eVTOL飞行汽车的现在和未来（上）

 

 

摘要

本文首发于《空运商务》2022年第12期，作者系民航二所研究员（注：民航二所位于四川成都）。文章介绍，据2022年8月的美国垂直飞行协会（VFS）发布的最新统计，全球超过700个eVTOL设计研发项目，其中235个矢量推进构型布局，124个升力+矢量推进构型布局，195个多旋翼构型布局，103个为悬停自行车和个人飞行器，47个电动旋翼机设计，涉及全球48个国家的347家公司或创新机构。其中，主要分布的国家是美国（124个）、英国（24个）、中国（21个）、德国（19个）和加拿大（17个），占所有设计实体的近60%。从eVTOL项目的投资金额来看，2021年eVTOL项目的投资总额较2020年增加了一倍。

 

 

 

而在文章结语中，作者指出：作为一种新型的中短途空中交通工具，eVTOL提供了一种颇具未来感的空中出行方式。随着人工智能、电池技术、通讯导航等发展，人们可将eVTOL飞行器作为通用平台并稍作改装，先用于货运，作为军用级、民用级（特别是工业级）大型垂直起降无人机使用，待经历足够的技术积累、知识产权获得及使用后的性能改进，达到较好的安全性水平，并取得适航认证，再用于载人运输。eVTOL在旅游观光、物流运输、医疗急救、消防应急等场景投入使用，紧急医疗服务（EMS）将会是最先实现的应用场景，消防、搜索救援和空中执法紧随其后，空中游览可能是通往载客服务的一个非常好的开端，最后实现空中出租车运营。空中出租车、飞行救护车和货物运输可能是未来eVTOL的常态化用途。

 

 

 

 

随着世界主要大城市人口不断增加，城市地面交通道路建设逐渐饱和，大都市圈及超级城市群内部的地铁、轻轨因功能和覆盖区域有限且投资成本巨大，现有的城市交通模式面临极限，导致城市交通出行拥堵问题越来越严峻，已经影响到城市的运行效率、生活便利、环境保护等诸多领域，形势的发展使得UAM（Urban Air Mobility，城市空中交通）概念及eVTOL（Electric Vertical Takeoff and Landing，电动垂直起降）飞行器应运而生，以解决日益严重的大城市交通拥堵问题，并推动航空业向低噪声零排放转型实现绿色发展，现已成为目前全球航空界的新兴领域和最热门的新赛道。

 

■ eVTOL基本概念

eVTOL是指以电力作为飞行动力来源且具备垂直起降功能的飞行器，具有垂直起降、智能操作、快捷机动、低成本、低噪音、零排放、易维护、高安全等特点，相对传统飞行器相比，安全性、智能性、经济性和环保性的优势显著，可使人和货物以无缝、经济的方式在城市低空快速流动与灵活作业，能高效开发城市低空空域资源，有效缓解日益严重的城市地面交通拥堵问题，并解决空中物资运输和交通出行的迫切需求，大幅提升快捷及时、按需响应效率，顺应了电气化、绿色化、智能化的发展趋势，是一种面向未来城市空中交通（UAM）场景、更符合未来城市综合立体交通系统的飞行器形态，为超大城市、都市圈及城市群创造了新的通勤方式。

全球范围内新兴的eVTOL研制与开发种类繁多、形态各异，基于运行模式、整机构型、动力能源、设计载荷、目标客户、适航认证等维度，可将主流eVTOL分成不同的类别。根据运行模式，eVTOL可分为有人驾驶和无人驾驶两种类别，或者载人、载客及兼容载人载客三种类别。按照动力能源维度，eVTOL可分为全电动、混合动力两大类，全电动类别包括锂电池、氢燃料电池、太阳能电池三种，混合动力类别包括锂电池+氢燃料电池、锂电池+燃油两种。按照整机构型维度，eVTOL可分为多旋翼型、矢量推进型、升力与巡航复合型、可变构型等四大类，其中矢量推进型包括倾转旋翼、倾转机翼、倾转涵道三种。按照设计载荷维度，eVTOL可分为轻型（有效载荷100-200kg）、中型（有效载荷300-500kg）、重型（≥1000kg）三类。按照目标客户维度，eVTOL可分为2B（商业运营类，指载人客运、载物货运、低空旅游等）、2G（政府服务类，指城市管理、警务安防、国防军事、应急救援等）、2C（私人飞行类，个人或家庭出行）。按照适航认证维度，eVTOL可分为基本型（需要在升力系统、机载设备等发生严重故障时，可控着陆，不能用于人口聚集区上飞行或商业运营）和增强型（需要在升力系统、机载设备等发生严重故障时，仍保证安全飞行，可用于人口聚集区上空飞行和商业运营）。

 

目前，对外公开的eVTOL项目主要面向城市的通勤市场，基于货物运输需求的项目占少部分，也有一些项目同时规划有载人版和物流版。eVTOL的整体构型设计路线、机体气动性、整体轻量化等，不同构型的整体构型，会产生不同的空中气动阻力、起降效率、推进效率与飞行距离，主要体现为最大航程、巡航速度、飞行高度、乘客数量与最大载荷等效能参数不同，也就决定了eVTOL的运行模式、服务范围与应用场景有异。基于推进动力考量eVTOL可分为三大类：矢量推进型、升力与巡航复合型以及多旋翼型，其中矢量推力可以再细分为倾转旋翼、倾转机翼、倾转涵道等类型（如表1所示）。

eVTOL普遍采用了分布式电推进设计技术，由于目前电池能量密度快速提升，全电动技术项目数量占比达66%，混合动力技术项目占比约为28%。目前，混合动力eVTOL更适合短途城际航线垂直起降模式，是城市空运市场从传统动力飞机向全电动飞机发展的重要过渡。为加快符合适航审定与任务需求，部分全电项目转向了混合动力技术。碳氢化合物燃料比电池储存能量要好很多，而精心设计的混合动力eVTOL可能更清洁、安静、运行成本更低。另外，无人机货运方面也开展探索尝试开发太阳能eVTOL。

 

飞行救护车和货物运输可能是未来eVTOL的常态化用途。在未来5G网络及6G星链网络构建的万物互联世界里，eVTOL可满足城市低空短距离通勤出行及物流等一切场景需求。不久的将来，eVTOL将沿循从载物到载人、从郊区到城市、从特需到日常、从公共服务到商业化运营的发展方向，深入融合到人类生产生活各领域，创建智能高效、安全可靠和可持续发展的城市空中智能交通生态体系。