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大佬们纷纷翻牌,飞行汽车要来了?电池技术能跟上吗?

2021-09-22 16:37:17    来源:新浪汽车    编辑:

随着科技不断发展,飞行汽车作为面向城市空中交通和未来出行的新型交通工具,正日益受到航空和汽车领域的重视。就在刚刚结束的2021新能源汽车大会上,“飞行汽车”也成为本届大会的热门关键词,社交媒体上关于飞行汽车的讨论声更是不绝于耳。那么飞行汽车发展现状如何,发展过程中的阻碍因素有哪些呢?

飞行汽车的早期探索

你可能不知道,最早飞车梦想记载是在4000多年前我国先秦《山海经》,最早的飞车实践为1600多年前我国晋朝葛洪《抱朴子》记载他研制的飞车工具,最早飞车的科幻小说为300多年前我国清朝时期的《镜花缘》。而文字之外,人们让汽车飞起来的探索也从未停止。

100多年前汽车和飞机被发明以来,人们就一直探寻将二者结合起来的可能性,设计出同时具备地面行驶和空中飞行的汽车,而100多年来,让汽车飞起来的探索主要集中在美国。

1906年罗马尼亚人Tarian Vuia在法国巴黎进行了他的飞行汽车airplane-car首次飞行,该飞机汽车是在简单的汽车结构上添加了两个翅翼 ;1917 年美国人 Glenn Hammond Curtis 在纽约全美航空展上展出了铝制机身与固定翼结合的飞行汽车Autoplane,为飞行汽车的发展走出了里程碑式的一步,Autoplane被认为是人类历史上第一款飞行汽车,Curtis 亦被称为飞行汽车之父。

到了40年代中期,人们对于飞行汽车的尝试卷土重来。Robert Fulton试飞了自己设计的Airphibian原型机,而这台Airphibian机型所使用的驾驶仓采取了与汽车相同设计,将飞机的飞机部件拆分后就能像汽车一样在路面行驶。

3年后,也就是到了1950年时,Airphibian成为了史上首款被CAA(Civic Aeronautics Authority)正式承认的飞行汽车,遗憾的是由于该产品过于昂贵的生产成本,Airphibian没能被成功量产。

但Airphibian确实也启发了如Molt Taylor的飞行汽车产品。Molt Taylor的这款飞行汽车同样也被当时的CAA正式认证为飞行汽车,同时也符合了当时的所有路面交通工具的标准。

当时最具名气的汽车制造商福特同样对飞行汽车的制造也非常在意,在1970年时就开始研究此类市场的潜力。在当时,福特对于飞行汽车的预估有点过于乐观,认为自己能够售出25000台飞行汽车,但最终由于内部工程师和法务人员对涉足飞行交通领域的担忧而取消了该计划。

当时所有人也对福特造飞行汽车的这一想法感到非常震惊,就连福特内部工程师也认为要想让一辆符合所有安全标准的汽车具备飞行能力几乎是不可能实现的壮举,因为让汽车保持有效的飞行手段还无法实现。也正因此次事件,制造飞行汽车的讨论就此被搁置了十分长的一段时间,直到近几年自动驾驶技术和新能源汽车的快速发展,飞行汽车再一次回到我们的视野之中。

全球飞行汽车发展现状

近年来,硬件,软件,通讯,基建等方面的创新加速了飞行交通产业的商业化,为飞行汽车的研发带来了希望。而更加轻量级的材料,碳纤维合成,高浓度高能量的电池,体积更小的更轻的电动引擎,DEP(Distributed Electronic Propulsion)的研发,自动驾驶技术的成熟,则让人们看到飞行汽车实现最终量产的希望。

飞行汽车在国外起步较早,早有厂商设计出了各种各样的飞行汽车产品,近五年来,各大汽车制造公司更是取得了突破性的进展,有多款飞行汽车的试飞都取得了成功。比如荷兰的Liberty、Uber Elevate 飞行出租车以及奥迪Pop.Up Next等。然而,全球范围内已经有200多家公司在研发和测试,时间最长的已经有十多年。

而在国内,对于飞行汽车的研究在各方面都比较缓慢,但也不乏具有创新精神的企业正在尝试。2017 年吉利收购了美国飞行汽车老牌公司 Terrafugia 后,中国飞行汽车市场得到了进一步的发展,在今年2021年的1月15日已经获得了FAA也就是美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)特种轻型飞机(LSA)的适航证书。

还有就是小鹏汇天,这家公司是由何小鹏和小鹏汽车共同投资、控股的航空高科技创新型企业。目前,在2020年北京车展上,小鹏汇天就在小鹏汽车的展区正式亮相了首款超低空概念飞行汽车——旅航者T1,小鹏汇天的产品已经完成安全试飞近1万次。目前,小鹏汇天正在进行下一代飞行汽车的研发,这款产品将真正实现飞行器与汽车的耦合,既能在陆地上跑也能在空中飞,并有望在2024年正式与公众见面。

除此之外,诸如波音、空客、贝尔、中航工业等传统航空企业巨头,乃至吉利、丰田a、奥迪、特斯拉等汽车企业,均已布局飞行汽车的研发。据摩根士丹利研报预计,2030年,飞行汽车行业将形成3000亿美元的市场规模;2040年,该行业规模可能将达到1.5万亿美元。

值得一提的是,据荷兰媒体报道,飞行汽车PAL-V Liberty在2020年10月28日获得批准,该车型可以在欧洲道路上行驶,这是全球第一台获批上路的飞行汽车。

飞行汽车已经由最初个人梦想的小范围实践,发展为资本市场关注的热点。有业内人士分析,当一个国家或地区汽车保有量达到每千人200台时,就会进入通航飞行时代。不过这个说法在不同的地区和市场应该有所不同,不能用数据一概而论,但总的来说飞行汽车离我们的生活又更近了一步。

相比以往,这几年飞行汽车的发展可以说非常的迅速,多款实质性的进展都展现在人们的面前,其中一下几款最具代表性。

法国FLY-R “双翼无人机”

2021年1月,一家法国公司FLY-R设计了一款新的“双翼”无人机原型。它采用了独特的菱形机翼设计,声称能够带来一些明显的优势。

R2-150 原型机由设置在低处的一对前翼和设置在高处的一对后翼形成,前翼向后掠起,而后翼向前掠起并向下倾斜,因此它们在机尖处与前翼相连,这几乎就是一架双翼飞机,只不过上翼和下翼的两端被捏在一起。目前以电池为动力的 R2-150 是为完全自主的监视、观察和侦察等任务而设计的。它的翼展为1.5米(4.9英尺),巡航速度为115公里/小时(71英里/小时),每次充电可飞行2小时--边飞行边传输实时视频。其他型号的设计是为了走得更远,携带更重的有效载荷,飞得更快。例如,喷气动力的R2-HSTD计划的最高速度为0.65马赫(803公里/小时或499英里/小时)。它的目的是作为目标无人机,用于军事演习。

英国Autonomous Flight 三旋翼“空中班车”

2021年1月,英国公司Autonomous Flight多年来一直致力于eVTOL概念机的研究,其双座Y6S的全尺寸机身已经制造出来,另外小型原型机也已经进行了飞行测试并能从垂直起降盘旋过渡到水平飞行。现在,这家公司公布了一款名为Y6S Plus的6座空中出租车--或者更确切地说,是空中班车。

Autonomous Flight采用了三旋翼飞机的布局。据悉,三旋翼飞机在小型业余无人机市场上相对少见。由于少了一个机械臂、一台电机和相关支柱组件,这带来了重量优势,但为了保持偏航控制,它们需要一台伺服电机来倾斜后支柱。据了解,Y6S Plus上采用了同轴转子用以消除转子倾斜的情况发生,但说实话这很难弄明白为什么设计师不采用更传统的四轴飞行器设计,或许是为了在后螺旋桨关闭之后减少前飞时的阻力。当然,这种设计保持了相当整洁的外观,但它还是不得不对它拥有的稳定性和控制力产生质疑。当飞机一离开地面时,前两个旋翼就会向前倾斜,使飞机进入一种高效、有翼水平飞行模式,其适合的巡航速度约为125mph(200km/h)。

Y6S Plus使用锂电池飞行,续航里程在80英里(130公里)左右,所以这意味着它不适合成为长途飞机,另外使用起落架而非车轮表明,它将无法在实现更高效的常规起降。

日本 SkyDriver

2020年9月,日本一家创业公司首次展示了一款电池驱动的飞行汽车 SkyDrive,并希望能在 2023 年投入使用。

该公司在丰田市(Toyota City)山区展示的汽车只有一个座位,由公司一名工程师驾驶,驾驶速度保持在每小时 3 英里以下。SkyDrive 还没有获得在户外进行测试的许可。虽然在飞行汽车技术方面,日本落后于美国、德国和中国的公司,但 SkyDrive 表示,它的计划与其他公司不同,因为它最终希望在汽车上安装轮子,这样就可以把它开进家庭车库。

小鹏 X2

2021年7月16日,小鹏汽车董事长何小鹏通过微博宣布,小鹏汇天今天正式发布第五代飞行器X2。9月15日,第三届世界新能源汽车大会上,小鹏汇天创始人赵德力表示,旅航者X2飞行汽车最快2024年上线。

小鹏第五代飞行器X2,最大起飞重量为560kg,裸机重量仅为360kg,官方表示,其续航时间为35分钟,最大飞行速度可达130km/h。同时,该飞行器拥有自主飞行路径规划能力,通过多个传感器,该飞行器可实现对地监控、无死角环境感知、自主返航降落、百公里双向实时通信。安全设计方面,小鹏第五代飞行器X2拥有八组独立电池,可实现冗余供电,4轴8桨也是多电机的动力备份。此外,飞行器还拥有整机弹射降落伞、24小时监控系统等配置,为飞行提供完善安全保障。

亿航 216

最后要说一下亿航,来自中国并在在美国纳斯达克上市。同时,亿航216自动驾驶飞行器也是是日本第一个获得户外试飞许可的载人级自动驾驶飞行器。

亿航最初是瞄准消费类市场的,但是市场竞争太过惨烈,最终所有的中小型公司都退出了消费类无人机市场。亿航也转向载人无人机的研发,2016年初在CES上展出了最初的184原型机。两年之后,2018年2月,亿航正式发布184机型并试飞成功。

2019年6月首次批量交付216机型,可乘坐2人,配16个旋翼,稳定性大大提高。

2020年7月,亿航发布了专门应用于高层建筑消防灭火的EH216F(消防版)。2021年7月,亿航宣布中国国家消防装备质量监督检验中心完成EH216F技术检验。在中国,亿航自动驾驶飞行器已经进行了超过1000次飞行测试。实测飞行高度可达300米,承重可达210公斤。

看到各式各样飞行汽车的登场,相信不少被通勤折磨的上班族会非常兴奋。难道说以飞行汽车为载体的城市空中交通新格局将要到来了?终于可以飞着去上班了?可别高兴的太早,飞行汽车的发展还处于从研究走向商业化应用的早期阶段,想要真正“飞”入生活还面临着多重瓶颈和阻碍。

飞行汽车的发展限制

飞行汽车遇到的最大难点首先还是在技术上,主要涉及车体结构、飞控驾驶和动力推进三大技术领域。由于动力推进技术的高门槛,飞行汽车在动力推进上的瓶颈比其他两个领域更为显著。动力不足导致飞行汽车有效荷载低、航程短,是其当前性能研发面临的最大挑战。

即便攻克了技术上的难点,制造出适合的飞行汽车,还需要有一套完整的监管机制来确保交通、运输、安全等一系列的问题。首先是规则问题,其中涉及城市空域管理,包括“航线”的划定、行驶的规则、事故责任的划分、空中执法的手段等。截至目前,全球没有任何针对飞行汽车认证和空中交通管理的标准及规章体系。

其次是市场问题。公众对城市空中交通的密集频次能否接受尚未可知,有关飞行汽车的配套设施、运营模式、驾驶培训也都未见雏形。

还有就是安全问题。飞行汽车一旦发生事故,造成的后果远比普通汽车更加严重,不仅乘客自身难保,下方道路上的汽车或者行人也都会被波及。

此外,噪音问题也是急需解决的一大问题。目前所使用的螺旋桨,动力系统等都使现阶段的飞行汽车不能保持良好的静音效果。试想一下当你漫步在街上时,头顶不断飘过噪音巨大的飞行物体,想必不会是人们所期望的。即使强大如埃隆·马斯克,对于制造飞行汽车的议题也显得十分谨慎,“飞行汽车的一大问题是其噪音,飞行时所带来的空气流动也十分强烈。而我想人们也不会觉得在自己头顶上有一大群飞行物体,带着噪音飞来飞去是一件令他们愉悦的事。”

飞行汽车涉及的产业链

那么即使在飞行汽车发展上会遇到数不清的困难和挑战,厂商们为何一拥而上进军该领域呢?这就不得不提飞行汽车涉及的技术和产业链。

其实与新能源电动汽车类似,一旦技术突破,所谓的“技术”也就不再是瓶颈。新能源电动汽车的结构比传统燃油车更“简洁”,飞行汽车也是一样,它主要包含飞控、动力系统、电池系统、安全备降系统、自动飞行系统(类似自动驾驶)、空中地图等。而其中最核心的就是飞控系统和动力系统、电池系统。目前短途空中交通一般采用锂电池,长途可能采用混合动力系统。但是能够大面积提供服务的还得是性价比较高的短途飞行汽车。这方面亿航与德国Volocopter以及日本的SkyDriver的设计方案、思路、性能参数都差不多。

因此,可能成为城市低空交通解决方案的这类短途飞行汽车,它们涉及到的产业链中,飞控系统一般都是自研,目前还没到开放的程度和时机,动力系统则主要是高可靠的电机和配套螺旋桨,这个技术和产品已经相对成熟,剩下最重要的也只有锂电池了。

目前,锂电池技术还未取得革命性突破,飞行汽车短时间内也还不能进行正式的商用,对于锂电池的需求也不大,大部分飞行汽车的锂电池都是定制,然后在内部进行严格的老化等测试。

总的来说,飞行汽车的发展将带来一系列连锁反应,比如电动化技术,将推动电动航空领域的产品升级;而其他关键技术瓶颈的突破,将有效促进动力电池、燃料电池、新型轻量化材料和智能驾驶等产业链的技术创新,乃至引领新一轮科技革命或产业变革,所有人厂商都不想掉队。
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