通用航空 飞行汽车 现状与未来
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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。
飞行汽车对城市的“去中心化”效应，将长远影响城乡发展形态和社会公共资源布局。未来飞行汽车带来的交通便捷，将更容易推动中心城区的改建从而实现城市更新；城市人口和产业疏解也将促进郊区甚至乡村的基础设施建设和消费发展；乡村居民能够更快捷地享受城市服务、城市居民也能更方便地亲近自然，从而加速城乡融合并影响城市和乡村的发展形态。飞行汽车充分利用城市三维空间，将楼顶和城市低空都变成可利用的交通资源，现有城市建筑物的顶层形态需要随之发生较大变化；城市疏解将使教育、医疗等公共资源布局因人口结构和分布状态而需要重新规划；未来飞行汽车的批量化运营，将使城市的人流、物流、资金流和信息流激增，智慧交通和智慧城市等信息化设备体系，将成为必备的城市基础设施。此外，市中心人口的疏解，将使城市拥有更多的公共绿化、更少的生活垃圾和更宽敞整洁的市容市貌；将使市民跳出“楼房森林”和“火柴盒”住所，拥有更宽阔的工作生活空间；也将促使人们的交流从网络回归现实的面对面，大大提高人们生活的获得感、幸福感和安全感。尽管这都是利好的预期，但也会对城市规划和公共管理提出新的挑战。
#04
促进我国飞行汽车行业
创新发展的建议
针对飞行汽车行业，拨开企业纷纷入局、资本竞相涌入的云雾，面对客观存在的发展困境和技术瓶颈，我们建议积极进行产业布局、科学推动技术发展：
一是加强顶层设计。
建议有关部门专项研究制定我国飞行汽车的战略发展规划，系统布局我国飞行汽车相关产业发展及配套基础设施建设，出台或完善相关产业政策，对飞行汽车行业创新、人才、应用、规范、标准等方面给予支持。组织航空、汽车两大领域的行业组织和高校专业研究团队，共同研究制定我国飞行汽车发展技术路线图；借鉴我国自动驾驶汽车和无人机等领域相关法规的制定经验，研究制定我国飞行汽车的适航审定等相关标准，从而推动产业健康发展。
二是加大技术研发。
建议整合汽车与航空两大领域优势力量，构建汽车与航空跨界融合的飞行汽车技术创新体系。依托电动汽车技术和产业基础，加大平台构型、智能驾驶和动力推进等飞行汽车关键技术研发，开展新能源航空、新能源发电及新能源地面交通等共性先进技术研究；有针对性地开展飞行汽车技术联合攻关，重点突破高功率电动推进、高升阻比轻质车体、低空飞行智能驾驶等飞行汽车关键技术，推动部件技术快速发展与核心技术自主掌控；积极探索前沿技术交叉、产业跨界融合的协同创新发展模式。
三是培育市场环境。
建议选择京津冀协同区域、长三角都市群、成渝经济圈和粤港澳大湾区等国内飞行汽车产业基础良好的热点区域，推动飞行汽车技术试验及安全运行测试评价机构能力建设；遴选有确切需求和迫切性应用场景的领域，如交通拥堵城市、交通不便山区等地区以及消防、应急、物流等部门，先载物后载人，有序开展飞行汽车示范应用；与国家氢能等新能源基础设施建设结合，积极布局建设或预留飞行汽车运行所需要的软硬件条件，积极向民众开展飞行汽车和城市空中交通的科普教育，逐步培育完善适宜飞行汽车发展的市场环境。
据SAEEDGE报告的综合观点，飞行汽车的发展仍然任重道远。该报告主笔张扬军教授认为：“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。”我国以飞行汽车为牵引，将有效增强新能源汽车和新能源航空的自主创新能力,促进产业的融合创新发展。飞行汽车的梦想时代，将因为我们正视并积极解决发展中的问题而加速到来！
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