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飛行汽車行業(yè)的現(xiàn)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(zhàn)略院

航空新能源動力是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略高地，而飛行汽車新能源動力則是發(fā)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?wù)芦@得者、清華大學通用航空技術(shù)研究中心主任張揚軍教授牽頭組織撰寫的前沿交叉技術(shù)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》）面向全球正式發(fā)布，與商業(yè)化報告不同，這份關(guān)于飛行汽車和城市空中交通的技術(shù)研究報告并沒有一味“唱多”，而是客觀分析飛行汽車的關(guān)鍵技術(shù)并指出其發(fā)展瓶頸等。本文以SAEEDGE研究報告（EPR2021011）為依據(jù)，結(jié)合行業(yè)現(xiàn)狀分析飛行汽車發(fā)展的問題瓶頸并提出發(fā)展建議。

#01

行業(yè)受熱捧，但發(fā)展困境難破局

       近年來，參與飛行汽車研發(fā)的企業(yè)數(shù)量驟增，資本紛紛涌入。2016年時，全球僅有六七種飛行汽車在研發(fā)，僅僅兩年后的2018年，參與飛行汽車研發(fā)的企業(yè)就超過了70家，而截至2021年上半年，有超過200家企業(yè)或機構(gòu)在研約420種型號的相關(guān)產(chǎn)品。布局飛行汽車行業(yè)的企業(yè)既有波音、空客等航空工業(yè)巨頭，也有豐田、吉利等傳統(tǒng)汽車廠家，還有億航、小鵬等新興科技企業(yè)，而特斯拉的最新動向更是成為飛行汽車行業(yè)緊盯的風向標。資本涌入是行業(yè)受熱捧的重要表現(xiàn)，比如波音公司收購了航空技術(shù)公司Aurora Flight Sciences，并將與保時捷聯(lián)手研發(fā)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(wǎng)絡(luò)科技巨頭騰訊也兩次領(lǐng)投Lilium。

       但是，飛行汽車發(fā)展仍面臨規(guī)則、技術(shù)和市場等多方面的困境。

       規(guī)則方面，飛行汽車的適航認證目前還沒有明確的標準和規(guī)則，暫時借鑒通用航空器和地面汽車的標準都不能充分體現(xiàn)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(guī)，但二者有效銜接并管理飛行汽車運營的機制并沒有形成；

       技術(shù)方面，當前飛行汽車的續(xù)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(xiàn)有動力電池的性能局限使得載荷低、航程短成為當前飛行汽車應(yīng)用的主要瓶頸；低空智能駕駛的環(huán)境感知、決策與控制技術(shù)尚不成熟，導致天氣及地形變化情景下的安全性往往不能保障。

       市場方面，飛行汽車運營所需的硬件和軟件配套設(shè)施都非常缺乏，樓頂直升機坪數(shù)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匹配；運營商的資質(zhì)及其盈利模式、顧客接受度及社區(qū)環(huán)境影響等還不成熟，目前世界各國都還沒有實現(xiàn)飛行汽車的常態(tài)化運營；此外，“航線”如何劃設(shè)、飛行程序怎樣制定、事故責任如何規(guī)避和界定、空中安全監(jiān)管和執(zhí)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(guān)鍵技術(shù)待創(chuàng)新

       飛行汽車的發(fā)展前景是有客觀的需求牽引和技術(shù)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(tǒng)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(wǎng)絡(luò)化效應(yīng)問題，直升機因噪音大、安全性有局限而應(yīng)用場景有限；城市交通迫切需要通過飛行汽車，安全而環(huán)保的開發(fā)和利用城市低空的三維空間，從而實現(xiàn)立體智慧交通。

       技術(shù)方面，電動汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的長足進步，為電動飛行汽車的發(fā)展做好了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)儲備；電動垂直起降飛行器（eVTOL）即電動飛行汽車的出現(xiàn)，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(fā)展將建立“陸空一體化”，航空電動化和智能化的發(fā)展將建立“空地一體化”，這兩方面技術(shù)的發(fā)展必將為未來的立體智慧交通提供支撐。

       但是，飛行汽車要推廣應(yīng)用還需在平臺構(gòu)型、飛控駕駛和動力推進等關(guān)鍵技術(shù)上持續(xù)創(chuàng)新。

       平臺構(gòu)型方面，當今主流的垂直起降飛行汽車平臺構(gòu)型升阻比小、氣動阻力大，導致載荷小、經(jīng)濟性差；未來，綜合氣動布局、結(jié)構(gòu)輕量化和變構(gòu)型升力體設(shè)計等高升阻比輕質(zhì)結(jié)構(gòu)平臺，是飛行汽車總體設(shè)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(guī)模化應(yīng)用駕駛技能需求的角度，都要求飛行汽車應(yīng)為智能無人駕駛；飛行汽車低空飛行時所面臨的障礙環(huán)境沒有地面復雜，但氣象環(huán)境嚴重影響低空飛行安全性。

       動力推進方面，現(xiàn)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(chuàng)新相對較少，主要是對已有的技術(shù)和產(chǎn)品進行選型、系統(tǒng)集成和應(yīng)用；當前動力系統(tǒng)功重比低、安全性差和經(jīng)濟性差，是飛行汽車動力推進的主要瓶頸�；�于現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)開展試運營和體驗具有一定的風險，而一旦有事故發(fā)生，將對整個行業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)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，包括飛行汽車在內(nèi)的交通等行業(yè)都越來越重視減排與脫碳。當前飛行汽車的主流形式是電動垂直起降飛行器（eVTOL），因此媒體和大眾對飛行汽車的“綠色環(huán)保”有較多宣傳，但飛行汽車減碳的主要效能并不僅僅體現(xiàn)在自身運營的電動化。近年來，交通運輸領(lǐng)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致的碳排放，占地面交通碳排放的30%左右，大城市比例更高。飛行汽車直接運營在可預期的將來規(guī)模有限，但由飛行汽車帶來的地面交通減碳效應(yīng)將大幅降低整個交通運輸行業(yè)的碳排放。