电动垂直起降(eVTOL)用于医疗救援(世界主要医疗用无人机)

14年前,发生在汶川的地震牵动了全国人民的心,随后国内的直升机产业受到重视,开始了高速发展。今天,eVTOL飞行器风头正劲,这个行业已步入高速发展的阶段。与传统直升机不同,在eVTOL领域中,国内企业并不落后,因此开展eVTOL飞行器的应用场景建设是需要尽快进行的。其中,紧急医疗救援是eVTOL可以大力参与的领域,国内企业也应该尽快开展相关的调研工作。

电动垂直起降(eVTOL)飞行器具有很多优势,可以覆盖多种应用场景。经过近年来的积极探索,这种飞行器已经从早期的技术演示验证,发展到原型机研制及认证的过程中,该行业对其关注的重点也从早期单纯的技术创新逐步扩展到供应链管理、产品试验,以及运营场景设计等方面。

在eVTOL的各种运营场景中,相对常见的有城市客运、货运、空中观光、个人飞行器、紧急医疗救援等。这些在国内也是多年前通用航空领域的重要发展着力点,近年也有很多无人机企业参与部分细分领域的争夺。因此,如果eVTOL飞行器能够作为新生力量而顺利突围,可能将会是整个航空作业领域的变革。

当然,对于eVTOL的启动市场,除了呼声最高的城市客运或空中游览以外,紧急医疗救援(EMS)也是可能性很高的一个领域。对于国内通航市场,由于在可预期的时间内将以公共服务等任务作为主要发展方向,因此紧急医疗救援反而是eVTOL更有可能首先得到应用的领域;而国际上也有多家开发eVTOL飞行器公司把目光瞄准了紧急医疗救援,希望与直升机形成互补甚至竞争的关系。

图片

eVTOL参与医疗救援的理论研究德国ADACLuftrettung目前是欧洲最大、最专业的空中救援组织之一,该公司曾在2020年公布了与多家eVTOL公司共同合作开展的一项研究结果,即eVTOL在紧急医疗服务领域的应用前景。
这份报告名为《救援服务中的多旋翼飞行器——在紧急医护人员运输中多旋翼飞行器潜力的可行性研究》(Multicopter in the Rescue Service——Feasibility Study On The Application Potential Of Multicopters As Emergency Doctor Shuttles),研究时间点为未来2~4年的技术能力。此项研究表明,eVTOL飞行器确实在改善医疗资源管理和降低响应时间方面具有潜力,特别是在农村地区,但要充分实现这种新型运输工具的优点,则需要相对较大的飞行器,较小的、乘员只有两人的eVTOL飞行器可能无法满足EMS应用的实际需求。

ACDC主持研究的《救援服务中的多旋翼飞行器——在紧急医护人员运输中多旋翼飞行器潜力的可行性研究》报告。

报告指出,从伤病患者拨打电话到将他们送到医院的总时间长短是核心要素,但所谓医护人员首次抵达现场的“初始响应时间”也是病人得救的关键,因为医生在抵达现场后才能进行有效的治疗或呼叫进一步的救援。在德国,医护人员在接警后抵达现场主要是利用地面车辆,在他们见到伤病人员后再根据病情需求决定是否呼叫直升机,只有在一些很极端的情况下,医护人员才会直接乘坐直升机抵达现场。
而德国医护人员的“初始响应时间”平均水平在过去20年里不断延长,这主要是由于德国人口越来越集中,在大面积的人口稀少的乡村车辆运输不得不行驶更远的距离。对此,如果采用eVTOL飞行器来替代部分车辆来运送医护人员,则可以大大缩短医护人员抵达现场的时间,或者在同样的时间内抵达更远的伤病现场。
因此,ADAC基于德国的情况所得出的结论是,使用eVTOL飞行器的目的不是完全取代现有的直升机或救护车,而是优化整个救援系统,通过在德国建设多达250个的eVTOL起飞点就可以覆盖全境。

图片

多家公司希望进军医疗救援领域很多eVTOL飞行器的研发公司都将EMS领域作为主要应用方向之一,他们对这项新技术如何更好的与现有解决方案挂钩都有不同的观点。
1.瑞士
瑞士的Dufour Aerospace公司希望其开发的Aero3飞行器可以进军EMS市场,甚至还希望这款飞行器能够在一定程度上取代H125、H145、贝尔407和贝尔429等在EMS领域应用广泛的直升机。这在其Aero3飞行器的设计思想中就可以体现出来。
Dufour开发的Aero3是一款较大型的eVTOL飞行器,最大起飞重量达2800千克,其空间足够容纳8名乘客。飞行器采用倾转旋翼设计和混合动力装置,飞行速度350千米/小时,航程最远达1100千米;而如果仅使用电池飞行时,其飞行速度降为225千米/小时,航程也降为250千米,仍是较为可观的数字。
该飞行器采用300千瓦的涡轮发动机,但不需要减速器,这将使飞行器的运营成本将低至涡轴单发直升机的1/3、双发直升机的1/10。EMS是Aero3最初就计划进入的市场,在设计期间Dufour增加了Aero3的尺寸,希望与在EMS领域中更大的双发涡轴直升机进行竞争。
Dufour公司的目标是在2025年底前这款飞行器可获得认证。
图片

Dufour公司的Aero3飞行器
2.以色列
以色列的UrbanAero公司在eVTOL领域研发多年,早在2015年就开发了一款可飞行的全尺寸演示样机。
此前,UrbanAero的子公司Tactical Robotics一直在开发用于军队伤员后送任务的无人机,现在相关技术可以用于改进CityHawk,以希望该飞行器可以进军EMS领域。
目前UrbanAero公司正在筹集资金开发氢燃料电池驱动的CityHawk飞行器,同时也在开发CityHawk飞行器的涡轴动力版本。CityHawk是一款有人驾驶的4座eVTOL飞行器,长度为7.7米,宽度为2.5米,最大起飞重量为1930千克,设计航程为150千米,巡航速度240千米/小时。如果采用氢燃料电池,飞行器将装有两个700kW的燃料电池为两台电机提供动力。
当然,可能在近期投入使用的CityHawk是涡轴动力版本,2021年UrbanAero宣布获得EMS运营商HatzolahAir公司订购的4架采用涡轴版CityHawks,未来用于在纽约执行EMS任务。UrbanAero目标是在2024年试飞第一批原型机,涡轴版的CityHawk将按FAR27部认证,目标是在2026年取证,氢燃料电池版本将在2030年取证。
图片

UrbanAero的CityHawk飞行器
3.澳大利亚
澳大利亚创初创公司AMSL Aero开发了一种名为Vertiia的eVTOL飞行器,澳大利亚航空医疗公司CareFlight作为其合作伙伴之一,这可以看出该飞行器将EMS作为主要应用领域之一。Vertiia的飞行速度可达300千米/小时的速度,采用纯电动力时航程为250千米,而未来在使用氢燃料系统时,航程可达800千米。
CareFlight公司表示到2023年将Vertiia用作空中医疗转运飞行器,旨在为没有任何简易机场的偏远地区提供便捷、低成本的交通方式。Vertiia已经处于原型机建造阶段,目前正在AMSL公司的机场制造,不久后就将开始试飞。
图片

AMSL Aero公司的Vertiia飞行器

4.意大利
Avionord是一家航空医疗救援领域的意大利公司,目前该公司正在与Manta Aircraft公司合作开发可用于EMS领域的混合动力eVTOL飞行器。
两家公司的合作将使Manta可生产多达15架飞行器用于医疗服务,预计将于2026年开始交付。这款飞行器名为ANN2,其目标航程为600千米,巡航速度为300千米/小时,将在2023年开始认证工作。Avionord公司的CEO表示,如果这款混合动力eVTOL飞行器的性能达标,那么它就能快速将医疗设备、病人,甚至要移殖的人体器官转运到所需的地方。
图片

Manta公司的ANN2飞行器
5.中国
相比于国外的企业,国内企业在eVTOL方面也有相应的研究。例如在2021年珠海航展期间,航空工业通飞就展示了名为AG-EX的eVTOL飞行器物理样机。AG-EX将用于未来城市内和近距离城市间的空中飞行,适用于城市通勤、短途物流、应急消防、医疗救援等场景。
AG-EX设计载客为4~5人,最大航程200千米,采用倾转翼设计,机翼设计有12台电机驱动的分布式风扇,可以实现短距和垂直起降。据了解,航空工业通飞在2020年5月启动eVTOL飞行器技术项目研究,在2021年已完成1/6缩比模型首飞,并制造了全尺寸物理样机,计划将在近年完成整机装配调试并交付。
图片

在珠海航展上展出的AG-EX飞行器的物理样机

图片

eVTOL飞行器所面对的挑战结合上述ADAC的报告和多家公司的飞行器性能指标,可以看出EMS领域对于eVTOL飞行器本身的性能要求还是很高的。例如ADAC的报告认为飞行器的速度要达到150~180千米/小时,航程至少要达到150千米,而且要保证足够的载荷(飞行员+病人+医护人员+必要设备)和可用性,飞行器也必须能够在恶劣天气下24小时运行;而上述公司为EMS领域开发的eVTOL飞行器也均为较大的规格,甚至需要采用基于涡轴发动机的混合动力系统,以满足对性能的需求。
对于纯电动的飞行器而言,电池充电时间相比于补充燃料来说更长,表面上并不适合EMS领域需要的快速响应能力,但实际上这种飞行器并不是设计成在0~100%的电量范围内运行,而是在运行中其电量保持在60%~80%之间。这样有利于保障飞行安全、减少电池的损耗,同时新型电池在完成20%的充电区间只需要5分钟左右,因此也可实现快速响应。
在成本方面,虽然飞行器的成本远高于救护车,但考虑到缩短响应时间或扩大响应区域,这在社会收益方面的提升将是显著的,而且eVTOL飞行器的成本仍远远低于传统直升机。
图片

与直升机相比,eVTOL飞行器使用上更为灵活,可以大大扩展航空医疗救援的范围

当然,由于eVTOL飞行器是新事物,因此很多流程和设备都需要重新设计和优化,例如医生在搭乘飞行器时可能会更快抵达伤病现场,因此相对于救护车,飞行器上就可以减少一些急救设备。而在技术因素以外,相比于直升机eVTOL飞行器在监管规则、市场运营、基础设施建设、甚至公众接受程度等方面都存在全新的挑战。
因此,至少在近期内,在一些诸如要将病人送至更远的医院的任务仍需传统直升机来执行,而eVTOL飞行器将与救护车和直升机为基础的现有体系形成互补而非竞争。

发表评论

登录后才能评论

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至2161241530@qq.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。如若转载,请注明出处:https://www.woiwrj.com/wurenjibaike/53098/