該不該為飛行汽車潑點冷水？

作者/於雷

打破地面路網約束，

利用三維空間構建城市空中交通，做到A點到B點近乎直線的高效通行，

使得飛行汽車被很多人視為解決交通問題的未來方向。

飛行汽車的概念最早可以追溯到上世紀20年代，但直到2009年3月才首飛成功，百花齊放的產品爆發期，更是近幾年的事情。如今，除了Joby Aviation、億航、Volocopter等創業公司外，還吸引了Uber、小鵬、吉利等更多「外來者」入局。

就在10月5日，豐田汽車公司董事之一、豐田子公司Woven Planet執行長詹姆斯·庫夫納（James Kuffner）還表示：

「對於豐田家族來說，打造飛行汽車是他們的一個夢想。」

有訊息稱，豐田的飛行汽車專案已經進入到垂直起降等技術的測試階段，同時還投資了日本創業公司SkyDrive。後者首款產品於2020年9月在日本豐田市山區完成大約5分鐘的試飛展示，並表示希望能在2023年投入使用。

而更令國人熟悉的，還是小鵬研發的飛行汽車。

小鵬匯

天第五代產品X2多次試飛成功，並在本屆珠海航展參展演出。

官方介紹稱，這款產品續航時間為35分鐘，最大飛行速度可達130公里/小時，擁有自主飛行路徑規劃能力。

前不久，摩根士丹利分析師Adam Jonas也在一份報告中指出，儘管馬斯克對飛行汽車不屑一顧，但Adam Jonas仍認為飛行汽車與自動駕駛、電動汽車及電池技術之間的協同作用非常強大，聲稱特斯拉下一個進軍的商業專案可能是飛行汽車，到2050年該業務市場潛在總價值將達到9萬億美元。

一時間，飛行汽車應用前景被描繪於空中，而其面臨的問題似乎卻被資本市場「選擇性遮蔽」了。

flying car和eVTOL

儘管飛行汽車已經變為熱門，但縱觀現有產品不難發現，已經很少能看到早年間以汽車為主體、增加摺疊機翼的飛行汽車，大多都是類似於直升飛機式的垂直起降飛行器，不具備在地面行駛的功能。

這實際也與飛行汽車的發展過程有關，人們發現地面和空中所需的空氣動力學設計、重心、車身結構並不一致，很難相容。另外，傳統飛行汽車不僅要有滿足起降需求的足夠長、足夠寬、足夠空曠的道路環境（被吉利收購的Terrafugia公司，首款飛行汽車Transition展翼後寬度超過7米；Milner Motors公司的AirCar展翼後寬度約8。5米），自身複雜的機械結構也將產生高昂的養護費用。

相比之下，垂直起降飛行器就可以避免這些問題，在任何地點幾乎都能正常使用，包括道路環境複雜的鬧市區、高樓林立的高密度住宅區/辦公區等，甚至在有配套設施的情況下，還能做到真正意義上點對點的直達交通。

因此，飛行汽車也被分出多個類別，兼具地面行駛能力和空中飛行能力的飛行汽車被稱作flying car，也就是最初意義上的飛行汽車。後出現的垂直起降飛行器，已經不再具備汽車的功能，屬於航空器範疇，而且因為採用電力驅動，也被稱作eVTOL。

事實上，

flying car與eVTOL在底層技術、產品設計、應用場景、適航管理、運營等方面都有根本性

不同，兩者沒有歷史沿革關係。

但因為飛行汽車的名字太過深入人心，eVTOL推廣時也沒有避諱飛行汽車的說法，目前受到資本青睞的基本都是eVTOL。

當然，eVTOL能夠走到臺前，還離不開電池技術的進步，以及分散式電力推進系統（DEP）的出現。

透過多個電機和飛控組成的動力系統，替代重量大、結構複雜的發動機，不僅可以輕便的佈置在旋翼周圍，電機和電池瞬間大功率輸出和快速調節的特性，也是垂直起降和靈活飛行的關鍵。

早期電池能量密度不足以支撐這一想法，但隨著技術進步已經可以變為現實。

另外，eVTOL所採用的分散式電力推進系統，還可以做到多重安全保障。eVTOL通常都會至少配備6個旋翼，而Volocopter 2X、億航216等產品更是都達到了16個，因此即使在部分電機或旋翼失效的情況下，也可以繼續飛行。

城市空中交通概念的興起

eVTOL被資本市場青睞，得益於城市空中交通UAM（Urban Air Mobility）概念的興起。這是一種被NASA、Uber等力推的革命性交通方式，透過在人口密集區打造一個安全、高效的空中交通系統，可以提供空中無人配送、空中計程車等所有的「運輸」服務。

這正是eVTOL

電力垂直起

降所帶來的優勢之一，不僅可以構建出三維空間的點對點交通，更能基於此建立起全新的城市、生活形態，

而傳統飛行汽車更多是改變城際間的出行方式，是一種對地面交通的補足。

城市空中交通的概念也很容易被炒作，eVTOL幾乎是所有科幻影視劇或書籍中的必備元素，也是人們對於未來先進社會的遐想。但是與資本市場的追逐不同，專業機構在研究中，對這種概念持有更多保守態度。

英國知名研究公司IDTechEx在最新的《Air Taxis： Electric Vertical Take-Off and Landing Aircraft 2021-2041》報告中指出，

他們透過對城市空中交通中的空中計程車/乘客無人機的分析，認為常規部署方式看起來似乎並不可行，通勤者的出行成本明顯提高，但並沒有因此得到明顯可感知的好處。

根據IDTechEx推測的資料顯示，如果每名旅客的平均里程是30公里，那麼人均費用將達到32美元，但綜合維護、保險、電池、充電、前期成本等因素後，運營商在這時也沒有利潤。

可以對比Uber在美國的收費標準，目前紐約地區曼哈頓地區經濟型車UberX的里程費為1。48美元/英里，約0。92美元/公里，時長費0。67美元/每分鐘。這是保證公司業務和網約車司機正常盈利的價格。

不過，IDTechEx仍然認可了eVTOL的潛力。他們表示eVTOL能夠用比其它運輸方式更低的成本，提供更快、更便捷、更靈活的服務。這也正是eVTOL引起航空業內外眾多巨頭企業興趣的關鍵，也正因此激起了他們對這一新興市場的大量投資。

此外，德國諮詢公司羅蘭貝格（Roland Berger）也只給出了一個比較遙遠的預期。他們認為，到2050年，全球將有16萬架載客級eVTOL用於城市交通，每年將創造900億美元的收入，其中有90%來自機場通勤和區域城市通勤運營服務。這是他們基於全球1200個城市人口和交通資料，以及3個目標市場建模得到的結論。

eVTOL面臨的技術難題

儘管近些年電池能量密度提升，使eVTOL變為現實，但距離商業應用仍有較大距離

。限制主要來自續航，

吉利參與投資的Volocopter 2X也曾因此受到巨大爭議。該產品充滿一次電的飛行時間為30分鐘，75公里/小時的均速空中續航為27公里，官方稱這是平衡能耗效率的結果。

但是，城市空中交通追求的是高效、便捷，意味著要做到出發地-目的地的點對點出行，中間不能因為補能浪費大量時間，X2的27公里續航難以覆蓋大部分使用場景。即使Volocopter後來為此增設了換電模式，但仍將在效率和成本方面帶來明顯影響。

對於eVTOL而言，最耗電量的環節是垂直起降。

因為驅動形式變化，eVTOL沒有傳統飛機依靠空氣動力學設計所帶來的十幾倍升阻比，全部升力必須由推動系統承擔。

舉個例子，一般傳統飛機的升阻比為17-18，這代表其重量如果達到1200公斤，有71公斤的推力就能保持平飛，而eVTOL依靠旋翼則至少要有1200公斤的推力。

Volocopter曾經公佈過一組統計資料，2X垂直起降環節的功率已經達到了500-1000千瓦。

這意味著如果起降僅用3分鐘的時間，也將消耗25-50千瓦時的電量，而一輛特斯拉Model 3標準

續航版的電池組也就55千瓦時。

續航問題已經成為了大部分eVTOL面臨的挑戰，億航216的續航時間為15-40分鐘，續航里程為35公里，小鵬匯天X2的續航時間為35分鐘。這還很難透過增加電池數量解決，增加電池也意味著帶來更多負重，這所給能耗效率造成的影響比電動汽車更大。

當前僅有美國Joby Aviation最近路演的六旋翼S4 eVTOL續航里程比較出色，單次充電後可飛行150英里（約240公里），配備4個相互獨立的電池組，總計150千瓦時。

Joby S4的150英里空中續航主要依靠兩點：傾轉旋翼結構、大電池組。

傾轉旋翼可以在飛行期間向前傾斜提供更高效的推力，甚至可以旋轉90°完全向前。這種情況下，Joby S4就變成了傳統螺旋槳式固定翼飛機，能夠利用到自身氣動設計所帶來的升阻比，達到與固定翼飛機類似的空中里程和速度。

這樣看似可以解決續航難題，但它也因此變成了一種eVTOL和固定翼飛機的「混血兒」。

另外，

Joby S4所採用傾轉旋翼在兼具垂直起降和固定翼飛機優點之外，也將同時面臨二者的氣動問題，而且複雜性遠大於二者之和，這也是該方案一直無法普及的原因。

傾轉旋翼eVTOL共有三種飛航模式：旋翼飛行、傾轉過渡飛行、固定翼飛行。在不同飛航模式轉換的過程中，旋翼的流場與尾跡都很複雜，加之槳葉非正常變化的空氣動力力直接影響飛行器的平衡和操縱，使快速轉換、平穩過渡成為難點，其中以垂直飛行和懸停時旋翼-機翼的氣動干擾最為嚴重。

有研究發現，懸停時機翼上的下洗載荷佔旋翼總拉力的一部分，這種不利的氣動干擾造成飛機有效載荷的降低。兩側機翼上方氣流在接近飛行器對稱面處相遇，也將形成特有的附著渦分離和氣流再入等複雜現象，影響氣動效果。

另外，旋翼角度變化、複雜的氣動干擾，也導致這種飛行器需要可能是世界上開發難度最高的飛行控制系統。相比之下，傾轉旋翼的複雜結構都不是太大難題。

採用傾轉旋翼Joby S4的空機淨重已經達到1。75噸，單機成本130萬美元，而Volocopter、小鵬匯天等公司推出的eVTOL淨重只有0。5-0。7噸，億航216的單機成本僅30萬美元。

更關鍵的是，

by S4主要透過傾轉旋翼降低飛行能耗增加續航，這種結構不能解決eVTOL起降的高能耗問題。

如果應用在未來的城市空中交通系統，面對需要相對頻繁起降的場景，能剩餘多少真實續航還有待考證，而且城市內通行到底有無放倒旋翼增加續航的機會也不好說。

因此在現有條件下，eVTOL的商用嘗試仍集中在相對「侷限」的場景內。比如，億航216已經開始了高層建築消防滅火、森林資源監管的業務嘗試；豐田所投資的SkyDrive計劃2年後在大阪的各旅遊景點之間提供遊客接送服務，2030年才能提供用於個人出行的能力。

NASA預測，到2028-2030年，eVTOL才能具備在中等密度空域商業化使用的能力，並擁有可以協作的自動駕駛系統。

航空管制和執行安全

eVTOL作為飛行器，必須要接受航空管制，但目前相關規定和手段都不完善，各國對此基本都處在一個謹慎的試驗階段。僅有部分地區對個別公司，頒發了特許飛行執行許可證。

今年7月，湖南成為我國首個全域低空飛行試點省份，將在3000米以下低空空域進行航空器監視通訊覆蓋、低空空域監管、低空空域執行管理等方面積累經驗，為全國低空開放提供理論依據。

即使如此，eVTOL想要真正開放，還要解決飛行時的安全和穩定性難題。

垂直飛行器不比固定翼飛機，動力學模型在飛行過程中會發生很大的改變，姿態穩定性控制難度較大。

況且，當前數量極低的低空飛機也偶爾發生事故，如果開放控制難度更大的eVTOL，讓未經過專業飛行訓練的人員駕駛，顯然要面臨較高的事故風險和衍生風險，這些並非是社會所能承受的。

另外，航空管制在規劃航線的過程中，如何控制飛行間隔、有效利用空域，也存在較大的難處。

自動駕駛被很多人認為是解決這些問題的途徑，

美國飛行汽車公司Kitty Hawk創始人Sebastian Thrun曾在採訪時表示：「計算機系統在難以控制的行程，它會控制飛行，在容易控制的行程把控制權交給使用者。我們有采用搖桿的控制系統，讓使用者控制它的飛行，就像許多3D遊戲那樣。如果使用者在任何時候感到不安全，只需放開搖桿，計算機將會接管飛行。」

不過，世界經濟論壇無人機和未來空域專案負責人楊俊偉指出，

目前飛行器雖然可以實現較高

的自動化程度，

但距

離

真正自主飛行還需一定時間。

而且，圍繞著人工智慧展開的研究實踐和倫理探討也一直在不斷升級，

其不確定性就目前而言仍無法評估，這也決定著未來能否完全交由機器駕駛。