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飞行汽车行业的现状与未来

发表时间:2022-01-12 15:21作者:通用航空来源:通航在线


       本文首发于《今日民航IFLY》杂志,转自 今日民航IFLY 微信公众号

飞行汽车行业的现状与未来


撰文/薛傅龙 赵立金

薛傅龙:清华大学车辆与运载学院

赵立金:中国汽车工程学会战略院


航空新能源动力是新一轮科技革命和产业变革的战略高地,而飞行汽车新能源动力则是发展航空新能源动力的主要抓手和突破口。


2021年8月,国际自动机工程师学会(SAE International)特邀我国首位莱特兄弟奖章获得者、清华大学通用航空技术研究中心主任张扬军教授牵头组织撰写的前沿交叉技术研究报告《Unsettled Topics Concerning Flying Cars for Urban Air Mobility》(编者注:《UAM飞行汽车的待解决问题》)面向全球正式发布,与商业化报告不同,这份关于飞行汽车和城市空中交通的技术研究报告并没有一味“唱多”,而是客观分析飞行汽车的关键技术并指出其发展瓶颈等。本文以SAEEDGE研究报告(EPR2021011)为依据,结合行业现状分析飞行汽车发展的问题瓶颈并提出发展建议。


#01

行业受热捧,但发展困境难破局

       近年来,参与飞行汽车研发的企业数量骤增,资本纷纷涌入。2016年时,全球仅有六七种飞行汽车在研发,仅仅两年后的2018年,参与飞行汽车研发的企业就超过了70家,而截至2021年上半年,有超过200家企业或机构在研约420种型号的相关产品。布局飞行汽车行业的企业既有波音、空客等航空工业巨头,也有丰田、吉利等传统汽车厂家,还有亿航、小鹏等新兴科技企业,而特斯拉的最新动向更是成为飞行汽车行业紧盯的风向标。资本涌入是行业受热捧的重要表现,比如波音公司收购了航空技术公司Aurora Flight Sciences,并将与保时捷联手研发电动垂直起降飞行器(eVTOL);丰田公司投资了Joby Aviation和Sky Drive,吉利汽车则收购了美国Terrafugia并投资了德国Volocopoter,我国网络科技巨头腾讯也两次领投Lilium。

       但是,飞行汽车发展仍面临规则、技术和市场等多方面的困境。

       规则方面,飞行汽车的适航认证目前还没有明确的标准和规则,暂时借鉴通用航空器和地面汽车的标准都不能充分体现飞行汽车的特点,尽管低空飞行和地面驾驶都有各自的法规,但二者有效衔接并管理飞行汽车运营的机制并没有形成;

       技术方面,当前飞行汽车的续航和安全性能难于满足城市空中交通对运载工具的要求,现有动力电池的性能局限使得载荷低、航程短成为当前飞行汽车应用的主要瓶颈;低空智能驾驶的环境感知、决策与控制技术尚不成熟,导致天气及地形变化情景下的安全性往往不能保障。

       市场方面,飞行汽车运营所需的硬件和软件配套设施都非常缺乏,楼顶直升机坪数量太少且在充电维护和指挥控制方面与飞行汽车的需求不相匹配;运营商的资质及其盈利模式、顾客接受度及社区环境影响等还不成熟,目前世界各国都还没有实现飞行汽车的常态化运营;此外,“航线”如何划设、飞行程序怎样制定、事故责任如何规避和界定、空中安全监管和执法手段如何实施等一系列具体问题的研究才刚刚起步。

#02

前景有支撑,但关键技术待创新

       飞行汽车的发展前景是有客观的需求牵引和技术支撑。


       需求方面,城市交通拥堵是当今各大城市最普遍的难题,传统修高架桥和地下隧道等举措已难以有效解决城市拥堵的交通流网络化效应问题,直升机因噪音大、安全性有局限而应用场景有限;城市交通迫切需要通过飞行汽车,安全而环保的开发和利用城市低空的三维空间,从而实现立体智慧交通。

       技术方面,电动汽车和智能网联汽车的长足进步,为电动飞行汽车的发展做好了技术和产业储备;电动垂直起降飞行器(eVTOL)即电动飞行汽车的出现,使得高安全性和低噪音的城市空中交通成为可能;汽车电动化和智能化的发展将建立“陆空一体化”,航空电动化和智能化的发展将建立“空地一体化”,这两方面技术的发展必将为未来的立体智慧交通提供支撑。

       但是,飞行汽车要推广应用还需在平台构型、飞控驾驶和动力推进等关键技术上持续创新。

       平台构型方面,当今主流的垂直起降飞行汽车平台构型升阻比小、气动阻力大,导致载荷小、经济性差;未来,综合气动布局、结构轻量化和变构型升力体设计等高升阻比轻质结构平台,是飞行汽车总体设计的重要方向。飞控驾驶方面,从城市空中交通管理和飞行汽车规模化应用驾驶技能需求的角度,都要求飞行汽车应为智能无人驾驶;飞行汽车低空飞行时所面临的障碍环境没有地面复杂,但气象环境严重影响低空飞行安全性。

       动力推进方面,现有飞行汽车的动力主要是动力电池,针对新能源动力的研究创新相对较少,主要是对已有的技术和产品进行选型、系统集成和应用;当前动力系统功重比低、安全性差和经济性差,是飞行汽车动力推进的主要瓶颈。基于现有技术状态开展试运营和体验具有一定的风险,而一旦有事故发生,将对整个行业的健康发展产生不利影响。



#03

减碳是亮点,但间接影响更深远

       在我国积极推动“碳达峰、碳中和”的背景下,包括飞行汽车在内的交通等行业都越来越重视减排与脱碳。当前飞行汽车的主流形式是电动垂直起降飞行器(eVTOL),因此媒体和大众对飞行汽车的“绿色环保”有较多宣传,但飞行汽车减碳的主要效能并不仅仅体现在自身运营的电动化。近年来,交通运输领域碳排放占我国终端碳排放约10%~15%,而一个中等城市因交通拥堵而导致的碳排放,占地面交通碳排放的30%左右,大城市比例更高。飞行汽车直接运营在可预期的将来规模有限,但由飞行汽车带来的地面交通减碳效应将大幅降低整个交通运输行业的碳排放。
 


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