自组织自由飞行到达

    Urban air mobility is an innovative mode of transportation in which electric vertical takeoff and landing (eVTOL) vehicles operate between nodes called vertiports. We outline a self-organized vertiport arrival system based on deep reinforcement learning. The airspace around the vertiport is assumed to be circular, and the vehicles can freely operate inside. Each aircraft is considered an individual agent and follows a shared policy, resulting in decentralized actions that are based on local information. We investigate the development of the reinforcement learning policy during training and illustrate how the algorithm moves from suboptimal local holding patterns to a safe and efficient final policy. The latter is validated in simulation-based scenarios, including robustness analyses against sensor noise and a changing distribution of inbound traffic. Lastly, we deploy the final policy on small-scale unmanned aerial vehicles to showcase its real-world usability.(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2024年3月25日周一
2024年3月21日周四
2024年3月11日周一
2024年1月23日周二
2023年12月22日周五
2023年12月7日周四
2023年12月5日周二
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    通过基于仿真的分析评估eVTOL网络性能和机队动态

    城市空中交通(UAM)代表了未来交通的一种有前景的解决方案。在本研究中,我们介绍了VertiSim,这是一种先进的事件驱动模拟器,旨在评估e-VTOL运输网络。独特的是,VertiSim同时模拟乘客、飞机和能源流动,反映了UAM系统的相互关联的复杂性。我们利用VertiSim评估了19种运营场景,以满足每天2,834名乘客的需求,这些场景涉及不同机队规模和垂直港口距离。本研究旨在通过理解乘客延误时间、运营成本和机队利用率之间的权衡,支持利益相关者做出有关机队规模、网络设计和基础设施发展的明智决策。我们的模拟,由启发式调度和充电政策引导,表明机队规模显著影响UAM网络中的乘客延误和能源消耗。我们发现,增加机队规模可以减少平均乘客延误,但这以增加重新定位飞行次数导致的运营费用上升为代价。此外,我们的分析强调了垂直港口距离对机队利用率的影响:较长的距离导致总空闲时间减少,巡航和充电时间增加,从而实现更高效的机队利用率,但也导致更长的乘客延误。这些发现对于UAM网络规划至关重要,尤其是在平衡机队规模与垂直港口容量和运营成本方面。模拟演示可在:https://tinyurl.com/vertisim-vis(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2023年11月17日周五
  1. arXiv eVTOL预印本历史资料

    迈向标准化的强化学习框架用于AAM应急管理

    先进空中交通(AAM)是下一代航空运输方式,包括电动垂直起降(eVTOL)飞机、日益自主的飞行操作以及小型无人机包裹投递等新进入者。随着这些新机型和运营概念的出现,人们希望在城市区域及其周边地区大幅提高密度,利用新型电池技术,并朝着更自主驾驶的飞机发展。为实现这些目标,必须引入新的安全管理系统能力,以快速评估风险在复杂危害范围内的演变,并在必要时通过监督或自动决策执行适当措施来降低风险。最近,强化学习在实时决策方面显示出在各种应用中的潜力,包括应急处理管理。在这项工作中,我们将应急处理管理问题表述为马尔可夫决策过程(MDP),并将应急处理管理MDP整合到AAM-Gym模拟框架中。这使得强化学习算法的快速原型设计和现有系统的评估成为可能,从而为未来算法开发提供一个社区基准。我们报告了环境的基线统计信息,并提供了示例性能指标。(预印本;同行评审状态请核对原文。)

2023年11月14日周二
2023年11月13日周一
2023年11月9日周四
2023年11月1日周三