​网约车OUT了,未来你能“打飞的”?一文带你看懂飞行汽车

潮新闻 记者 屠晨昕

2月27日,峰飞“盛世龙”完成从深圳到珠海的首次跨海跨城飞行。新华社记者 毛思倩 摄

作为发展新质生产力的热点之一,低空经济与商业航天、生物制造、生命科学一起,首次被列入政府工作报告,备受瞩目。

而当下占据低空经济C位的,是一种名叫eVTOL的全新概念的交通工具。直译过来叫“电动垂直起降航空器(electric Vertical Take-off and Landing)”,它有个不算太准确但更好理解的名字——飞行汽车。

3月27日,工信部、科技部、财政部、民航局印发《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》,其中提到eVTOL的发展可谓浓墨重彩——支持智慧空中出行(SAM)装备发展,推进电动垂直起降航空器(eVTOL)等一批新型消费通用航空装备适航取证。鼓励飞行汽车技术研发、产品验证及商业化应用场景探索。

3月8日,一辆小鹏汇天旅航者X2从广州天德广场垂直起飞,通过自动驾驶,完成CBD“天德广场-广州塔”的低空飞行。图源:齐鲁晚报

相信很多读者脑海中已经有画面感了——科幻电影《银翼杀手》《回到未来》中那种长得像汽车但能在都市摩天大楼间穿梭飞行的小型航空器。

在国内,低空经济的概念早在2010年就提出了。2021年2月,《国家综合立体交通网规划纲要》把它纳入国家发展规划。2023年12月的中央经济工作会议上,低空经济被提到“战略性新兴产业”的高度,产业发展大幅提速。

进入2024年,全球eVTOL的发展骤然提速,频频上热搜。

2月27日,国产5座eVTOL峰飞“盛世龙”成功完成全球首条eVTOL跨海跨城空中航线首飞,从深圳蛇口邮轮母港到珠海九洲港码头仅20分钟。同样的路线,打车要花两三个小时。这个消息应该能让饱受堵车之苦的城市打工人内心为之一振,毕竟我国有超过1400万人忍受着极端通勤时间(单程超过60分钟)。

2月27日,“盛世龙”完成从深圳到珠海的首次跨海跨城飞行。新华社记者 毛思倩 摄

在亚欧大陆另一端,德国公司Volocopter近日获批在欧洲批量生产其eVTOL。预计在2024年巴黎奥运会上,人们或将看到“空中出租车”出现在欧洲上空。

据不完全统计,已有26个省(区、市)将“低空经济”有关内容写入今年的政府工作报告。

明眼人都看得出来,eVTOL是一项全新的革命性创新,被认为有望塑造我们生活的新形态,属于万亿级蓝海。飞行汽车究竟靠不靠谱?安全问题怎么解决?未来“打飞的”我们普通人能消费得起吗?从技术到产业再到政策,潮新闻为你盘一盘。

2023年11月13日,纽约曼哈顿,一架传统直升机与一架飞行汽车同框飞行。图源:视觉中国

问世百年,飞行汽车为啥难以普及?

飞行汽车并非新鲜事物,它出现已超过百年。人们对它的研究,几乎贯穿了整个飞机和汽车发展史。

早在1917年,美国航空先驱格伦·寇蒂斯造出世界第一架飞行汽车Autoplane,装有12.2米长的机翼,只可惜它从未真正飞上蓝天,只实现了短距离飞行跳跃。1940年代,“汽车大王”亨利·福特提出了“飞行汽车迟早会出现”的预言。

然而,百年来飞行汽车始终停留在设想中,各种设计都是昙花一现,并未如同汽车那样走进千家万户,全球各大都市上空至今依旧空空荡荡。

飞行汽车难以普及的关键,在于内燃机的技术特点,使得发动机必须做得很复杂、体积和重量都很大。

因为飞行汽车的应用场景是在拥挤的市区和城际通勤,必然要求垂直起降,而不能是需要机场的固定翼飞机。传统的垂直起降航空器——直升机,可以完成城内和城际通勤,但是直升机太吵、太贵、不够安全,三大缺陷决定了其难以大面积普及

而因为内燃机又大又重,使得传统直升机只能头顶一个巨大的旋翼,靠单个旋翼同时产生升力和向前的动力。这种特殊性,使得直升机及其涡轴发动机的结构非常复杂,零件数量堪比民航客机,这就增加了故障概率。同时,直升机的操控复杂度远大于固定翼飞机,对于飞行员也是一个巨大考验。一旦主旋翼出问题,直升机就会失去所有动力。

从美国航空调查机构公布的数据看,在所有航空器中直升机事故率高居首位,每百万小时发生74次事故,高于热气球、飞艇和固定翼飞机。作为对比,民航客机的空中停车率是每百万小时0.8次,也就是每天飞24小时、连续飞行125年才会碰到一次发动机故障。

由于上述的复杂性,直升机的售价和使用成本,也远远超出汽车,不是普通人所负担得起的。

同时,巨大的旋翼划过空气,叠加涡轴发动机的轰鸣,直升机的噪音在近距离让人难以忍受。

2023年12月1日,2023浙江国际智慧交通产业博览会展出的亿航EH216-S飞行汽车。图源:视觉中国

eVTOL的三种主流布局,孰优孰劣?

步入21世纪,电池及电动分布式推进领域的技术进步,使得和直升机同样可以悬停、可以垂直起降、不需要机场的全新事物eVTOL闪亮登场。

由于电动机远比内燃机更为小巧、便宜、响应快捷,所以可以在一架航空器上安装多个发动机以及螺旋桨,实现分布式动力。

虽然名字是“飞行汽车”,但eVTOL绝大多数长得不像汽车,改叫“电动直升机”或许更准确。

普通人看上去千奇百怪的eVTOL,目前有三种主流布局——多旋翼、倾转旋翼和复合翼构型。

3月8日,小鹏汇天旅航者X2在广州试飞,它是典型的多旋翼构型。图源:齐鲁晚报

多旋翼构型可以理解为一架大号的大疆多轴无人机,由多个旋翼提供升力。它没有固定机翼,通过控制各个旋翼的转速来调整飞行姿态。比如想往前飞,就让后面的旋翼转快一点,这样航空器就会前倾,就能获得向前的推力。这种构型实现起来比较简单,但耗电量大、航程短、速度慢。

2023年9月25日,加州爱德华兹空军基地在展示一架美国Joby公司的eVTOL,这是倾转旋翼构型。图源:视觉中国

倾转旋翼构型同样依靠多个旋翼来获得升力和向前的动力,但它是直接调整旋翼角度来改变推力方向。起降时直上直下,上天后就把螺旋桨慢慢地往前转,就能拉动航空器往前飞。这使其兼具直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的速度、航程和经济性。然而,其安全性和可靠性堪忧,最有名的倾转旋翼机——美军V-22“鱼鹰”自服役以来频频摔机,说明其技术尚不成熟。当然,倾转旋翼eVTOL的旋翼数量远多于“鱼鹰”的两个,安全性和稳定性有望做到更好。

“盛世龙”是复合翼构型。图源:峰飞航空科技

复合翼构型则是“什么都有”,既有多个独立旋翼在垂直起降时产生升力,又有多个独立螺旋桨产生前进动力,还有固定机翼在平飞到达一定速度时获得升力。巡航时旋翼停转,大大节省了能耗。复合翼构型的航程、速度和技术难度都处于中等水平,其最大优势是安全可靠,经济性也不错。实现深圳直飞珠海的“盛世龙”就是复合翼,峰飞公司表示有信心把深圳到珠海的单程机票做到两三百元一人。

就安全性而言,三种构型中复合翼最有优势。一旦遭遇意外,只要直接启动垂直方向的旋翼就能获得升力,安全着陆。

复合翼和倾转旋翼构型如果在巡航中突然失去全部动力,因为有机翼产生升力,也可以进行滑翔迫降。如果是多旋翼,遇到这种情况危险系数要大一些。好在旋翼失效本就是小概率事件,多个旋翼同时失效的概率更要低得多。

数据显示,四轴八桨多旋翼发生致命失效的概率大约是7.25乘以10的-7次方左右,复合翼构型发生致命失效的概率更是低到10的-11次方数量级,安全系数都远远高于直升机。

2022年4月29日,在瑞典斯德哥尔摩电动车展上展出的小鹏汇天飞行汽车。新华社记者 付一鸣 摄

飞行汽车的商业化落地,面临三大挑战

据新华网报道,目前全球飞行汽车赛道上聚集了众多行业的参与者:传统飞机制造巨头波音、空客、贝尔,车企保时捷、丰田、奥迪、现代、吉利、小鹏、广汽,互联网公司谷歌、英特尔、腾讯、优步……其中,初创企业如中国的亿航智能、美国Joby、Archer、英国的Vertical、德国的Lilium等已经上市。

2021年10月,小鹏汇天完成超5亿美元A轮融资,创下亚洲低空载人飞行器领域企业最大单笔融资纪录。2022年1月,美国Joby公司完成5.9亿美元的C轮融资,丰田领投。

虽然一片火热,飞行汽车的未来依旧充满不确定性。清华大学车辆与运载学院教授张扬军认为,飞行汽车要想实现快速发展,载荷航程、智能驾驶和适航安全是需要解决的关键技术问题。

具体而言,商业化场景落地面临着三大挑战。

第一,安全性,是飞行汽车普及的核心问题。1000米以下的低空位于对流层下层,云、雾、雨、雪等恶劣天气都存在于此,而且存在强风、乱流、横侧风等,城市高楼大厦之间也会有难以预测的“穿堂风”。飞行汽车如果发生事故坠毁,无论是砸到地上还是撞到高楼,造成的破坏很可能超过地面汽车的车祸。

有业内人士指出,目前国内很多地方对小型无人机的态度都十分审慎,比如担心无人机在人口稠密的区域坠毁引发伤亡事故。而飞行汽车的安全标准更复杂,涉及的范围也更大,因此监管部门必须要有更谨慎的态度。在突发极端条件下,如何保证乘客的安全,是飞行汽车所面临的一大考验。

第二,电池能量密度较低的短板,导致eVTOL载荷航程拉胯。目前锂离子电池的质量能量密度大约为160Wh/kg,而92号汽油的质量能量密度大约为12700Wh/kg,1公斤汽油的能量相当于80公斤电池。这就是为什么传统的燃油汽车和活塞螺旋桨式飞机可以拥有较长的续航里程。

以小鹏汽车旅航者X2为例,据官方介绍,该车可搭载2名乘客,最大载重200公斤,续航时间35分钟,最大时速为130公里。也就是说,该车只能载客两人,每飞行半个小时就要着陆充电,一次只能飞行60公里左右,相比汽车难免有“鸡肋”之嫌。

第三,政策法规相对滞后。在适航审定、运行管理、责任认定等方面,目前都没有相关的审理经验,也没有统一的管理规范。

“一方面需要对技术标准、适航认证、航线制定、空域管理办法等形成完善的规章制度;另一方面,未来飞行工具充斥天空,空中交通的统筹管制、交通事故的法律法规,都需要时间进行讨论和推进。”沃飞长空市场部总监费岚说。整个过程需要不同部门协同合作,绝非一朝一夕可以完成。

沃飞长空自研的飞行汽车适航技术验证机(2023年12月29日摄)。新华社发

中国新能源车产业链,赋能eVTOL商业化落地

值得注意的是,去年10月,背靠丰田和优步的美国Joby遭遇资本市场做空,理由是每架130万美元造价,使其面对直升机没有运营优势。

而经常上演“高科技白菜化”好戏的中国制造,在eVTOL产业领域有望“站在巨人的肩膀上”。飞速发展的中国新能源车产业链,有望大大赋能和加速了飞行汽车在国内的商业化落地。

过去我们造不好汽车发动机,航空发动机难度更高,我们的飞机长期受困于“心脏病”,因为西方在传统内燃机领域构筑了强大的技术壁垒,一时难以追赶。

现在,这颗“心脏”可以用三电(电池、电机、电控)取代,成本和复杂性大幅降低,可靠性大幅提高,中国的电机、电池、电控系统供应链迅速生长。

以一架电动飞机来说,当前的三电成本大概占到一半左右。业内人士透露,电动航空和电动汽车的三电相似性可达80%-90%。所以,比亚迪、宁德时代等车企供应链都在进军天空。这意味着中国发展电动航空,可以低成本复用汽车的三电供应链,以及电力、储能配套设施,不用另起炉灶。

还不止三电,汽车的电动化是“新四化”的第一步,智能化、网联化、无人化都在同步推进,这是中国这么多年积累的消费电子生态、通信产业生态、互联网生态的复用和进一步升级。低空经济的发展,也会跟“汽车新四化”一起融入和牵引这个过程。

《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》提出,到2027年,以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备在城市空运、物流配送、应急救援等领域实现商业应用。到2030年,支撑和保障“短途运输+电动垂直起降”客运网络等安全高效运行,通用航空装备全面融入人民生产生活各领域,成为低空经济增长的强大推动力,形成万亿级市场规模。

方案还提到,支持探索推进楼顶、地面、水上等场景起降点建设试点,完善导航定位、通信、气象、充电等功能服务,形成多场景、多主体、多层次的起降点网络。

也就是说,再过不到十年,手机上点几下就能“打飞的”的科幻愿景,将照进我们的现实生活。

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页面更新:2024-04-02

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