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飞行汽车当前面临哪些技术瓶颈?

发表时间:2021-12-18 14:38:34    作者:网络    点击:

会飞的汽车,是指在空中飞行或在陆地上行驶,从一辆公路汽车变成一架飞机。世界首辆空中飞车2009年3月初,在美国实现了首飞,降落后只需按一个按钮就可以将飞机折叠,驶上高速公路。

2010年7月6日,美国terrafugia公司制造出陆空两用变形车,并被美国航空主管部门允许投入商业性生产。

斯洛伐克工程师兼设计师斯特凡·克莱因在飞行梦的激励下,设计并制造出在飞行模式下,最高时速可达200公里,地面极速为每小时160公里;加满油后空中飞行距离为700公里,地面行驶距离为500公里的飞行汽车。

2018年3月6日,荷兰公司PAL-V推出了最终量产版飞行汽车,并开始在其公司网站上接受预订,售价约60万美元。2020年2月,已获得批准可在欧洲道路上行驶,但这款汽车要上天飞行,还需获得欧洲航空安全局的航空认证,据称有望在2022年完成审批。

实际上,飞行汽车,顾名思义就是一种既能在陆地上行驶,也能做空中飞行,二者可以自由转换的交通工具。作为一种新型的中短途空中交通工具,飞行汽车未来潜在应用领域涉及城市客运、区域客运、货运、个人飞车、紧急医疗服务等多种场景模式。

在城市发展日益膨胀,交通不堪重负,堵车已经成为常态化的状况下,飞行汽车这一兼顾陆地与空中均可运行的,方便、快捷的交通工具,理所当然地会成为所有人都十分向往的“神器”,寄希望于它能够在未来完美地解决“城市病”所带来的出行难烦恼。

飞行汽车被视为未来交通问题的主要解决方案之一,其广阔的市场发展前景,吸引了全球各大航空和汽车巨头们的高度关注,波音、空客、巴航以及丰田、戴姆勒、现代等不断投入研发资金,希望可以尽快获取成果。

然而,理想很丰满,现实却很骨感。目前,飞行汽车的研发仍面临许多难以突破的技术瓶颈,主要集中在以下方面:

一、电池能量密度低,导致飞行汽车负载太重

从飞行汽车未来的应用场景来看,它主要用来解决拥堵的城市交通,而采用传统滑跑起飞模式的飞行汽车可能并不符合城市使用的要求,它需要具备垂直起降的功能。但仅依赖旋翼提供升力,在水平飞行时的效率很差。特别是当前电池能量密度相对较低,沉重的电池占据了飞行汽车的大部分载重能力。

如日本“SkyDrive”飞行汽车只能飞行5-10分钟,目前基本上不具备实际应用能力。目前电池已成为飞行汽车制造的瓶颈,如果电池技术不能出现突破性进展,飞行汽车一时也难以取得成功。

在此情况下,各国飞行汽车制造企业正在尝试不同的技术手段,寻求最佳解决方案。一种方案是在飞行汽车水平飞行时,采用类似飞机的机翼构件布局更为合理,依托机翼可以更高效地产生足够的升力。但这就涉及到复杂的机翼折叠和伸展结构。

另一种方案则是像美国的鱼鹰飞机的倾斜旋转翼那样,在飞行汽车起飞后,将原来垂直推进的旋翼转变为水平推进,但这种设计存在可靠性的问题,因为此前“鱼鹰”曾多次在这种推力转换过程中,出现设备故障而导致飞机失事。

二、动力系统

出于对飞行汽车安全性和结构性的考虑,其动力系统多采用了分布式推进系统。国外一些飞行汽车企业已经有了专用的飞行汽车动力系统,如Pipistrel的产品已完成了适航认证,赛峰、罗罗、MagniX等相应产品也在适航认证过程中。

国内相关产品目前主要应用于小型无人机上,还没有研发出针对航空适航级别的专用动力系统可供厂商选择,企业为满足自身需求,只能依靠定制。

三、飞行控制系统

飞行控制系统是飞行汽车的核心系统,犹如人体的心脏,飞行汽车完全依赖于控制系统来实现感知、控制和决策。当前,小型无人机、民航飞机及军用大型无人飞机的飞控系统都已经有成熟的解决方案。

但是,飞行汽车的飞行控制技术对可靠性的要求更加严格,因为,飞行汽车是用来在人口和建筑物密集的城市上空运行的,这就对其的安全性提出了更高的要求。

四、整车结构的成本较高,只有满足低成本量产的要求,才能实现大规模制造的目标

飞行汽车整车结构的主要供应商来自传统的汽车生产商,但由于飞行汽车的体积较大,要实现规模化生产,其成本将是一笔巨额投入,因为它相当于要为飞行汽车专门重建一条生产线。而这一切都需建立在确保有十分广阔的市场前景的基础上,才能实现。

由此可见,从飞行汽车整车结构的定制到低成本量产,还需要有一个技术积累和沉淀的过程。除了以上4个因素外,还有航电系统、通讯系统和导航系统都面临一系列需要解决的技术难题,要逐一去予以攻克。

五、自动驾驶技术尚未达到能够适应复杂的城市“立体交通”管理系统的水平

既然飞行汽车主要是用于解决城市的交通问题,那么它就涉及到地面交通和低空空域的使用,必须要能确保在交通繁忙的大都市中,引入飞行汽车后的城市“立体交通“不会”忙中添乱“,这就给交通管理部门带来了很大的的挑战。

此外,按照规定,驾驶飞行汽车需要考取飞行驾照,这将会极大地限制飞行汽车的普及。不过,这一问题可以通过采用自动驾驶来化解,假设未来的飞行汽车采用自动驾驶模式,由城市交通管控中心进行集中管理,乘客上车后只需确认目的地后,就不需要干预行驶过程,那么这不仅降低了飞行汽车的使用门槛,还保证了其安全性。

目前,我国的小鹏汇天研发的飞行汽车正在向着自动驾驶的方向发展。这款飞行汽车通过驾驶辅助,可以帮助用户安全实现起飞、飞行、降落,并且依靠一套软硬件相结合的系统,有效地评价驾驶员过往的驾驶行为,适时解锁飞行功能。

现在基本上可以确认的是,采取传统滑越起跑的起飞模式,可能不符合城市使用的要求,而垂直起降的飞行汽车才是符合未来城市需求的产品。小鹏汽车于2021年11月16日发布的最新第六代飞行汽车,就是首款”兼顾飞行和陆行“的量产型号。

它的外形类似于标准汽车,能够在大多数的公共道路上行驶,起飞时从车体内伸展出一对旋翼,为飞行提供动力。

六、飞行汽车的安全性问题还没有得到解决

可以设想,一架载人重达吨级的飞行汽车与一架无人机在城市上空坠落,它们所造成的后果是截然不同的。飞行汽车一旦在城市上空出现坠毁事故,无疑相当于一场空难,将会造成重大的人员伤亡和财产损失。

另一方面,飞行汽车无法像无人机那样,可以采取试飞的方式进行试错性研发,这无疑加大了研发成本的投入,而且这一开发过程对于供应链也有着非常高的要求。

结语

笔者认为,尽管飞行汽车的研发目前遇到了技术瓶颈,但是不可否认的是,它代表了新一代交通工具的发展方向,必将成为未来主流的交通工具。因此,当突破了目前的技术难关后,人类社会迟早会迎来飞行汽车大规模商业化应用的那一天。

飞行汽车


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