通用航空 飛行汽車 現狀與未來
字數:3424 閱讀:10分鐘
本文首發于《今日民航IFLY》雜志，轉自 今日民航IFLY 微信公衆号
飛行汽車行業的現狀與未來
撰文/薛傅龍 趙立金
薛傅龍：清華大學車輛與運載學院
趙立金：中國汽車工程學會戰略院
航空新能源動力是新一輪科技革命和産業變革的戰略高地，而飛行汽車新能源動力則是發展航空新能源動力的主要抓手和突破口。
2021年8月，國際自動機工程師學會（SAE International）特邀我國首位萊特兄弟獎章獲得者、清華大學通用航空技術研究中心主任張揚軍教授牽頭組織撰寫的前沿交叉技術研究報告《Unsettled Topics Concerning Flying Cars for Urban Air Mobility》（編者注：《UAM飛行汽車的待解決問題》）面向全球正式釋出，與商業化報告不同，這份關于飛行汽車和城市空中交通的技術研究報告并沒有一味“唱多”，而是客觀分析飛行汽車的關鍵技術并指出其發展瓶頸等。本文以SAEEDGE研究報告（EPR2021011）為依據，結合行業現狀分析飛行汽車發展的問題瓶頸并提出發展建議。
#01
行業受熱捧，但發展困境難破局
近年來，參與飛行汽車研發的企業數量驟增，資本紛紛湧入。2016年時，全球僅有六七種飛行汽車在研發，僅僅兩年後的2018年，參與飛行汽車研發的企業就超過了70家，而截至2021年上半年，有超過200家企業或機構在研約420種型号的相關産品。布局飛行汽車行業的企業既有波音、空客等航空工業巨頭，也有豐田、吉利等傳統汽車廠家，還有億航、小鵬等新興科技企業，而特斯拉的最新動向更是成為飛行汽車行業緊盯的風向标。資本湧入是行業受熱捧的重要表現，比如波音公司收購了航空技術公司Aurora Flight Sciences，并将與保時捷聯手研發電動垂直起降飛行器（eVTOL）；豐田公司投資了Joby Aviation和Sky Drive，吉利汽車則收購了美國Terrafugia并投資了德國Volocopoter，我國網絡科技巨頭騰訊也兩次領投Lilium。
但是，飛行汽車發展仍面臨規則、技術和市場等多方面的困境。
規則方面，飛行汽車的适航認證目前還沒有明确的标準和規則，暫時借鑒通用航空器和地面汽車的标準都不能充分展現飛行汽車的特點，盡管低空飛行和地面駕駛都有各自的法規，但二者有效銜接并管理飛行汽車營運的機制并沒有形成；
技術方面，目前飛行汽車的續航和安全性能難于滿足城市空中交通對運載工具的要求，現有動力電池的性能局限使得載荷低、航程短成為目前飛行汽車應用的主要瓶頸；低空智能駕駛的環境感覺、決策與控制技術尚不成熟，導緻天氣及地形變化情景下的安全性往往不能保障。
市場方面，飛行汽車營運所需的硬體和軟體配套設施都非常缺乏，樓頂直升機坪數量太少且在充電維護和指揮控制方面與飛行汽車的需求不相比對；營運商的資質及其盈利模式、顧客接受度及社群環境影響等還不成熟，目前世界各國都還沒有實作飛行汽車的常态化營運；此外，“航線”如何劃設、飛行程式怎樣制定、事故責任如何規避和界定、空中安全監管和執法手段如何實施等一系列具體問題的研究才剛剛起步。
#02
前景有支撐，但關鍵技術待創新
飛行汽車的發展前景是有客觀的需求牽引和技術支撐。
需求方面，城市交通擁堵是當今各大城市最普遍的難題，傳統修高架橋和地下隧道等舉措已難以有效解決城市擁堵的交通流網絡化效應問題，直升機因噪音大、安全性有局限而應用場景有限；城市交通迫切需要通過飛行汽車，安全而環保的開發和利用城市低空的三維空間，進而實作立體智慧交通。
技術方面，電動汽車和智能網聯汽車的長足進步，為電動飛行汽車的發展做好了技術和産業儲備；電動垂直起降飛行器（eVTOL）即電動飛行汽車的出現，使得高安全性和低噪音的城市空中交通成為可能；汽車電動化和智能化的發展将建立“陸空一體化”，航空電動化和智能化的發展将建立“空地一體化”，這兩方面技術的發展必将為未來的立體智慧交通提供支撐。
但是，飛行汽車要推廣應用還需在平台構型、飛控駕駛和動力推進等關鍵技術上持續創新。
平台構型方面，當今主流的垂直起降飛行汽車平台構型升阻比小、氣動阻力大，導緻載荷小、經濟性差；未來，綜合氣動布局、結構輕量化和變構型升力體設計等高升阻比輕質結構平台，是飛行汽車總體設計的重要方向。飛控駕駛方面，從城市空中交通管理和飛行汽車規模化應用駕駛技能需求的角度，都要求飛行汽車應為智能無人駕駛；飛行汽車低空飛行時所面臨的障礙環境沒有地面複雜，但氣象環境嚴重影響低空飛行安全性。
動力推進方面，現有飛行汽車的動力主要是動力電池，針對新能源動力的研究創新相對較少，主要是對已有的技術和産品進行選型、系統內建和應用；目前動力系統功重比低、安全性差和經濟性差，是飛行汽車動力推進的主要瓶頸。基于現有技術狀态開展試營運和體驗具有一定的風險，而一旦有事故發生，将對整個行業的健康發展産生不利影響。
#03
減碳是亮點，但間接影響更深遠
在我國積極推動“碳達峰、碳中和”的背景下，包括飛行汽車在内的交通等行業都越來越重視減排與脫碳。目前飛行汽車的主流形式是電動垂直起降飛行器（eVTOL），是以媒體和大衆對飛行汽車的“綠色環保”有較多宣傳，但飛行汽車減碳的主要效能并不僅僅展現在自身營運的電動化。近年來，交通運輸領域碳排放占我國終端碳排放約10%~15%，而一個中等城市因交通擁堵而導緻的碳排放，占地面交通碳排放的30%左右，大城市比例更高。飛行汽車直接營運在可預期的将來規模有限，但由飛行汽車帶來的地面交通減碳效應将大幅降低整個交通運輸行業的碳排放。
飛行汽車對城市的“去中心化”效應，将長遠影響城鄉發展形态和社會公共資源布局。未來飛行汽車帶來的交通便捷，将更容易推動中心城區的改建進而實作城市更新；城市人口和産業疏解也将促進郊區甚至鄉村的基礎設施建設和消費發展；鄉村居民能夠更快捷地享受城市服務、城市居民也能更友善地親近自然，進而加速城鄉融合并影響城市和鄉村的發展形态。飛行汽車充分利用城市三維空間，将樓頂和城市低空都變成可利用的交通資源，現有城市建築物的頂層形态需要随之發生較大變化；城市疏解将使教育、醫療等公共資源布局因人口結構和分布狀态而需要重新規劃；未來飛行汽車的批量化營運，将使城市的人流、物流、資金流和資訊流激增，智慧交通和智慧城市等資訊化裝置體系，将成為必備的城市基礎設施。此外，市中心人口的疏解，将使城市擁有更多的公共綠化、更少的生活垃圾和更寬敞整潔的市容市貌；将使市民跳出“樓房森林”和“火柴盒”住所，擁有更寬闊的工作生活空間；也将促使人們的交流從網絡回歸現實的面對面，大大提高人們生活的獲得感、幸福感和安全感。盡管這都是利好的預期，但也會對城市規劃和公共管理提出新的挑戰。
#04
促進我國飛行汽車行業
創新發展的建議
針對飛行汽車行業，撥開企業紛紛入局、資本競相湧入的雲霧，面對客觀存在的發展困境和技術瓶頸，我們建議積極進行産業布局、科學推動技術發展：
一是加強頂層設計。
建議有關部門專項研究制定我國飛行汽車的戰略發展規劃，系統布局我國飛行汽車相關産業發展及配套基礎設施建設，出台或完善相關産業政策，對飛行汽車行業創新、人才、應用、規範、标準等方面給予支援。組織航空、汽車兩大領域的行業組織和高校專業研究團隊，共同研究制定我國飛行汽車發展技術路線圖；借鑒我國自動駕駛汽車和無人機等領域相關法規的制定經驗，研究制定我國飛行汽車的适航審定等相關标準，進而推動産業健康發展。
二是加大技術研發。
建議整合汽車與航空兩大領域優勢力量，建構汽車與航空跨界融合的飛行汽車技術創新體系。依托電動汽車技術和産業基礎，加大平台構型、智能駕駛和動力推進等飛行汽車關鍵技術研發，開展新能源航空、新能源發電及新能源地面交通等共性先進技術研究；有針對性地開展飛行汽車技術聯合攻關，重點突破高功率電動推進、高升阻比輕質車體、低空飛行智能駕駛等飛行汽車關鍵技術，推動部件技術快速發展與核心技術自主掌控；積極探索前沿技術交叉、産業跨界融合的協同創新發展模式。
三是培育市場環境。
建議選擇京津冀協同區域、長三角都市群、成渝經濟圈和粵港澳大灣區等國内飛行汽車産業基礎良好的熱點區域，推動飛行汽車技術試驗及安全運作測試評價機構能力建設；遴選有确切需求和迫切性應用場景的領域，如交通擁堵城市、交通不便山區等地區以及消防、應急、物流等部門，先載物後載人，有序開展飛行汽車示範應用；與國家氫能等新能源基礎設施建設結合，積極布局建設或預留飛行汽車運作所需要的軟硬體條件，積極向群眾開展飛行汽車和城市空中交通的科普教育，逐漸培育完善适宜飛行汽車發展的市場環境。
據SAEEDGE報告的綜合觀點，飛行汽車的發展仍然任重道遠。該報告主筆張揚軍教授認為：“航空新能源動力是新一輪科技革命和産業變革的戰略高地，而飛行汽車新能源動力則是發展航空新能源動力的主要抓手和突破口。”我國以飛行汽車為牽引，将有效增強新能源汽車和新能源航空的自主創新能力,促進産業的融合創新發展。飛行汽車的夢想時代，将因為我們正視并積極解決發展中的問題而加速到來！
投稿郵箱：[email protected]
聲 明：原創文章，歡迎聯系擷取轉載授權，并注明來源通航線上；轉載文章，目的在于傳遞更多資訊，并不代表平台贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及作品内容、版權和其它問題，請及時聯系我們更正或删除。文章版權歸原作者及原出處所有 ，本平台隻提供參考并不構成任何投資及應用建議。
點分享
點贊
點在看