飞行汽车,多久飞入寻常百姓家?

作者: 李昂

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亿航EH216-S使用的多旋翼方案,技术相对简单、稳定性强,且得到过充分验证,但其续航能力相对较差。

电动汽车之外,中国似乎也有望成为飞行汽车商用运营的领跑者。

今年3月28日,亿航智能收到了由中国民航局颁发的全国第一批载人类民用无人驾驶航空器运营合格证,也是全球第一张飞行汽车运营合格证,意味着这家2014年创始于广州的美股上市公司成为全球第一家集齐了型号合格证、生产许可证、标准适航证、运营合格证的飞行汽车厂商,其飞行汽车产品亿航EH216-S也由此成为全球第一架可以投入商用运营的飞行汽车。

大洋彼岸的航空巨头维珍同样在推进飞行汽车的商业化。也是在今年3月,据彭博社报道,维珍航空与2009年创始于美国加州的飞行汽车早期创业公司Joby Aviation达成合作,计划在英国推出空中出租车服务,价格与英国当地的高级网约车服务相当。不过,这项服务的落地需要等Joby拿到运营合格证,该公司目前已经完成了美国商用飞行器审批五大阶段中的前三个阶段,是审批进度走在最前列的美国公司。

这看起来是“低空经济”火热的又一注脚。低空空域泛指1000米高度以下、根据需要可延伸至3000米高度的空域。按照目前中国民航局最新的《国家空域基础分类方法》,中国空域被划分成由A类、B类、C类、D类、E类五类空域组成的管制空域类型,和由G类、W类组成的非管制空域类型。非管制空域类型是当前政策规范下低空经济开展的核心场所,空域真高在300米以下。低空飞行器在非管制空域里能相对自由地飞行,若上升到管制空域,便需要接受空管机构严格的调度管理。

能解决堵车难题、颠覆现有交通方式的载人“飞行汽车”,无疑是低空经济中最令人激动的部分。据中国民航局预计,2035年中国低空经济的市场规模有望达到3.5万亿元,其中飞行汽车的市场规模将达到约5000亿元。摩根士丹利则预测,2030年全球飞行汽车行业市场规模为3000亿美元,2040年达到1万亿美元,至2050年飞行汽车的全球市场规模将达9万亿美元,其中中国潜在市场规模将达到2.1万亿美元。

不过值得注意的是,目前的“飞行汽车”中,相对成熟的产品雏形大多并不是科幻片里那种落地能跑、抬升能飞的玩意儿。总体来看,当前语境下的“飞行汽车”总体可分类为陆空两栖飞行汽车和eVTOL两大类。

陆空两栖飞行汽车目前的技术还不具备大范围应用的可能性。今年2月,A l e fAeronautics公司成功实现了历史性突破—其陆空两用的Model A在美国的一条公共道路上完成了垂直起降。这款交通工具号称能实现177公里的飞行续航、322公里的陆地续航。但其飞行效果是靠牺牲车身坚硬程度和座舱空间来完成的,完全无法满足上路的安全标准;为了腾出空间安放用于起飞的电动多旋翼,其座舱空间也只勉强塞得下一个人,最高时速只能达到40公里。而且,Model A并没有展示过较长距离的行驶能力,它在展示视频中晃晃悠悠的飞行姿态,令不少人质疑其稳定性和安全 性。

同济大学航空与力学学院教授沈海军对《第一财经》杂志表示,作为一种汽车和飞机的混合体,Model A须满足汽车安全标准,结构难免会明显增重,进而导致飞行续航缩水;受汽车外形限制,其空中稳定性同样面临挑战,最终造成既不如车方便,也不如飞机高效。加上城市空域管理复杂度极高,中短期内,ModelA更可能只能作为应急、特种作业等特定应用场景中的限量产品,谈大规模商用为时尚早。

eVTOL是“飞行汽车”里更具落地可行性的方向。这是一种由电机驱动的可垂直起降的飞行器,Joby和亿航都属于这个范畴。从飞行观感上,普通人可能会觉得eVTOL和直升机非常相似,但实际上,两种产品内在的原理大不相同。

沈海军表示,eVTOL通常采用分布式电推进系统,而传统直升机依赖机械传动的主旋翼加尾桨结构,两者在气动布局、操控逻辑和能源系统上差异显著。

分布式电推进技术能让eVTOL摆脱传统直升机架构的限制,完成很多传统架构无法实现的动力架构,具有广阔的设计空间,比如一体化设计和非常规气动布局设计。这也使如今的eVTOL气动布局多种多样,其中最主流的是多旋翼型、复合翼型、倾转旋翼型三大构型。

多旋翼型的eVTOL看起来很像无人机的放大版,它没有显著的机翼,几个朝向天空的旋翼均匀分布在机身周围,推进装置仅提供向上的升力,向前向后的平移动力是通过几个旋翼在横向轴上的总推力差实现的。复合翼型和倾转旋翼型则都拥有显著的机翼,几个旋翼分布在两侧的机翼上。其中,复合翼型的旋翼分为纵向升力旋翼和横向推力旋翼,两者分别负责eVTOL的纵向运动和横向运动。而倾转旋翼机型的旋翼具备倾转功能,负责提供升力,帮助eVTOL垂直升到空中后悬停并完成90度翻转,再为eVTOL供应推力。

技术根源的差异性给eVTOL带来了更好的安全性。沈海军表示,目前航空界基本达成的共识是,相比传统直升机,eVTOL在安全性上要高出一到两个数量级。

首先,eVTOL基本都采用固定翼模式,这使其在起飞时获得的升力比直升机更加稳定可靠,固定翼也让eV TOL仅起降阶段需要垂直飞行,大幅减少了复杂悬停的操作时间。其次,分布式电推进技术让eV TOL天然具备了动力冗余,单个电机故障时仍能保持可控飞行,而传统直升机单发故障风险极高。再次,eVTOL的简约结构使其故障率相对较低,纯电驱动省去了传统直升机复杂的传动系统和机械部件,减少了齿轮箱、尾桨等高风险部件的故障可能性。此外,如今的eVTOL大多搭载了智能化控制系统,可以实现更精准的飞行姿态控制,自动驾驶技术能有效避免人为操作失误。而电机驱动也让eVTOL的维护成本更低,电动系统日常维护需求远低于燃油发动机,更少的机械磨损能带来更高的系统可靠性。

性价比是市场笃信eVTOL能拥有广阔前景的另一大原因。eVTOL的“性价比”并不主要来源于电力相较于化石燃料成本更低,而是其从制造到投入运营的全流程都比传统直升机要省钱得多。麦肯锡咨询曾算了一笔账:直升机单个座位行驶一英里的成本是6至8美元,eVTOL的成本仅相当于直升机的1/5。从售价、维护价到基础设施建设的价格,eVTOL都比直升机便宜了至少一半。

所以,消费一次eVTOL也比消费一次直升机划算得多。保时捷管理咨询公司曾以苏州到上海的短途跨城通行为例,对比了豪华汽车、高铁、直升机、eVTOL等4种交通方式。结果是,汽车以900元成本耗时90分钟完成旅途,高铁以286元成本耗时90分钟完成,直升机以3万元的价格耗时50分钟抵达终点,而eVTOL以1500元耗时42分钟到达目的地。

在东吴证券分析师王紫敬看来,应用场景上的优势才是eVTOL能拥有万亿级市场潜力、成为新世代交通工具的关键所在。“eVTOL低噪、轻巧的特点使得政策能够允许其在城市上空飞行,解决大城市通勤拥堵的痛点,这是直升机做不到的。”王紫敬对《第一财经》杂志 说。

目前,直升机在中国的市场非常小。根据浙商研究院的数据,截至2021年7月,中国的军用直升机数量为913架,民用直升机数量为5584架;而美国的军用直升机数量为1269架,民用直升机数量为13306架—中国的直升机总数还不到美国的一半。eVTOL或许能填补中国直升机的空白,在属于飞行汽车的时代“弯道超车”。

其实“飞行出租车”并不是什么新名词,在维珍和Joby合作之前,多国厂商都尝试过推出飞行出租车服务,但最终都以失败告终,这使得市场上有部分声音认为飞行汽车就是无法落地的“泡沫”。失败的症结在于eVTOL构型过于创新,监管部门此前没有适用的审批条例,其安全性也迟迟无法得到验证,因此eVTOL拖了很久都没能拿到商用许可证—韩国济州岛的飞行出租项目、法国巴黎的飞行出租项目,都是草草收场;德国知名飞行汽车独角兽Volocopter则在日复一日的等待中,最终于2025年1月向法院递交了破产申请。

中国公司亿航此番获得运营合格证,对投资者来说无疑是一剂强心针。亿航取得许可证采用了相对讨巧的方式:亿航EH216-S使用的多旋翼方案,技术相对简单、稳定性强,且得到过充分验证,这使得其在安全性评估上有相对优势。但由于多旋翼方案的向前向后的平移动力是通过几个旋翼在横向轴上的总推力差实现的,这使其续航能力相对较差,续航时间仅25分钟,续航航程仅为30公里。

沈海军认为,相比于多旋翼方案,倾转旋翼型的eVTOL会更受青睐。倾转旋翼的eVTOL大多能实现200公里以上的续航航程,Joby、沃飞长空、小鹏汇天等品牌都开发了倾转旋翼方案的产品。不过目前为止,即便是续航最长的小鹏汇天,也仅能实现约500公里的理论续 航。

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电池密度不足是eVTOL航程难题的关键。如今的电池能量密度多为2 0 0至2 5 0瓦时/千克,比传统的化石燃料低约50倍,这不仅卡住了eVTOL续航的上限,也让其载荷人数面临上限—目前的产品既“跑不远”也“装不下”。

eVTOL的发展很可能也会经历与电动汽车非常相近的路径:在纯电无法实现的阶段,用混动来过渡。2024年7月11日,Joby表示其氢电版的S4 eVTOL验证机在6月底的测试中一次性飞行了523英里(约合842公里)。2024年11月7日,小鹏也发布了搭载鲲鹏增程系统的6座eVTOL,号称续航在500公里以上。

也有看法认为,续航问题并不值得焦虑。王紫敬就表示,“ 在城市里,几十公里就够用”—eVTOL按直线飞行,距离比地面上短得多,一个城市中的大部分目的地都用不了多少公里;飞到目的地之后停进机库里换电,再使用时又有充足的电力飞去下一个目的地。

中国低空经济联盟的《低空经济发展趋势报告》预测,2030年中国eVTOL市场保有量有望突破10万架。从这个数据来看,飞行汽车在相当长一段时间内还很难“飞入寻常百姓家”。而以每架eVTOL约300万元的售价来计算,至少到2030年,eVTOL也达不到所谓万亿级市场的门槛。

不过王紫敬的预测更为乐观。如今,深圳一些高楼已经开始搭建eVTOL机库,在王紫敬看来,一旦基础设施建成和技术瓶颈突破形成共振,飞行汽车就能迅速迎来爆发式增长,形成地面交通网络在空中的复刻。

而据沈海军透露,上海目前的低空空域,每小时可同时容纳的eVTOL数量大概是数千架。作为对比,上海早高峰快速路的断面流量大概是1.2万辆,这意味着要迎接消费者集中拥抱飞行汽车的浪潮,空域未来可能还得面临调整。

他认为,从中期视角来看,eVTOL商业化仍会以“空中出租车”为主,类似网约车模式;大型eVTOL公交(20座以上)需要等到电池能量密度、智能飞控等技术取得重大突破才行。根据当前固态电池及氢燃料电车的发展水平来看,大型eVTOL公交2030年前难以普及。至于eVTOL私家化,受空域管制和价格制约,真正落地可能还需要20至30年的时间。

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