飛行汽車何時才能到來

高安全、高能效、低噪聲、低成本，是飛行汽車的主要議題和未來發(fā)展關(guān)鍵。

本次網(wǎng)易科技《新基建訪談》就飛行汽車發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的話題采訪了張揚(yáng)軍教授，與他進(jìn)行了一次深入的交流。張揚(yáng)軍是清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院教授，教育部長江學(xué)者特聘教授，清華大學(xué)特種車輛與動力研究所所長，汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任，清華大學(xué)通用航空技術(shù)研究中心主任，中國空天動力聯(lián)合會新型能源動力專委會主任。張揚(yáng)軍教授因飛行汽車的相關(guān)研究工作獲2019年度萊特兄弟獎?wù)?，為該獎?wù)伦?927年設(shè)立以來中國首位獲得者。

飛行汽車作為面向城市空中交通和未來立體智慧出行的交通運(yùn)輸工具，在張揚(yáng)軍教授看來，其發(fā)展有兩個核心推動力，第一個是從根本上解決城市地面交通擁堵的需求牽引;第二個是新能源汽車技術(shù)發(fā)展的推動──車輛電動化和智能化技術(shù)水平的提高為飛行汽車發(fā)展奠定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

在需求側(cè)，解決城市地面交通擁堵問題是飛行汽車的歷史使命，也意味著其中孕育了巨大的商業(yè)市場。在技術(shù)側(cè)，新能源汽車發(fā)展極大的推動了車輛電動化技術(shù)水平并降低了成本，使飛行汽車發(fā)展有了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

張揚(yáng)軍教授認(rèn)為，未來所有汽車都將飛起來，高安全、低噪聲、高效率是前提。直升機(jī)的經(jīng)濟(jì)性難以滿足大規(guī)模使用對交通工具成本的控制要求。飛行汽車規(guī)模化發(fā)展必須要實(shí)現(xiàn)低成本，所以它的生產(chǎn)和供應(yīng)鏈要充分利用汽車行業(yè)。

據(jù)張揚(yáng)軍教授預(yù)測，2020-2030年，飛行汽車將開啟城市空中交通時代;2030-2050年，逐漸進(jìn)入飛行汽車商業(yè)化運(yùn)營時代;2050年后，將實(shí)現(xiàn)城市立體智慧交通，飛行汽車兼具空中飛行與地面行駛的功能。

“安全”是交通工具發(fā)展的首要前提，安全也是訪談中被張揚(yáng)軍教授提及最多的詞匯。“飛行汽車發(fā)展面臨最大的挑戰(zhàn)在于低空復(fù)雜瞬變氣象環(huán)境對飛行安全性的影響。要解決這個問題首要就是實(shí)現(xiàn)對低空氣象環(huán)境信息的感知，而這個“感知”比汽車對交通流的感知難得多，數(shù)據(jù)量也大得多。”

張揚(yáng)軍教授告訴《新基建訪談》，飛行汽車性能主要涉及垂直起降平臺構(gòu)型、低空飛行智能駕駛、新能源動力推進(jìn)等三大技術(shù)領(lǐng)域。新能源動力功重比低和安全性問題，是當(dāng)前飛行汽車性能研發(fā)面臨的最主要問題和技術(shù)挑戰(zhàn)。

張揚(yáng)軍教授還在訪談中指出：“在飛行汽車發(fā)展初期，較好的應(yīng)用場景是物流運(yùn)輸，為載人運(yùn)輸打好基礎(chǔ)”。

以下為張揚(yáng)軍教授第一人稱講述：

1、什么是飛行汽車

飛行汽車的傳統(tǒng)概念是汽車“飛”起來，現(xiàn)代飛行汽車的概念拓展為面向城市空中交通和未來立體智慧出行的交通運(yùn)輸工具，且面向城市空中交通的電動垂直起降飛行器eVTOL將是飛行汽車發(fā)展的一個重要階段。

從歷史起源來說，1886年人類有了汽車，1903年萊特兄弟飛機(jī)上天。基于汽車活塞發(fā)動機(jī)，我們實(shí)現(xiàn)了人類飛行的夢想。自從有了汽車和飛機(jī)以來，其實(shí)人們就開始探索把汽車和飛機(jī)結(jié)合起來。1917年在北美航空展上，出現(xiàn)把機(jī)翼和汽車車體結(jié)合起來的嘗試，我們一般稱其為飛行汽車歷史上的第一步。

如今，汽車電動化、智能化技術(shù)的發(fā)展，為航空電動化和智能化技術(shù)的發(fā)展奠定了較好的基礎(chǔ)，導(dǎo)致航空飛行器設(shè)計正在發(fā)生革命性的變化?；陔妱踊夹g(shù)的垂直起降飛行器eVTOL可以實(shí)現(xiàn)分布式推進(jìn)，大幅提高安全性、有效降低噪聲和成本;而智能化技術(shù)的應(yīng)用不僅可提高eVTOL的安全性，更是有效降低了eVTOL規(guī)?；?、大眾化應(yīng)用的飛行駕駛瓶頸和障礙。

因此說飛行汽車是航空與汽車跨界融合發(fā)展的結(jié)合點(diǎn)，是航空技術(shù)電動化、智能化的必然發(fā)展，未來還將空地一體化。有很多人說當(dāng)前面向城市空中交通的eVTOL并不具備地面行駛屬性，為什么還稱為飛行汽車?!我個人認(rèn)為，這主要是基于兩個原因：第一個原因是從城市空中交通的規(guī)模來說，將比傳統(tǒng)通用航空的規(guī)模大1到2個數(shù)量級，稱“飛行汽車”可以讓人們將其與傳統(tǒng)通用航空的規(guī)模區(qū)分，體現(xiàn)“新通航”的大規(guī)模業(yè)態(tài)優(yōu)勢;第二個原因是從城市空中交通的發(fā)展看，城市空中交通未來還將與地面交通融為一體實(shí)現(xiàn)立體智慧出行，也就是未來的eVTOL還將具有地面行駛功能，現(xiàn)在的eVTOL飛行汽車是未來飛行汽車發(fā)展的一個重要?dú)v史階段。未來飛行汽車的地面行駛屬性必將得到實(shí)現(xiàn)和強(qiáng)化，人類將在全新的智慧出行交通體系下重新回歸和實(shí)現(xiàn)關(guān)于汽車“飛”起來的夢想。

從汽車的發(fā)展來看，汽車電動化、智能化以后下一個臺階是什么?是陸空一體化，即未來的汽車將“飛”起來。我們正在跨進(jìn)電動汽車的時代，即將迎來智能汽車的時代，陸空一體的飛行汽車時代將是汽車電動化、智能化之后的一個必然發(fā)展結(jié)果。

飛行汽車是汽車與航空電動化、智能化跨界融合的結(jié)合點(diǎn)和創(chuàng)新載體，將引領(lǐng)汽車和航空新發(fā)展。

2、安全問題重中之重

飛行汽車作為面向城市空中交通和未來立體智慧出行的交通運(yùn)輸工具，應(yīng)滿足 “高”(高安全、高效率)、“低”(低噪聲、低成本)、“大”(大載荷、大規(guī)模)等三大基本性能要求。

飛行汽車性能主要涉及垂直起降平臺構(gòu)型、低空飛行智能駕駛、新能源動力推進(jìn)等三大技術(shù)領(lǐng)域。目前有關(guān)飛行汽車性能的技術(shù)研究，主要集中在垂直起降平臺構(gòu)型和低空飛行智能駕駛這兩大技術(shù)領(lǐng)域，專門針對飛行汽車新能源動力的研究較少，主要是基于現(xiàn)有汽車新能源動力技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行選型、系統(tǒng)集成和應(yīng)用。

新能源動力功重比低導(dǎo)致飛行汽車有效載荷低、航程短，飛行汽車采用新能源動力還將帶來電安全、熱安全、氫安全等新的航空安全性問題。新能源動力功重比低和安全性問題，是當(dāng)前飛行汽車性能研發(fā)面臨的最主要問題和技術(shù)挑戰(zhàn)。

飛行汽車的安全性，是一個極其重要的問題，也是我們最關(guān)心的問題。不同于電動汽車，飛行汽車對電池和電機(jī)有更高的可靠性與安全性要求。目前大家可能比較關(guān)注的是電動化系統(tǒng)功重比低，導(dǎo)致飛行汽車載荷低、航程短，但安全性問題更重要。由于電動化對于航空來說是一個全新的領(lǐng)域，目前應(yīng)該說關(guān)于電機(jī)、電池等關(guān)鍵部件以及電動化系統(tǒng)的安全性設(shè)計和適航性研究非常欠缺，現(xiàn)有的電動化系統(tǒng)要達(dá)到航規(guī)級的安全性要求，還需要做大量的工作。

我在各個場合都強(qiáng)調(diào)飛行汽車必須要高安全，低空飛行安全性是飛行汽車性能的核心，就像智能汽車有潛力減少汽車事故一樣，低空飛行智能駕駛技術(shù)將有效提高飛行汽車的安全性。優(yōu)步發(fā)布的《城市空中交通白皮書》 認(rèn)為飛行汽車將比傳統(tǒng)汽車更安全，通用飛機(jī)每乘客公里死亡人數(shù)即致死率是私人駕駛車輛的2倍，而飛行汽車通過分布式推進(jìn)和輔助智能駕駛，可將該比率至少降至通用飛機(jī)的1/4，即飛行汽車的安全性可提高至私人駕駛車輛的2倍。

飛行汽車在起降時會接近地面、建筑物和人員，雖可能有空域限制并需注意其他飛行汽車或低空飛行器，但總體上飛行汽車低空飛行智能駕駛技術(shù)所面臨的障礙環(huán)境沒有地面行駛汽車復(fù)雜，然而氣象環(huán)境會嚴(yán)重影響低空飛行的安全性。與智能汽車無人駕駛技術(shù)相同，飛行汽車低空飛行智能駕駛功能主要包括感知、決策和控制3個部分。對低空氣象環(huán)境的感知、決策與控制以及在遇到不確定情況或錯誤時，飛行汽車無法像地面行駛汽車一樣停在路邊，必須提供短期恢復(fù)模式確保安全降落?？?，這是飛行汽車低空智能駕駛技術(shù)面臨的最主要挑戰(zhàn)。

飛行汽車要進(jìn)入城市，并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，除安全以外的另一個重要前提就是要低噪聲。第三是要高效率，效率高才能滿足大眾出行的經(jīng)濟(jì)性要求。最后就是要低成本，規(guī)?；慕煌üぞ咭欢ㄒ獙?shí)現(xiàn)低成本。依托汽車工業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)、設(shè)計思路和供應(yīng)鏈，將有效降低飛行汽車的制造和使用成本。

3、現(xiàn)在的關(guān)鍵不是載人而是物流

我們說飛行汽車作為面向城市空中交通的新型交通工具，目前進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。但總體來說，飛行汽車的發(fā)展，目前還處從研究探索走向商業(yè)化應(yīng)用的早期階段。飛行汽車作為一種新型交通工具投入使用，涉及飛行汽車設(shè)計制造、適航認(rèn)證、城市管理和低空空域管理等多個方面，需要研究和制定相應(yīng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管體系。

飛行汽車的發(fā)展需要建立相應(yīng)的生態(tài)，怎么建立飛行汽車發(fā)展應(yīng)用的生態(tài)?我個人認(rèn)為在目前還面臨規(guī)則等許多瓶頸的情況下，飛行汽車的應(yīng)用應(yīng)該先載物后載人。物流是飛行汽車當(dāng)前示范應(yīng)用的最佳場景，既可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，同時對安全性等的要求相對較低。物流應(yīng)用過程中積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)將為飛行汽車提高安全性提供重要的基礎(chǔ)。載人示范應(yīng)用，先從應(yīng)急救援等專業(yè)特種領(lǐng)域開始，然后走向大眾運(yùn)輸領(lǐng)域，可能是一個比較合適的載人示范應(yīng)用途徑。

<電動汽車電池組>

4、關(guān)于未來飛行汽車的發(fā)展和暢想

20世紀(jì)以來的百年多飛行汽車實(shí)踐探索，通過汽車與飛機(jī)的結(jié)合，設(shè)計同時具備地面行駛和空中飛行功能的汽車，這個階段讓汽車“飛”起來主要是基于人類飛行夢想的激勵。

進(jìn)入21世紀(jì)，交通擁堵成為各大城市普遍面臨的難題。傳統(tǒng)的建高架路和地下隧道等舉措，已難以有效解決城市擁堵的交通流網(wǎng)絡(luò)化效應(yīng)問題，迫切需要利用城市三維空域來緩解地面交通擁堵問題，而電動推進(jìn)、智能駕駛和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展城市空中交通奠定了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。飛行汽車作為面向城市空中交通的新型交通工具，也由最初個人夢想家的小范圍實(shí)踐，發(fā)展到受航空和汽車兩大領(lǐng)域重視，并被資本市場和新興科技公司關(guān)注的熱點(diǎn)。飛行汽車同時也是發(fā)展新能源航空的重要抓手和突破口。

飛行汽車近期重點(diǎn)為空中交通商業(yè)示范運(yùn)行，預(yù)計2030年左右我們將迎來城市空中交通時代。這個時期的技術(shù)和應(yīng)用場景更優(yōu)先支持飛行汽車的空中飛行功能屬性、突出飛行模式優(yōu)勢。隨著汽車和航空電動化、智能化技術(shù)的跨界滲透與融合發(fā)展，智能交通設(shè)施的不斷發(fā)展和完善，未來飛行汽車的地面行駛功能屬性必將得到實(shí)現(xiàn)和強(qiáng)化。未來所有汽車將飛起來，到2050年左右實(shí)現(xiàn)立體智慧出行。人類將在全新的智慧出行交通體系下重新回歸和實(shí)現(xiàn)關(guān)于汽車“飛”起來的夢想。

(完)