بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی
بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی را از Urbanity.ir بخواهید
Saturday, 29 June , 2024
امروز : شنبه, ۹ تیر , ۱۴۰۳
شناسه خبر : 18923
  پرینتخانه » مقالات تاریخ انتشار : 02 ژوئن 2024 - 3:30 | 20 بازدید | ارسال توسط :

پایداری | متن کامل رایگان | ارزیابی برخاست و فرود عمودی الکتریکی برای خدمات تاکسی هوایی شهری: پارامترهای کلیدی و تأثیر حمل و نقل آینده

۱٫ معرفی حمل و نقل شهری به دلیل شهرنشینی سریع، رشد جمعیت و افزایش مالکیت وسایل نقلیه با چالش های شدیدی مواجه است. در شهرهای بزرگ مانند پکن، شانگهای، هنگ کنگ و لندن، ازدحام ترافیک به یک مشکل بزرگ تبدیل شده است که منجر به طولانی‌تر شدن زمان سفر، کاهش ایمنی، آلودگی محیط زیست و […]

پایداری |  متن کامل رایگان |  ارزیابی برخاست و فرود عمودی الکتریکی برای خدمات تاکسی هوایی شهری: پارامترهای کلیدی و تأثیر حمل و نقل آینده


۱٫ معرفی

حمل و نقل شهری به دلیل شهرنشینی سریع، رشد جمعیت و افزایش مالکیت وسایل نقلیه با چالش های شدیدی مواجه است. در شهرهای بزرگ مانند پکن، شانگهای، هنگ کنگ و لندن، ازدحام ترافیک به یک مشکل بزرگ تبدیل شده است که منجر به طولانی‌تر شدن زمان سفر، کاهش ایمنی، آلودگی محیط زیست و کاهش کیفیت زندگی برای ساکنان شهری می‌شود. علاوه بر این، قابلیت‌های خدمات اورژانس مانند امداد و نجات پزشکی و اطفاء حریق نیز به دلیل ازدحام جاده‌ها به خطر می‌افتد. [۱]. بر اساس گزارش موسسه حمل و نقل A&M تگزاس، تراکم ترافیک در ایالات متحده باعث حدود ۸٫۸ میلیارد ساعت تاخیر و ۳٫۳ میلیارد گالن سوخت هدر رفت در سال ۲۰۱۹ شد که منجر به هزینه کل ۱۷۹ میلیارد دلار شد. [۲].
تلاش برای کاهش ازدحام ترافیک شهری از طریق نوآوری در حمل و نقل زمینی و زیرزمینی، مانند ساخت “راه آهن ابری”، قرار دادن دوچرخه های مشترک، و گسترش خطوط مترو، توسط عوامل مختلفی از جمله محیط اصلی جغرافیایی شهر، شهرنشینی، توسعه اقتصادی محدود شده است. ، ثبات زمانی در فعالیت های انسانی، امکانات جاده ای منسوخ، و فضای ناکافی پارکینگ [۳,۴,۵,۶]. برای رفع این محدودیت ها، دولت ها و شرکت ها در حال بررسی پتانسیل تحرک هوایی شهری (UAM) با استفاده از هواپیماهای برخاست و فرود عمودی (eVTOL) هستند. [۷].
هواپیمای eVTOL قابلیت‌های بالابر عمودی هلیکوپترها را با عملکرد کروز کارآمد هواپیماهای بال ثابت ترکیب می‌کند و امکان رفت‌وآمد هوایی شهری انعطاف‌پذیر و کارآمد را فراهم می‌کند. [۸]. این خودروها از رانش بردار الکتریکی برای برخاستن و فرود عمودی و همچنین انتقال از رانش عمودی به افقی استفاده می کنند. [۹]. توسعه فناوری eVTOL با پیشرفت در پیشرانه الکتریکی توزیع شده، باتری ها و سیستم های اتوماسیون هدایت می شود. در حال حاضر، بیش از ۲۰۰ شرکت در سراسر جهان در حال کار بر روی توسعه وسایل نقلیه eVTOL برای حمل و نقل مسافر هستند که اغلب به عنوان UAM یا تحرک هوایی پیشرفته (AAM) شناخته می شود. [۷].
پذیرش eVTOL به عنوان یک روش حمل و نقل نوظهور مزایای متعددی نسبت به حمل و نقل زمینی سنتی دارد، از جمله کاهش زمان سفر، زیرساخت های کمتر مورد نیاز، افزایش ایمنی سفر، بهبود جریان استعدادها، و مزایای عملیاتی. [۱۰]. هواپیماهای eVTOL می‌توانند مسیرهای کوتاه‌تر و انعطاف‌پذیرتری را در شبکه‌های پیچیده ترافیک هوایی شهری انتخاب کنند که در سطوح مختلف برای کاهش ازدحام، کاهش تأخیرها و اطمینان از رسیدن به موقع عمل می‌کنند. شکل ۱ تغییرات اصلی در حمل و نقل شهری بین سن ترافیک فعلی و عصر eVTOL را خلاصه می کند.
با این حال، استقرار و پذیرش eVTOL برای UAM با چندین موانع و چالش‌های بالقوه مواجه است. این فناوری به طور کامل تأیید نشده است، و هواپیماهای eVTOL در صورت از دست دادن قدرت، نمی توانند بچرخند [۱۱]. علاوه بر این، محدودیت های ظرفیت باتری منجر به برد و استقامت کمتر و همچنین ظرفیت بار کمتر می شود [۱۱]. در حالی که فناوری eVTOL به دلیل فناوری پیشرانه الکتریکی توزیع شده، پتانسیل کاهش هزینه های طراحی، ساخت و بهره برداری را دارد، توسعه آن به دلیل سطح فعلی فناوری باتری و محیط کاربردی محدود شده است. [۱۱].

این مطالعه به سوالات تحقیق زیر می پردازد. RQ1: تأثیر بالقوه eVTOL در مقایسه با هلیکوپترها و تاکسی‌های خودرویی در حمل و نقل شهری در آینده چگونه است؟ RQ2: ویژگی‌های پیکربندی‌های eVTOL موجود چیست و چگونه می‌توانیم یک مدل و سیستم را با غربالگری با توجه به این ویژگی‌ها ایجاد کنیم؟ RQ3: با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی و مفروضات واقعی در مورد مقادیر پارامتر، چگونه می‌توانیم یک تحلیل کمی از امکان‌سنجی اقتصادی eVTOL بر اساس معادلات نرخ بازگشت سرمایه (ROI) ایجاد کنیم؟

گردش کار مطالعه در نشان داده شده است شکل ۲.
ساختار باقی مانده این مطالعه به شرح زیر است: بخش ۲ درباره کار مرتبط و تفاوت کار ما بحث می کند. بخش ۳ مدل و نتایج را ارائه می دهد که عمدتاً بر تعیین حداکثر برد و قیمت برخاست و فرود تمرکز دارد. بخش ۴ پیامدهای یافته ها را مورد بحث قرار می دهد. سرانجام، بخش ۵ تحقیق را با نتیجه گیری خلاصه می کند.

۲٫ بررسی ادبیات

۲٫۱٫ ایجاد یک سیستم حمل و نقل جدید در فضای بالای شهری

ایجاد یک سیستم حمل و نقل جدید در فضای بالای شهری نویدبخش رسیدگی به چالش های عمده حمل و نقل شهری است. با توجه به انقلاب تحرک، حمل و نقل شهری با مسائلی مانند کاهش انتشار، ازدحام و آلودگی صوتی مواجه است. در حالی که جایگزین های وسایل نقلیه جاده ای، مانند سیستم های مترو [۲,۱۲] و دوچرخه های مشترک [۱۳,۱۴]و بهینه سازی عملیات وسایل نقلیه جاده ای موجود از طریق سیستم های سیگنال راهنمایی هوشمند [۱۵,۱۶] پیشنهاد شده است، این راه حل های زمینی به دلیل اشباع فضاهای سطح شهری و زیرزمینی با محدودیت هایی مواجه هستند. [۱,۶]. مطالعات اندکی اساساً محدودیت های فضای حمل و نقل زمینی را حل می کنند. بنابراین، استفاده از فضای جدید در آسمان شهری از طریق فناوری حمل و نقل مدرن، به ویژه هواپیماهای برخاست و فرود عمودی الکتریکی (eVTOL)، یک رویکرد امیدوارکننده برای ایجاد یک سیستم حمل و نقل فضای شهری بالا است.

۲٫۲٫ اثر بالقوه eVTOL

سؤالات مربوط به اثر کاربردی واقعی، موانع بالقوه، و محدودیت های اقتصادی و فنی eVTOL همچنان باید بررسی شود. [۱۷,۱۸,۱۹]. مطالعات نشان داده‌اند که پتانسیل تحرک هوایی شهری (UAM) برای بهبود شرایط سفر در مناطق شهری با زیرساخت‌های جاده‌ای گسترده و شبکه‌های حمل‌ونقل عمومی محدود است، اما می‌تواند مزایای بیشتری را در مناطق خاصی مانند کوهستانی، جزیره‌ای و شهری پرجمعیت ارائه دهد. مناطق تجمع [۲۰,۲۱]. علاوه بر این، معرفی UAM ممکن است منجر به منافع رفاهی برای خانوارهای با درآمد بالا شود، اما خسارات رفاهی برای خانوارهای کم مهارت را به همراه دارد. [۲۲,۲۳]. در حال حاضر، eVTOL یک مدل سفر شهری در حال توسعه است که بیشتر شبیه به یک سرویس سفارشی شده مشابه خدمات تاکسی سفارشی است. داده ها و ادبیات کافی برای این ادعا وجود ندارد که eVTOL می تواند فشار ترافیک شهری را کاهش دهد و تراکم ترافیک شهری را حل کند. [۲۴] (شکل ۳).

۲٫۳٫ کاربرد مهندسی و امکان سنجی اقتصادی

بیشتر متون امکان سنجی eVTOL را از منظر مهندسی تجزیه و تحلیل می کنند و ثابت می کنند که هواپیماهای eVTOL می توانند تحت شرایط فنی خاصی عمل کنند. [۲۵,۲۶,۲۷,۲۸,۲۹,۳۰,۳۱]. با این حال، امکان‌سنجی اقتصادی بر مدل‌سازی ریاضی متکی است [۳۲,۳۳,۳۴,۳۵,۳۶,۳۷,۳۸]. درک عمیق‌تر این پارامترها برای ترکیب امکان‌سنجی مهندسی با تحلیل هزینه-فایده و ارائه یک تحلیل اقتصادی دقیق‌تر و عینی‌تر مورد نیاز است. [۳۶].

۲٫۴٫ مدل سازی تنظیمات eVTOL

پیکربندی های eVTOL را می توان بر اساس ویژگی های بالابر طبقه بندی کرد [۳۹] یا زمان بازار، سرعت سفر و مسیرها [۱۰]. پیکربندی بهینه eVTOL به ماموریت بستگی دارد [۴۰]. در حالی که برخی تحقیقات پیکربندی‌های eVTOL را مدل‌سازی کرده‌اند، به دلیل روش‌های طبقه‌بندی غیریکنواخت، پیکربندی‌های مدل‌سازی شده محدود و داده‌های ناکافی، تحلیل‌ها به اندازه کافی جامع نیستند. برای درک واقعی پیکربندی‌های بهینه برای مأموریت‌های مختلف، مدل‌سازی جامع‌تری مورد نیاز است.

۲٫۵٫ مکانیزم های پرواز eVTOL

هواپیماهای eVTOL را می‌توان بر اساس مکانیسم‌های پروازی آن‌ها که توسط سازمان‌ها و محققان مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است، تشخیص داد. [۱۰,۳۶,۳۹]. در آینده، هواپیماهای eVTOL می توانند ماموریت های حمل و نقل درون شهری و شهر به شهر را با ویژگی ها و رقبای متفاوت برای هر نوع ماموریت انجام دهند. [۱۰]. مقایسه بین حمل و نقل درون شهری eVTOL و گسترش و کاربرد آتی آن در حمل و نقل شهر به شهر را می توان به شرح زیر خلاصه کرد: میز ۱.
هواپیماهای eVTOL را می توان بر اساس پیکربندی آنها تشخیص داد. انجمن پرواز عمودی آمریکا (VFS) [39] و مشاوره پورشه [۱۰] پیکربندی‌های eVTOL را بر اساس مکانیسم‌های پروازشان تشخیص دهید. مجموعه کامل مکانیزم های پرواز توسط VFS، Porsche Consulting و Rajendran تجزیه و تحلیل شده است. [۳۶]. جدول ۲ چهار مکانیسم پرواز را مشخص و نشان می دهد.

۳٫ نتایج

۳٫۱٫ تعیین مجموع هزینه های عملیاتی و پشتیبانی

این مطالعه کل هزینه‌های عملیاتی و پشتیبانی (O&S) یک سرویس تاکسی هوایی را با استفاده از eVTOL بر اساس متریک کل هزینه در هر ساعت پرواز (CPFH) تعیین می‌کند که با تقسیم کل هزینه‌های O&S بر استفاده از هواپیما به دست می‌آید. [۲۳] و هزینه عملیات به صورت پارامتریک توسط Bell Helicopter Textron, Inc. [41] و Financhill [42]. مقوله های O&S در این مطالعه به دو بخش هدف مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شوند که بر اساس نتیجه طبقه بندی ارائه شده توسط ویلا [۴۳]. محرک های هزینه دسته هزینه عملیاتی مستقیم سوخت (برای eVTOL، برق است)، تعمیر و نگهداری، مالکیت یا اجاره هواپیما، هزینه فرود و بیمه هواپیما است. هزینه های بودجه بندی شده در دسته غیرمستقیم شامل هزینه های متحمل شده توسط شرکت هواپیمایی است که به طور مستقیم به فعالیت های پرواز مربوط نمی شود، اما هزینه هایی که همچنان باید برای اطمینان از موفقیت و سودآوری پرداخت شود. [۴۳]. این هزینه ها شامل بازاریابی، کارکنان زمینی در فرودگاه های خدمات رسانی و سایر هزینه های اداری است. شکل ۴ مقوله های O&S را نشان می دهد که در این مطالعه مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

۳٫۲٫ مدلسازی درآمد عمومی و هزینه عملیاتی

هدف پژوهشی ارزیابی اقتصادی در این مطالعه، تحرک هوایی درون شهری (برد ماموریت تک پروازی تقریباً ۲۰ تا ۵۰ کیلومتر) با استفاده از eVTOL است. در مورد حمل و نقل شهر به شهر (محدوده ماموریت تک پرواز تقریباً ۱۰۰ تا ۴۰۰ کیلومتر است) eVTOL، در محدوده این ارزیابی در نظر گرفته نمی شود. نرخ بازگشت سرمایه (ROI) به نسبت کل درآمد خالص طرح سرمایه گذاری در یک سال عادی پس از رسیدن به ظرفیت تولید طراحی شده معین به کل سرمایه گذاری طرح اشاره دارد. این یک شاخص ثابت برای ارزیابی سودآوری یک طرح سرمایه گذاری است که نشان دهنده درآمد خالص سالانه ایجاد شده توسط سرمایه گذاری واحد در سال های تولید عادی طرح سرمایه گذاری است.

در این مطالعه، امکان‌سنجی اقتصادی به همان مقدار پولی اطلاق می‌شود که نرخ بازده سرمایه‌گذاری در سرویس تاکسی هوایی بالاتر از نرخ بازده خدمات پس‌انداز در سرمایه‌گذاری مستقیم پول در اوراق قرضه دولتی بدون ریسک باشد. آنگاه اساساً می تواند ثابت کند که سرویس تاکسی هوایی سودآور است، یعنی از نظر اقتصادی امکان پذیر است.

مدل نرخ سود بازگشت سرمایه در یک سرویس تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL بر اساس معادلات نرخ بازگشت سرمایه در اقتصاد همانطور که در رابطه (۱) نشان داده شده است، است.

اوه ه V تی O L = r ه v ه n تو ه ه V تی O L سی o س تی D من r ج تی سی o س تی من n د من r ه ج تی سی o س تی تی o تی آ ل × ۱۰۰ % .

در معادله، اوه ه V تی O L ارزش ROI یک سرویس تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL است. سی o س تی D من r ه ج تی O&S مستقیم یک سرویس تاکسی هوایی با استفاده از eVTOL است. سی o س تی من n د من r ه ج تی O&S غیرمستقیم یک سرویس تاکسی هوایی با استفاده از eVTOL است. سی o س تی تی o تی آ ل کل هزینه سرمایه گذاری در سرویس تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL است. و r ه v ه n تو ه ه V تی O L درآمد عملیاتی خدمات تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL است.

سرویس تاکسی هوایی (ATS) یک حالت حمل و نقل هوایی بر اساس تقاضا برای یک مسافر یا گروه کوچکی از مسافران است که هدف آن تغییر روش رفت و آمدهای روزمره است. [۳۶]. نقشی که هواپیماهای eVTOL ایفا می کنند شبیه به سرویس تاکسی زمینی سنتی است. با این حال، از آنجایی که هواپیمای eVTOL هنوز در مرحله آزمایش اولیه است، تنها در محدوده کوچکی در برخی از نمایشگاه های هوایی بزرگ و مناطق خاص آزمایش شده است و به صورت تجاری مورد استفاده قرار نگرفته است.
در نتیجه، پیش بینی مستقیم ارزش بسیار دشوار است r ه v ه n تو ه ه V تی O L با استفاده از داده های عملیاتی هواپیمای eVTOL. بنابراین باید از روش های جایگزین برای تحلیل در پیش بینی استفاده کرد.

r ه v ه n تو ه ه V تی O L = ل دبلیو م پ ،

جایی که

م پ = پ r من ج ه ه V تی O L پ r من ج ه ج آ r ،

ل = اف ل o w من من = ۱ n اف ل o w من ،

ل نسبت جریان مسافر راه آهن پرسرعت به کل جریان مسافر راه آهن بین دو نقطه است. W کل درآمد خدمات تاکسی زمینی در محدوده معینی است. م پ نسبت قیمت یک سرویس eVTOL در هر پرواز به قیمت یک سرویس تاکسی خودرو در هر سفر است. پ r من ج ه ه V تی O L قیمت eVTOL در هر کیلومتر است. و پ r من ج ه ج آ r قیمت تاکسی خودرو در هر کیلومتر است.

سی o س تی تو پ f r o n تی = سی o س تی v ه ساعت من ج ل ه + سی o س تی من n f r آ س تی r تو ج تی تو r ه ،

سی o س تی v ه ساعت من ج ل ه آیا پولی که برای خرید یا اجاره هواپیمای eVTOL و قطعات یدکی منطبق با آنها صرف شده است. سی o س تی من n f r آ س تی r تو ج تی تو r ه هزینه کل توسعه زیرساخت برای سرمایه گذاری در سرویس تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL است. و سی o س تی تو پ f r o n تی سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز برای تکمیل خدمات تاکسی هوایی است.

به طور خاص، مطالعه تعریف می کند سی o س تی D من r ه ج تی و سی o س تی من n د من r ه ج تی به چندین دسته برای پردازش بعدی بر اساس طبقه بندی شکل ۴. مدل در آنجا تبدیل به دو نسخه می شود.

۳٫۲٫۱٫ مدل نسخه ۱

مدل نسخه ۱ بر اساس داده های خاص پیکربندی eVTOL است و معادله مدل در زیر نشان داده شده است:

سی o س تی تو پ f r o n تی = سی o س تی v ه ساعت من ج ل ه + سی o س تی من n f r آ س تی r تو ج تی تو r ه ،

در معادله (۶) سی o س تی D من r ه ج تی توسط سی o س تی اف ل من g ساعت تی . سی o س تی اف ل من g ساعت تی O&S مستقیم پروازهای eVTOL در یک دوره است. سی o س تی من n د من r ه ج تی به عنوان سه مقوله هدف در این پژوهش در نظر گرفته شده است که عبارتند از سی o س تی سی r ه w ، سی o س تی ب آ تی تی ه r y ، و سی o س تی D ه پ r ه ج من آ تی من o n . سی o س تی D ه پ r ه ج من آ تی من o n کل هزینه استهلاک کل ناوگان خودرو است. سی o س تی سی r ه w مجموع دستمزد خدمه زمینی eVTOL در یک دوره است. و سی o س تی ب آ تی تی ه r y هزینه اکتساب باتری باتری‌های معمولی eVTOL برای برآوردن نیازهای مأموریت‌های پرواز در یک دوره است.

با توجه به سی o س تی اف ل من g ساعت تی ، MIT16.887-EM.427 [35] مدل ریاضی خاصی را بر اساس معادله برد Breguet ایجاد کرد. این مدل رابطه بین هزینه هر ساعت دستمزد خدمه پشتیبانی از خدمات تاکسی هوایی، هزینه واحد مستهلک شده و هزینه انرژی پرواز را در نظر می گیرد و شکل خاص در معادله (۷) نشان داده شده است.

سی o س تی اف ل من g ساعت تی = سی o س تی v ه ساعت من ج ل ه n ل من f ه تی من متر ه f ل من g ساعت تی س + سی o س تی ج r ه w / ساعت r ( تی تی آ ک ه o f f + تی ل آ n د من n g + V ج r تو من س ه آر تی r من پ ) + سی o س تی ه n ه r g y E f ل من g ساعت تی ،

جایی که

E f ل من g ساعت تی = تی ۳ تی من ۲ r آ [ t t a k e o f f + t l a n d i n g + R η t o t a l ۱ g L D m b a t t e r y m t o t a l ] ،

در دو معادله بالا، E f ل من g ساعت تی مصرف انرژی خاص سیستم باتری است، را تی o تی آ ل راندمان کلی است، L برابر است با لیفت، D برابر است با کش، m جرم است، تی رانش است، تی من بسته به نوع پیشرانه یک فاکتور پوسته پوسته شدن است، r چگالی هوا است و آ ناحیه محرک دیسک است.

معادله (۱) نرخ بازگشت سرمایه با استفاده از eVTOL را بیان می‌کند، سپس معادلات (۲) – (۷) را به معادله نرخ بازگشت سرمایه اولیه (۱) جایگزین می‌کنیم و می‌توان آن را تبدیل به

اوه ه V تی O L = ل دبلیو م پ سی o س تی اف ل من g ساعت تی سی o س تی سی r ه w سی o س تی ب آ تی تی ه r y سی o س تی D ه پ r ه ج من آ تی من o n سی o س تی تی o تی آ ل × ۱۰۰ %

۳٫۲٫۲٫ مدل نسخه ۲

از آنجایی که هواپیماهای eVTOL فقط در نمایشگاه‌های بین‌المللی هوانوردی و در مناطق جداگانه آزمایش شده‌اند، هیچ سابقه واقعی برای عملیات تجاری واقعی وجود ندارد و به‌دست آوردن مستقیم داده‌های خاص پیکربندی‌های خاص eVTOL دشوار است. خوشبختانه، O&S مستقیم قبلاً توسط گزارش های دیگر برآورد شده است.

بنابراین، مدل نسخه ۲ را می توان در زیر نشان داد.

اوه ه V تی O L = ل دبلیو م پ سی o س تی D من r ه ج تی سی o س تی سی r ه w سی o س تی ب آ تی تی ه r y سی o س تی D ه پ r ه ج من آ تی من o n سی o س تی تی o تی آ ل × ۱۰۰ %

جایی که

م پ = پ r من ج ه ه V تی O L پ r من ج ه ج آ r ،

ل = اف ل o w من من = ۱ n اف ل o w من ،

سی o س تی تی o تی آ ل = سی o س تی تو پ f r o n تی + سی o س تی اف ل من g ساعت تی + سی o س تی سی r ه w + سی o س تی ب آ تی تی ه r y + سی o س تی D ه پ r ه ج من آ تی من o n .

در معادله (۱۰) سی o س تی D من r ه ج تی O&S مستقیم یک سرویس تاکسی هوایی با استفاده از eVTOL است. پارامترهای سی o س تی سی r ه w ، سی o س تی ب آ تی تی ه r y ، و سی o س تی D ه پ r ه ج من آ تی من o n همان معنای معادله (۶) را دارند.

۳٫۳٫ پردازش مدل

از آنجایی که این مطالعه فاقد داده های پیکربندی خاص eVTOL مورد نیاز برای محاسبه معادلات (۷) و (۸) است، از مدل نسخه ۲ برای پردازش در این بخش استفاده می شود.

۳٫۳٫۱٫ برآورد درآمد

این مطالعه منطقه آمریکای شمالی را انتخاب خواهد کرد، جایی که اوبر دارای گسترده‌ترین تراکم پوشش تجاری و بالغ‌ترین مدل خدمات است. [۴۴]، به عنوان مثال برای محاسبه.
درآمد اوبر در آمریکای شمالی ۲٫۱۴۲ میلیارد دلار در سه ماهه اول سال ۲۰۲۰ بود [۴۵]. طبق آمار در وب سایت رسمی اوبر، ۲۸۹ شهر در ایالات متحده و کانادا توسط اوبر ارائه می شود. از آنجایی که درآمد عملیاتی یک شهر خاص پیدا نشده است، این مطالعه از میانگین درآمد عملیاتی منطقه آمریکای شمالی برای محاسبه استفاده خواهد کرد: متوسط ​​درآمد عملیاتی ۷،۴۰۰،۰۰۰ دلار آمریکا است. [۴۶]. نسبت درآمد حاصل از درآمد خدمات اشتراک سواری (۲۴۷۵۰۰۰ دلار آمریکا) به عنوان درصدی از کل درآمد (۳۵۴۳۰۰۰ دلار آمریکا) ۷۶ درصد محاسبه شد. بنابراین، در یک شهر در منطقه آمریکای شمالی، درآمد حاصل از این سرویس اشتراک سواری با نسبت ۵,۶۲۴,۰۰۰ دلار در یک چهارم محاسبه می شود.
قیمت UAM شامل هزینه کیلومتر از ۱٫۷۵ یورو در کیلومتر تا ۵٫۰۰ یورو در کیلومتر است. [۴۷]. نزدیک به ۱۵٪ از پاسخ دهندگان همیشه eVTOL را در بخش ترجیحات اعلام شده در نظرسنجی از ۲۵۰۰ مسافر ساکن و کار در آتلانتا، بوستون، دالاس-فوت، انتخاب کردند. مناطق ورث، سانفرانسیسکو و لس آنجلس [۱۸]، که نشان می دهد درآمدی که باید محاسبه شود یک برآورد محافظه کارانه است. جدول ۳ می توان با ترکیب اطلاعات و داده های فوق به دست آورد.
با توجه به داده ها و اطلاعات موجود در جدول ۲ و جدول ۳با استفاده از معادله (۲)، r ه v ه n تو ه ه V تی O L را می توان به صورت زیر محاسبه کرد

r ه v ه n تو ه ه V تی O L = ل دبلیو م پ = ۱۵ % × $ ۵٫۶۲۴ × ۱۰ ۶ × $ ۵٫۱ $ ۳٫۷ = $ ۱ ، ۱۶۲ ، ۸۰۰

۳٫۳٫۲٫ تخمین O&S

برای این ارزیابی، سرمایه گذاری اولیه سرویس تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL 1200000 دلار در نظر گرفته شد. [۳۵]. تکرارپذیری پروازها برای به حداکثر رساندن توان و سود قابل توجه خواهد بود و وسیله نقلیه باید بتواند به طور مداوم حداقل به مدت ۳ ساعت در حالی که مأموریت های ۲۵ مایلی (حدود ۴۰ کیلومتر) را در حالت پایان عمر باتری پرواز می کند، کار کند. رسیدن به ۱۰ برابر ماموریت ها [۴۵]. بر اساس الزامات پروازی ماموریت، eVTOL می تواند چندین ماموریت پروازی را در یک دوره زمانی مشخص انجام دهد. این مطالعه فرض می‌کند که eVTOL الزامات ماموریت را برای ۱۸ ساعت برآورده می‌کند (۶ ساعت دیگر برای تعمیرات اساسی و نگهداری روزانه است) و تعداد تجمعی پرواز در روز ۶۰ پرواز است. نشان داده شده است شکل ۵.
ترکیب نمودار از شکل ۵ و الزامات پرواز ماموریت [۴۵]، تخصیص زمان برای یک مأموریت پرواز کروز معمولی را می توان در خلاصه کرد جدول ۴.
مطابق با جدول ۴خدمه زمینی در تمام دوره های ماموریت به جز دوره کروز مشغول به کار هستند که زمان کار ماموریت ۹ دقیقه می باشد. دستمزد ساعتی برای اپراتور eVTOL ثابت ۱۵۰ دلار در نظر گرفته شده است [۲۳].
سی o س تی D من r ه ج تی قبلاً تخمین زده شده است، و در آغاز صنعت، هزینه سفر با هواپیمای eVTOL در مناطق شهری احتمالاً بیشتر از ۲٫۵ دلار در کیلومتر است. [۴۹].
همانطور که برای سی o س تی D ه پ r ه ج من آ تی من o n استهلاک خودرو ۱۰ درصد از ارزش دارایی کل ناوگان خودرو ثابت در نظر گرفته شد. [۲۴]. هیچ هزینه استهلاک دیگری مدلسازی نشد.
همانطور که برای سی o س تی ب آ تی تی ه r y ، هزینه خرید باتری بر اساس رتبه بندی ۱۴۰ کیلووات ساعت برای یک هواپیمای معمولی eVTOL در Uber Elevate [24] برای باتری‌ها ۴۰۰ دلار در کیلووات ساعت با کاهش ۴ درصدی هزینه در بازه زمانی سال به سال قیمت گذاری شده است. با توجه به محدودیت حداکثر برد هواپیمای eVTOL، برای انجام ماموریت پروازی، باتری باید تعویض شود تا از تکرارپذیری ماموریت های پروازی اطمینان حاصل شود. بنابراین، این مطالعه تعداد اضافی باتری ها را برای برآورده کردن الزامات ماموریت های پروازی محاسبه می کند و معادله محاسبه در زیر نشان داده شده است:

ن = ۴۰۰ آر آ n g ه ه V تی O L آر آ n g ه م من س س من o n ،

یادداشت:

هواپیمای eVTOL 10 ماموریت را انجام می دهد تا ۴۰۰ کیلومتر را در عرض ۳ ساعت به پایان برساند.

N تعداد اضافی باتری برای برآورده کردن الزامات ماموریت های پروازی است (نتایج گرد شده است). آر آ n g ه ه V تی O L حداکثر محدوده پیکربندی های مختلف eVTOL است. و آر آ n g ه م من س س من o n برد پرواز در هر ماموریت (۴۰ کیلومتر) است. مقدار محاسبه شده در این ارزیابی تعداد تجمعی پروازها در یک چهارم eVTOL است.

۳٫۴٫ حداکثر سفر مکانیزم های پرواز eVTOL

سفر پرواز در هر ماموریت یک پارامتر مهم در مدل ریاضی است. بنابراین، این مطالعه از حداکثر سفر پیکربندی‌های eVTOL به عنوان یک پارامتر متغیر برای تجزیه و تحلیل وضعیت پذیرش سه مکانیسم پرواز eVTOL استفاده می‌کند و داده‌های سفر واقعی جمع‌آوری‌شده از جدول ۳ به معادله (۱۰) برای به دست آوردن نتایج محاسبات. همانطور که قبلاً در محاسبات اولیه مدل توضیح داده شد (بخش ۳٫۳، سایر مقادیر پارامتر به همان مقدار باقی می مانند.
شکل ۶ نمودار پراکندگی را با ROI به عنوان محور افقی و سفر (بر حسب کیلومتر) به عنوان محور عمودی ارائه می دهد. تجزیه و تحلیل رگرسیون نمایی و خطی بر روی نمودار پراکندگی برای بررسی رابطه بین ROI و حداکثر سفر پیکربندی‌های مختلف eVTOL انجام شد.
بر اساس تجزیه و تحلیل از شکل ۶، نتایج زیر را می توان گرفت:
(۱)

نتایج مدل‌سازی در ابتدا نشان می‌دهد که یک سرویس تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL می‌تواند پس از عملیات تجاری سودآور باشد. بازده سرمایه گذاری قابل توجه است، با بازده تخمینی حدود ۰٫۸٪ در سه ماهه و ۳٫۲٪ در یک سال.

(۲)

برای پیکربندی‌های رانش بردار و بالابر و کروز، محدوده متوسط ​​ROI بیشتر از صفر را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده سودآوری است. مکانیسم بالابر و کروز عملکرد بسیار خوبی را در عملیات تجاری نشان می دهد. ROI تخمینی برای رانش بردار ۰٫۳ درصد در سه ماهه و ۱٫۲ درصد در سال است، در حالی که برای لیفت و کروز، ۴٫۶ درصد در سه ماهه و ۱۸٫۴ درصد در سال است. برای این پیکربندی‌ها، فناوری شارژ سریع باتری می‌تواند برای بهبود کارایی عملیات پرواز استفاده شود.

(۳)

برای پیکربندی های چند کوپتر و تک کوپتر، ROI کمتر از صفر است که نشان دهنده عدم سودآوری است. محدوده سفر پیکربندی مولتی کوپتر eVTOL بین ۳۰ تا ۵۵ کیلومتر است. برای ادامه ۴۰ کیلومتر در هر ماموریت پروازی برای مولتی کوپترها، فناوری تعویض باتری باید بعد از هر پرواز اجرا شود.

این یافته‌ها بینش‌های ارزشمندی را درباره امکان‌سنجی اقتصادی پیکربندی‌های مختلف eVTOL و پتانسیل آن‌ها برای پذیرش در خدمات تاکسی هوایی شهری ارائه می‌دهد. با این حال، توجه به این نکته مهم است که این نتایج بر اساس مدل‌سازی اولیه هستند و ممکن است بسته به زمینه‌های عملیاتی خاص و پیشرفت‌های فناوری، تغییراتی داشته باشند.

۳٫۵٫ قیمت eVTOL در هر کیلومتر

در این مطالعه، قیمت eVTOL در هر کیلومتر به طور مستقیم بر پارامتر تأثیر می گذارد r ه v ه n تو ه ه V تی O L از مدل همانطور که قبلاً در محاسبات اولیه مدل توضیح داده شد (بخش ۳٫۳) پ r من ج ه سی آ r مقدار را در این بخش ۳ USD/km می گیرد و سایر مقادیر پارامتر ثابت می مانند. بنابراین، این مطالعه از ۱٫۸ USD/km تا ۵٫۱ USD/km به‌عنوان مقادیر دامنه متغیر، حساسیت مدل را برای به دست آوردن مقادیر برد استفاده می‌کند. r ه v ه n تو ه ه V تی O L .
این مطالعه ROI را به عنوان محور مختصات افقی و قیمت eVTOL در هر کیلومتر را به عنوان محور مختصات عمودی برای ایجاد نمودار پراکندگی در نظر می‌گیرد و سپس تجزیه و تحلیل خطی را بر روی نمودار پراکندگی انجام می‌دهد تا به دست آید. شکل ۷.
پس از تجزیه و تحلیل شکل ۷، با افزایش قیمت eVTOL در هر کیلومتر، ROI در حال افزایش است. وقتی قیمت بیشتر از ۴٫۱ دلار در کیلومتر است، خدمات تاکسی هوایی شروع به سود می کند (ROI > 0). در همین حال، زمانی که قیمت کمتر از ۴ دلار در کیلومتر است، سرویس تاکسی هوایی اساساً سودی ندارد یا حتی ضرر دارد (ROI < 0).

۴٫ بحث

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که سرمایه‌گذاری در خدمات تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL می‌تواند سودآور باشد، با نرخ بازگشت سرمایه تخمینی ۰٫۸ درصد در یک چهارم و ۳٫۲ درصد در سال برای میانگین دامنه همه پیکربندی‌های eVTOL در حال حاضر در بازار هوانوردی الکتریکی در سال. یک شهر آمریکای شمالی این یافته با مطالعات قبلی مطابقت دارد که نشان می دهد UAM می تواند بر رفاه خانوارها در شهرها تأثیر مثبت بگذارد [۲۲] و جذب سرمایه گذارانی با بازدهی جذاب سرمایه گذاری در زیرساخت ها [۲۸,۳۷,۳۸]. با این حال، توجه به این نکته مهم است که ROI تخمین زده شده در این مطالعه ممکن است به دلیل چندین عامل بیشتر از آن چیزی باشد که می توان به طور واقعی به دست آورد.
اولاً، فرض سهم بازار ۷۰ درصد برای شرکت‌های پیشرو سواری مانند اوبر [۴۴] ممکن است منجر به کاهش ارزش تخمین درآمد در معادله (۱۱) شود. فرض محافظه‌کارانه‌تر سهم بازار می‌تواند مبنای قابل اعتمادتری برای محاسبه درآمد فراهم کند. بعلاوه، همانطور که در معادله (۱۱) تخمین زده می شود، حداقل نرخ پذیرش eVTOL 15% در میان مصرف کنندگان وجود دارد. تحقیقات آتی باید طیفی از سهم بازار و سناریوهای نرخ پذیرش را برای ارزیابی حساسیت برآوردهای سودآوری در بر گیرد.

ثانیا، جامعیت حسابداری بهای تمام شده در این مطالعه می تواند بیشتر بهبود یابد. در حالی که کمترین تخمین ۲٫۵ دلار در کیلومتر استفاده می شود، هزینه خط ترافیک هوایی، استفاده از فضا، و هزینه های عملیاتی که خدمات تاکسی هوایی باید به بخش های مربوطه بپردازند در نظر گرفته نمی شود، که می تواند بخش قابل توجهی از هزینه های عملیاتی آینده باشد. علاوه بر این، مالیات های مربوطه در این مطالعه لحاظ نشده است. ساختار هزینه فراگیرتر، همانطور که در کارهای دیگر نشان داده شده است، قابلیت اطمینان ارزیابی سودآوری را افزایش می دهد. تحقیقات آتی همچنین باید تأثیر بالقوه هزینه‌های تأمین مالی، مانند بهره وام بانکی، بر امکان‌سنجی اقتصادی کلی خدمات تاکسی هوایی eVTOL را بررسی کند.

علی رغم این محدودیت ها، این مطالعه کمک های ارزشمندی به درک اقتصاد eVTOL و امکان سنجی UAM می کند. چارچوب ارزیابی عمومی ساخته شده و شناسایی پارامترهای کلیدی، مانند حداکثر سفر و قیمت در هر کیلومتر، پایه محکمی برای تحقیقات آینده فراهم می کند. چشم انداز سودآوری آشکار شده در این مطالعه، اگرچه مقدماتی است، اما بینش های مهمی را برای دست اندرکاران صنعت و سیاست گذاران علاقه مند به توسعه eVTOL و UAM ارائه می دهد.

برای پیشبرد بیشتر این حوزه تحقیقاتی، چندین جهت قابل پیگیری است. اولاً، با بلوغ فناوری eVTOL و شروع عملیات تجاری، مطالعات آینده باید به دست آوردن داده های تجربی در مورد درآمد، هزینه ها و ترجیحات مصرف کننده از خدمات تاکسی هوایی eVTOL در دنیای واقعی باشد. چنین داده هایی ارزیابی های اقتصادی دقیق تر و قابل اعتمادتری را امکان پذیر می کند. ثانیاً، تأثیرات خارجی پذیرش eVTOL، مانند تأثیرات بر شبکه‌های حمل‌ونقل شهری، پایداری زیست‌محیطی، و برابری اجتماعی، باید به‌طور کامل بررسی شود تا دیدگاهی جامع از مزایا و چالش‌های UAM ارائه شود. ثالثاً، سیاست و محیط نظارتی برای عملیات eVTOL باید از نزدیک مورد بررسی قرار گیرد تا موانع و عوامل بالقوه برای توسعه مقیاس پذیر و پایدار UAM شناسایی شود.

در نتیجه، این مطالعه بینش‌های ارزشمندی را در مورد پتانسیل سودآوری خدمات تاکسی هوایی eVTOL ارائه می‌کند، در حالی که نیاز به تحقیقات بیشتر برای اصلاح مدل‌های اقتصادی و رسیدگی به محدودیت‌های شناسایی‌شده را برجسته می‌کند. از آنجایی که فناوری eVTOL به پیشرفت خود ادامه می دهد، برای محققان، دست اندرکاران صنعت و سیاست گذاران بسیار مهم است که در ارزیابی تأثیرات جامع UAM و طراحی استراتژی هایی برای ادغام پایدار و عادلانه آن در سیستم های حمل و نقل شهری همکاری کنند.

۵٫ نتیجه گیری ها

این مطالعه به بررسی امکان‌سنجی اقتصادی خدمات تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL با استفاده از مدل‌سازی درآمد عمومی و هزینه عملیاتی بر اساس مفروضات ارزش پارامتر واقعی می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهد که سرمایه‌گذاری در خدمات تاکسی هوایی eVTOL می‌تواند سودآور باشد، با بازگشت سرمایه تخمینی ۰٫۸٪ در یک چهارم و ۳٫۲٪ در سال برای محدوده متوسط ​​همه پیکربندی‌های eVTOL در حال حاضر در بازار هوانوردی الکتریکی در یکی از شهرهای آمریکای شمالی.

هدف اصلی این مطالعه ساختن یک چارچوب ارزیابی امکان‌سنجی فنی-اقتصادی عمومی و پارادایم تجزیه و تحلیل است که پایه و اساس تحقیقات بعدی را ایجاد می‌کند. این چارچوب عوامل کلیدی مؤثر بر امکان‌سنجی اقتصادی eVTOL، مانند هزینه‌های عملیاتی، تخمین درآمد، بازگشت سرمایه و غیره را پوشش می‌دهد و روش‌های محاسبه و تنظیمات پارامتر مربوطه را پیشنهاد می‌کند. این یک رویکرد تحلیلی و راهنمایی عملیاتی برای شهرهای مختلف برای انجام تحقیقات تجربی فراهم می کند.

این یافته ها به بدنه رو به رشد ادبیات در مورد تأثیر بالقوه UAM بر حمل و نقل شهری و رفاه خانوار کمک می کند. با این حال، این مطالعه چندین محدودیت را نیز شناسایی می‌کند، مانند فقدان داده‌های درآمد واقعی از عملیات تجاری eVTOL، مفروضات خوش‌بینانه در مورد سهم بازار و ترجیحات مصرف‌کننده، و حذف برخی هزینه‌های عملیاتی و مالیات از محاسبات.

در آینده، ما قصد داریم شهرهای معمولی را برای مطالعات موردی انتخاب کنیم، داده‌های عملیاتی واقعی را جمع‌آوری کنیم، و مدل را کالیبره و بهینه کنیم. ما ویژگی‌های انواع مختلف شهرها را در نظر خواهیم گرفت، تحلیل‌های مقایسه‌ای انجام می‌دهیم، و پتانسیل کاربردی و محدودیت‌های خدمات تاکسی هوایی eVTOL را در سناریوهای مختلف بررسی می‌کنیم. ما همچنین به طور مداوم آخرین پیشرفت ها در فناوری eVTOL را دنبال می کنیم و چارچوب تجزیه و تحلیل را به موقع به روز می کنیم و گسترش می دهیم.

تحقیقات آینده باید بر روی دستیابی به اطلاعات درآمد دقیق تر از سازندگان خاص و پیکربندی های هواپیمای eVTOL که در تنظیمات دنیای واقعی کار می کنند، و همچنین ترکیب گسترده تری از هزینه های عملیاتی و ملاحظات مالی تمرکز کند. علاوه بر این، تأثیر UAM بر شبکه‌های حمل‌ونقل شهری، رفاه خانوار و عدالت اجتماعی باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد تا مزایای بالقوه و چالش‌های پذیرش گسترده eVTOL درک شود.

ما بر این باوریم که از طریق ترکیب ارگانیک ساخت چارچوب و تحقیقات تجربی، غنی‌سازی و بهبود مستمر مطالعه امکان‌سنجی اقتصادی eVTOL، می‌توانیم مراجع تصمیم‌گیری هدفمندتر و عملی‌تری را برای صنعت ارائه کنیم و کاربرد نوآورانه eVTOL را در حمل‌ونقل شهری ترویج دهیم.

در نتیجه، در حالی که این مطالعه شواهدی را برای سودآوری بالقوه خدمات تاکسی هوایی با استفاده از هواپیمای eVTOL ارائه می‌کند، تحقیقات بیشتری برای اصلاح مدل‌های اقتصادی و رفع محدودیت‌های شناسایی‌شده مورد نیاز است. از آنجایی که فناوری eVTOL به توسعه و نزدیک شدن به قابلیت تجاری ادامه می دهد، ارزیابی دقیق پیامدهای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی آن برای اطمینان از ادغام پایدار و عادلانه UAM در سیستم های حمل و نقل شهری موجود بسیار مهم خواهد بود.

منبع:
۱- shahrsaz.ir , پایداری | متن کامل رایگان | ارزیابی برخاست و فرود عمودی الکتریکی برای خدمات تاکسی هوایی شهری: پارامترهای کلیدی و تأثیر حمل و نقل آینده
,۲۰۲۴-۰۶-۰۲ ۰۳:۳۰:۰۰
۲- https://www.mdpi.com/2071-1050/16/11/4732

به اشتراک بگذارید
تعداد دیدگاه : 0
  • دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تیم مدیریت در وب منتشر خواهد شد.
  • پیام هایی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.