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未来飞行汽车离现实还有多远？
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作者： 国际航空
时间：2022-04-07
问答
简介 飞行汽车与eVTOL飞行器既相似又不同，两者都是面向未来的飞行器。目前航空业对eVTOL飞行器的关注程度很高，飞行汽车也有一些公司在进行研发，以提供多样化的未...
飞行汽车与eVTOL飞行器既相似又不同，两者都是面向未来的飞行器。目前航空业对eVTOL飞行器的关注程度很高，飞行汽车也有一些公司在进行研发，以提供多样化的未来出行方式。
在1982 年上映的经典科幻电影《银翼杀手》中定义了2019 年的“未来”，在“未来”里的飞行汽车被称为Spinners，具有垂直起降能力，通过将空气向下引导产生升力。可见，早在40 年前，飞行汽车就已经出现在人们对未来的想象当中。
实际在汽车行业和航空业中，飞行汽车也早就开始开发，许多人都曾预言它们即将到来。然而，虽然许多飞行汽车原型项目进行了飞行测试，但商业上可行的飞行汽车迟迟没有面世。而随着越来越多的国家与地区将未来城市空中交通系统纳入未来发展规划，飞行汽车似乎比过去的任何时候都更加接近现实。
1982 年上映的经典科幻电影《银翼杀手》中的飞行汽车
现代飞行汽车概念
传统概念飞行汽车主要是指兼具地面行驶功能和空中飞行功能的陆空两栖交通工具，在现代概念中，飞行汽车则主要是指面向城市空中出行的交通工具，即在城市中用于地面交通的为汽车、用于空中交通的则为飞行汽车。
而从概念上讲，面向城市空中交通的电动垂直起降飞行器（eVTOL）是飞行汽车的一种，主要突出和强调空中飞行功能属性，本身并不具备地面行驶能力；而近期飞行汽车的技术和应用场景也主要支撑和突出飞行模式优势，因此偏重飞行器设计。随着汽车和飞行器的电动化、智能化技术的跨界渗透与融合发展，同时智能交通设施也在不断发展和完善，未来飞行汽车的地面行驶属性必将得到实现和强化。
飞行汽车作为面向城市空中交通的新型交通工具，目前进入了一个新的发展阶段，但总体来说，飞行汽车目前还处于从研究探索走向商业化应用的早期阶段。虽然基于飞行汽车的城市空中交通可能会颠覆人们传统的出行方式，但要实现这个愿景还需要突破一系列关键技术，也还面临着许多瓶颈。
从技术角度讲，飞行汽车进入城市则需要满足城市对安全、环保和噪声控制等方面的性能要求，必然会使用电力等新能源动力。但新能源动力系统功重比低，还难以满足飞行汽车商业化运营的要求，且目前对新能源动力系统空中环境适应性的相关研究还不够充分。因此，适用于飞行汽车的新能源动力系统正日益受到汽车和航空领域的双重重视。
由于城市空中管理的要求，飞行汽车还需突破低空智能驾驶的关键技术瓶颈。与地面行驶不同，气象环境会严重影响低空飞行安全性，对低空气象环境的感知、决策与控制十分关键。在遇到不确定情况或飞行器故障时，飞行汽车无法像地面行驶汽车一样停在路边，因此必须提供相应的模式确保安全降落，这也是飞行汽车低空无人智能驾驶技术面临的最主要挑战。
从非技术角度讲，面向城市空中交通的飞行汽车还面临规则和市场等问题和挑战。其中行业规则问题涉及城市空域管理、飞行汽车的认证，以及空中行驶规则，包括“航线”的制定、事故责任划分、空中执法手段等。而市场问题涉及城市空中交通的基础设施、运营模式、经济成本、用户体验及公众接受程度等。
国内外飞行汽车项目
进入21 世纪以来，从北美到欧洲再到亚洲，许多公司都在制造飞行汽车原型， 其中许多公司都希望在2030 年前推出功能齐全的飞行汽车，一些以制造飞行汽车为最终目的初创公司开始了在这一新兴领域的尝试。
在2013 年，斯洛伐克的飞行汽车制造商AeroMobil 公司的2.5 版原型车首飞成功，该原型车被设计为一种可以从汽车转换为飞机的车辆，具有折叠机翼并装备Rotax912 发动机，速度可达200km/h， 航程为690km。在2014 年，AeroMobil 推出了其飞行汽车的3.0 版本，但遗憾的是该车在2015 年不幸遭遇事故。经过一系列改进，增加了更多安全功能后，该公司于2020 年9 月对其4.0 版飞行汽车进行了成功的测试。改进后的版本可在3min 内从汽车转换为飞机。该公司表示， 一旦获得当地与国际运输监管机构的批准，这款飞行器车可于2023 年投入商业运营，价格120 万~160 万美元。
斯洛伐克的KleinVision 公司开发了AirCar 原型车， 它可像跑车一样驾驶，在飞行模式时采用带有双尾梁与折叠机翼的推进式螺旋桨。2021 年6 月，该原型车在斯洛伐克的相距96km 的两个机场间成功完成了35min 的城际试飞，并于2022 年1 月获得了斯洛伐克监管部门认证。AirCar 的创始人StefanKlein 称， AirCar 原型车只需不到3min 即可从汽车转换为飞机，航程可达1000km。
吉利汽车在2017 年时收购了美国Terrafugia公司的全部业务与资产。2021 年1 月，Terrafugia 开发的混动飞行汽车“太力飞车”（Transition）获得了美国联邦航空局（FAA）的轻型运动飞机（LSA）适航证书。该公司希望在2022 年“太力飞车”可获得公路与空中运营认证。“太力飞车”能够在不到1min 的时间内将车辆从驾驶模式转换成飞行模式，折叠机翼并驱动前轮仅需要不到30s，使其既可以作为传统的公路车辆， 也可以作为飞行器。该车续航距离可达800km，可搭乘两人及行李，但驾驶员需要同时有汽车和飞行器的相应执照才能驾驶该车。“太力飞车”使用的Rotax912 发动机，预期的基本配置版本价格为27.9 万美元。
在2018 年3 月的日内瓦车展上，荷兰PAL-V 公司首次展示了其旋翼机与三轮摩托混合体—Liberty 单发飞行汽车，并有望成为首款量产的飞行汽车。该车有两个座位，采用1 台160kW 的汽油发动机，在陆地与空中的最高速度均为180km/h，驾驶该车也需要同时持有汽车和飞行器执照。Liberty 将有两个不同的版本：运动版与先锋版，其中运动版是基本型号，售价预期为30 万欧元以上，而先锋版的起价则为50 万欧元。
Terrafugia 开发的混动飞行汽车“太力飞车”（Transition）
在国内，小鹏汽车旗下子品牌小鹏汇天的第四代产品旅航者X1 亮相，载着主持人与两位演员穿梭在半空中。此前，小鹏汽车董事长何小鹏曾表示，要在2024 年前实现其飞行汽车的量产，并将价格控制在100 万元人民币以内。小鹏汇天已在飞行汽车领域已有8 年的尝试，共推出了5 款产品。“旅航者X1”采用多旋翼结构，起飞后的续航时间可达到30min，最大飞行高度为1000m，最大飞行速度为130km/h。最新的第五代产品则在第四代的基础上又额外添加了自动驾驶、感知避障、整机降落伞等安全保障功能。据介绍，小鹏汇天的第六代产品将实现桨叶折叠，以及在陆空不同场景下的形态切换等功能。
部分飞行汽车项目的中止
除了专门从事飞行汽车研发的初创企业外，一些为大众所熟知的外国大型飞机制造商或汽车制造商也在飞行汽车这一新兴领域进行了尝试。但因为种种原因， 这些飞行汽车项目被关停或是被中止。
2009 年，美国国防预研局（DARPA） 启动了价值6500 万美元、为期5 年的Transformer（TX） 项目， 希望以在2015 年前开发出具有垂直起降能力、航程450km 的四座飞行汽车。该项目的研发重点是开发并演示一套关键集成技术， 以实现双模式运输、垂直起降能力，以及高效的飞行性能。由于DARPA 对传统的旋翼机不感兴趣，TX 项目考虑了涵道风扇的概念。TX 项目的第一阶段工作包括技术贸易评估及飞行汽车的概念设计，其中AAI 公司的提案被选中，在2010 年10 月洛克希德- 马丁公司也加入其中。2012 年在进入TX 项目第二阶段后，两家公司都展示了他们的概念和缩比模型， 并均通过了DARPA 初步设计审查。其中洛克希德- 马丁的概念车有类似F-35 战斗机的自动驾驶技术，而AAI 的概念车没有。但是在2013 年的DARPA 项目审查中，由于美国军方对飞行汽车概念表现出的兴趣有限，导致该项目最终被取消。
空客、奥迪以及意大利汽车设计公司Italdesign 共同合作开发了Pop.Up Next 项目
空客、奥迪以及意大利汽车设计公司Italdesign 共同合作开发了Pop.Up Next 项目。该项目计划将全电动的自动驾驶汽车与载客无人机结合在一起。在地面上Pop.Up Next 可由奥迪开发的底盘作为汽车行驶，可搭乘两名乘客，在飞行时则切换为由空客开发的全自动载客无人驾驶飞行器模式。2018 年Pop.Up Next 的1/4 缩比模型进行了首飞，采用8 个旋翼。但截至2019 年3 月，当时的电池技术尚不足以为Pop.Up Next 提供理想的能量；而且在监管和认证方面也存在缺失，因此该项目最终被取消。
飞行汽车成为现实的挑战
制造业上可行的飞行汽车既昂贵又耗时，此外制造商还面临着许多更为困难的法律与监管屏障需要跨越。而且即使飞行汽车本身在商业上可行，但为了让它投入使用，也需要建设相应的配套基础设施， 例如，着陆点、车库、加油或充电站以及商业保险等。因此，为了让飞行汽车能够成为现实，仍有许多重要的问题亟待解决。
生产技术挑战
飞行汽车是一项复杂的技术，目前的汽车生产线并不适合对轻型可上路飞行器进进行大规模生产，实现飞行汽车的量产需要全新的生产线。但目前来看，并没有多少汽车制造商愿意或是准备好接受这一改变。此外，飞行汽车是两种不同技术的结合，例如在受力方面汽车和飞机的重量分布是有差异的，必须进行权衡。在制造飞行汽车时，设计师与工程师需要根据消费者偏好的出行方式快速调整飞行汽车的重量结构。
因此，由于这些生产技术上的复杂性， 生产飞行汽车仍需要大量的时间与投资。
缺乏基础设施和相应政策
目前，优步、现代以及空客等行业主要参与者已经把目光聚焦到更受人关注的eVTOL 飞行器而不是飞行汽车，这主要是因为当前的基础设施无法支持需要跑道才能起飞、或者带有大型可折叠机翼的飞行车辆。相比之下eVTOL 飞行器似乎更适合当前的环境，这类飞行器不仅可以降落在现有直升机停机坪上，还能够在拥挤的城市中快速降落并接载乘客。当然在，eVTOL 飞行器的基础设施需要数十亿美元的投资。
此外，飞行汽车将需要一系列新的法规、法律、政策、空中交通管制系统以及指导方针，以确保乘客无论是在空中还是在地上的安全。
其他挑战
传统直升机会产生令城市环境无法接受的噪声，因此，工程师们还需要设计具有高度低噪声特性的飞行器。当然这在技术上是可行的，例如佐治亚理工大学副教授Brain German 表示，通过改变旋翼桨叶的设计，并在飞机上实施分布式多旋翼系统，可显著降低噪声水平。
航空航天工业协会与德勤在2021 年1 月进行的一项联合研究显示，到2035 年， 空中交通市场价值可达1150 亿美元（占美国GDP 的0.5%）。摩根士丹利的另一项研究预测，到2040 年，城市空中交通市场可能突破1 万亿美元大关。这些数字以及飞行器技术的最新发展，都让人希望这些与空中汽车应用相关的种种挑战得到解决，最终见证飞行汽车时代的到来。
