欢迎来到飞行汽车![请登录]     新用户 [请注册] 
手机端  |  客服热线:400-188-0263
全球  [切换国家]

热门国家

更多国家

问答

飞行汽车,完美的城市空中出行工具?

发表时间:2022-02-02 14:53:26    作者:飞行的世界    点击:

今天的飞行器,在交通行业中的比重,还远不如汽车。

原因之一是不够灵活方便。车可以下楼就开走,但飞机总是要先花几十分钟甚至一个小时去机场,然后还要再花一个小时搞定无聊的值机、安检和登机。

另一个原因是费用较高。飞机往往要爬升到几千米甚至上万米的高空进行工作。一升一降,消耗太多能源。风阻也比流线型的汽车、高铁要更高。

我们不难提出这样一个畅想:如果存在一种飞机,价格上能像汽车一样普及,灵活性上也像汽车一样说走就走,想飞去哪里就去哪里,该有多好啊。

直升机是相对最靠近这一概念的飞机类型,它可以不依赖跑道做垂直起降。因此,工程师首先尝试的就是基于直升机做改良。

2010年,西科斯基飞机公司为研究目的建造了世界上“第一架全电动直升机”西科斯基萤火虫,它是一架经过改装的西科斯基S-300C直升机,其发动机被一个电动机和两个锂离子电池组取代。直升机只能容纳飞行员,不能容纳乘客,最高时速为150公里/小时,可以运行12到15分钟。


西科斯基S-300C的改装

在Eurosatory 2018欧洲军备展上,以色列无人机制造商Steadicopter展出了一款Black Eagle 50垂直起降固定翼无人机,它的长度为254厘米,主旋翼直径为216厘米,最大起飞重量为35公斤,可负重3 公斤,并拥有4小时的续航。它配备各种感测器和摄像仪,并允许顾客根据不同需要进行选装。


Black Eagle 50无人电动直升机

去尝试载人电动直升机的公司并不多,原因很简单,电动化解决不了直升机要面对的两大弊端。

直升机的首要弊端,就是低安全性——只要主桨失效,那基本上很难有挽回的空间,所以直升机飞行员被称为最危险的职业之一。据国际直升机安全队(International Helicopter Safety Team )统计,美国民用直升机事故率是每10万飞行小时3.45次飞行事故,事故率远高于民航客机。也就是说,假设有人买一架私人直升机做交通工具,每年飞机使用200小时,那么连续使用12.5年,就有10%的概率失事。


富商名人遭遇直升机空难,屡见报端

无论电动的还是内燃机驱动的直升机,主桨依然只有一个,安全性的问题无法根本性改善。

直升机的第二大弊端是桨叶带来的噪音,无论机舱内外分贝高达110db,不带降噪耳机完全无法正常对话。我在芬兰乘坐过一次直升机,飞机起飞时,方圆百十平米内,别说对话了,就是坚持站在附近都有点困难,空气剧烈的振动都会让我有些瑟瑟发抖。


2017年3月,我在芬兰北部的一个冰雪赛道,试驾奥迪RS6

更糟糕的是,电动化不能解决传统直升机的安全和噪音问题,反而带来了新问题——重量和续航。电动车的续航,这些年让全球无数人,尤其是中国老百姓操碎了心,对于电动飞机来说,来自动力电池的挑战会比电动车还要大很多。


所以,光电动化肯定走不通,飞机结构一定要有根本性的创新。

具体该怎么做,行业里已经有多种技术路线在尝试当中。

有一派比较激进的做法直奔飞行汽车而去,如小鹏汇天。

另一派则通过多旋翼的方式改良飞行器,具体有不同的多旋翼设计方式,如亿航、Volocopter、峰飞等。


1.飞行汽车:汽车有了翅膀

地上能跑、空中能飞的神器让人向往,但实际上短期实现的可能性,很低。

飞行汽车首要面对的问题,是这样的产品需要满足两套取向不同、但都非常苛刻的法规。

汽车已经是地球上法规最严格、工程难度最高的产品之一,需要满足无数个车规级的行业法规。


小小的电子后视镜,全球范围内只有日本刚打开法规绿灯

在空中飞的飞行器,则需要满足航空行业的苛刻标准。而这套标准和汽车标准是两回事,取向并不一致,这会造成产品设计极为难以兼顾。

比如汽车需要考虑碰撞安全,所以身板要足够坚硬厚实,太轻太小巧的话就很难达标。但飞机在空中不需要担心碰撞,需要担心太重了飞不起来或飞不远,如何瘦身才是关键。


小 鹏 汇 天飞行汽车在2021年发布会展示的产品概念

回到小鹏汇天飞行汽车,这个概念飞机采用双螺旋桨,理论上安全性比单桨更危险。因为AB两个中任何一个出问题都是致命的,这比单独A出问题的概率约等于翻倍。

我推测小鹏汇天展示的这个概念主要是吸引眼球,做宣传大杀器。真实的方案他们不一定愿意现在公布。靠这个概念方案能拿到5亿顶级风投的融资,不现实。不管小鹏汇天的设计师有多疯狂,拿着真金白银投资的人,不会和钱过不去。

2.多旋翼飞行器:放大版大疆


亿航


Volocopter

大疆已经充分证明了多旋翼的技术路线是可以把飞行器送上天的。这个设计思路可靠简单,多个旋翼具有较大的安全冗余,飞控技术成熟,任何一个旋翼出了故障,整个飞机不至于立刻失控坠毁。

而亿航和Volocopter,是对大疆之类的多旋翼飞行器,加上了火星忍者中的“倍化之术”。


火影里的秋道一族的“倍化之术”

缺点也有。在飞行全程,包括上升、平飞、下降阶段,升力始终依靠旋翼提供,电池和电机始终处于较高的工作负荷。这样会导致能耗高、续航低、动力系统散热压力大。

用于娱乐和拍摄的大疆无人机,可以接受这样的缺点。玩大疆的朋友,常常备着四五块电池,每飞20分钟左右,就需要更换。飞手可以忍耐这件事的唯一原因是因为他自己还站在地面上。如果是用于载货/载人的UAM,对于这一缺点的忍受度就低的多了。

3.倾转翼+固定翼:电动版鱼鹰


Archer Maker(V-22倾转旋翼机起飞动图)

V-22倾转旋翼机,绰号鱼鹰,于20世纪80年代由美国波音公司和贝尔直升机公司(Boeing Bell)联合开始研发,1989年3月19日首飞成功,经历长时间的测试、修改、验证工作后。2006年11月16日进入美国空军服役,2007年在美国海军陆战队服役,同年开赴阿富汗进行实战部署。

这种飞机的最大特点是,旋翼可以根据需要调整方向。起飞阶段,旋翼向下提供升力,到了平飞阶段,旋翼可以倾转,变成提供向前的推力,升力依靠固定机翼来解决。

因此,技术路线已经是现成的,需要转化成电动化即可。该设计方式的极速和巡航效率都会比较高。

但劣势就是可倾转机构是一个复杂的高级设计。任何机械设计越复杂,精确和可靠就越难保证。

另外一个劣势是浆叶的选择会陷入两难。为了提供更大的升力,桨叶需要大,就像直升机一样,接触面积越大,同等功率提供的升力就越大。但另一方面,平飞状态下的桨叶会带来空气阻力,桨叶越大阻力就越大,噪音也越大。这一类型的飞行器就像半直升机半固定翼飞机,桨叶的设计上需要做妥协。

4.复合翼+固定翼:电动“鱼鹰”变种

对电动“鱼鹰”做一些调整,就能产生这种新路线。在固定翼飞机上加装几个垂直方向的螺旋桨提供垂直升力,等到爬升到一定高度,提供升力的桨叶停止工作,水平方向的桨叶开始工作,于是变成了平飞模式,依靠固定翼提供升力。

这种设计的优势就拥有类似“鱼鹰”的能力,但设计结构更简单,没有复杂的可倾转运动机构,制造成本更低。而且由于提供升力和推力的桨叶都是专门的,所以在直径尺寸上可以分别优化,达到各自的最优解。这样巡航效率会更高。


缺点是需要协调数量较多的电机一起工作,飞控软件较为复杂。同时提供升力的旋翼在平飞时是死重,会拖累效率。而平飞状态下提供向前动力的推进电机数量比较少(如上图展示的设计,只有2个),所以平飞的极限速度、巡航能耗肯定不如“鱼鹰”。比如Joby的极速是300多公里每小时,采用复合翼设计的峰飞V1500M只有200公里每小时。

可以做一个简单的概括,选择“鱼鹰”就是选择了较高的续航速度,代价是复杂的机械结构、相应的可靠性、高成本难题。选择“复合翼”就是选择了简单的结构、更好的可靠性、更好的巡航能耗,牺牲一定的飞行速度。

飞行汽车


【版权声明】以上内容来源于网络转载,出于传递信息及学习之目的,不代表本网站的观点、立场,本网站不对其真实性负责。未经原作者feiauto允许不得转载本文内容,否则将视为侵权,本站依法保留追究权!www.feiauto.com

【投稿】请把所需要提交的文章投稿至此邮箱:feiauto@126.com


热门车源

请填写您的反馈内容和联系电话
* 反馈内容:
* 手机号:
您的信息不会在网站上显示,我们将保证您的隐私安全。
提交
展开

车辆买卖

商务合作

投诉举报