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张扬军:汽车和航空技术跨界渗透成为趋势

张扬军 清华大学教授

最近飞行汽车有点热。汽车与航空,看似两个独立行业,但从产业发展历程来看,两者有着较强的关联度。以电动化推进技术为结合点,世界各大汽车企业与航空企业正在相互渗透、跨界融合发展。依托汽车工业的技术基础、设计思路和供应链,将有效促进电动航空领域的技术进步,降低电动航空的制造和使用成本。

飞行汽车

飘花电影网 从汽车公司角度来讲,吉利、宝马、奔驰、奥迪、福特、丰田等9家公司和Uber都进行了股权投资或者直接参与,进入飞行汽车领域。

早期飞行汽车是一个狭义的概念,是具备飞行功能的汽车。也就是说,汽车能够飞起来,面向陆空一体化的交通。最近这个概念延伸了,城市交通的地面是汽车,空中的交通就是飞行的汽车。所以飞行汽车就是面向城市交通的空中出租车,这是一个基本的概念。我主要从研究背景、现状和瓶颈几方面跟大家做一个交流。

研究飞行汽车,要从三方面去观察

第一个方面是技术推动。汽车技术目前正在跨入飞行汽车时代。陆空一体化的飞行器是汽车技术电动化、智能化之后的必然发展。电动化、智能化也使航空业进行着伟大的革新,汽车电动化的发展为航空电动化奠定了较好的基础。因此,航空的发展正跨入电动通用航空时代,即将迎来智能城市空中交通时代。而陆空一体化的飞行器,将是航空技术电动化的一个重大发展,汽车和航空技术的跨界渗透与融合,正在成为新一轮科技革命和产业革命的大趋势。

飘花电影网 第二个方面是需求牵引。交通拥堵的成本我不具体说了,北京是一个大城市,每年北京市拥堵的成本就达300亿元,还有环境成本,以及社会的成本。飞行汽车将道路从地面拓展到低空,形成一个立体的交通,能有效解决交通拥堵问题,这有它现实的需求。

飘花电影网 第三个方面是梦想激励。人像鸟一样自由飞翔是一个永恒的梦想,飞机实现了人在天空的飞行,但还并不是想飞就飞。人类自从一百多年前发明汽车和飞机以来,一直在探索将两者结合起来。飞行汽车就是梦想的激励,将促使飞行汽车从科幻走向现实。

飞行汽车研究的现状

飞行汽车研究的现状。飞行汽车这个概念与飞机同时产生,也走过了百年。第一辆飞行汽车问世于2017年。飞行汽车的现状大概分三类。一类是面向城市空中交通,一类是面向未来的立体交通,再一类是特种装备。

城市交通主要是基于汽车电动化基础,面向城市空中交通研发电动垂直起降飞行器,这种飞行器有点像简易版的直升机或放大版的多旋翼无人机。

飘花电影网 空客前不久试飞成功飞行汽车,起飞重量达2吨。韩国发布了未来汽车产业计划,把新能源、自动驾驶和飞行汽车作为三大核心技术。现代汽车为此成立了空中交通部门,它开发的飞行汽车没有地面行驶的功能,所以是广义的飞行汽车。吉利收购美国Terrafugia公司之后,研究的是面向未来的能飞起来的飞行汽车。目前,这也是一个研究的热点。特斯拉的老板马斯克过去反对飞行汽车,但现在他也开始干飞行汽车了。

飘花电影网 面向特种装备的飞行汽车。简单来说,未来战争的主要战场可能是城市,谁控制了城市谁就取得了战争胜利标志。特种装备的飞行汽车主要用于立体交通,这方面领先的是美国,于2015年研制出“空中骡子”,计划于2021年列装部队。前不久,美国发布了飞行汽车发展的优先领域,城市空中作战列在最优先方面。美国还有无人运输平台,以及海军陆战队使用的两栖作战平台。俄罗斯也启动了飞行装甲车的研发计划。

飞行汽车的发展有三个阶段

我们认为,飞行汽车的发展有三个阶段。近期是现在进行的电动通用航空飞行汽车。发展的中期会进入城市,出现空中出租车,现在Uber正在做。远期就是真正的智能飞行汽车,从面向空中交通的空中出租车发展为面向立体交通的飞行汽车。预计2050年,陆空一体的飞行汽车能够用起来。

当前,飞行汽车发展遇到三个主要障碍

飘花电影网 当前,飞行汽车发展遇到三个主要障碍。第一个障碍是性能上的障碍。因为飞行汽车的性能必须要满足城市空中交通以及未来立体交通,对这种交通工具的要求,比对通用航空器的要求更高。

第二个障碍是法律管理方面遇到了障碍。因为飞行汽车完全是全新的事物,空域管理比较复杂。

第三个障碍是来自运营消费的障碍。目前美国、欧洲和日本在法规认证方面已经做了很多研究,Uber在运营消费方面也做了很多探讨。

飞行汽车需要满足四大基本的性能要求

飘花电影网 从技术上讲,飞行汽车需要满足四大基本的性能要求。第一个要求是能够垂直起降。由于受到垂直空间的限制,所以飞行汽车必须要具备垂直起降的功能。第二个要求是具有高效能、低噪声的空中飞行性能。无论是汽车还是飞机,进入城市后噪声都是非常大的问题。第三个要求是飞行汽车还要有良好的地面行驶性能。对前期的空中出租车可以没有这个要求,但是真正的飞行汽车就需要具有地面驾驶功能。另外还要有良好的智能辅助驾驶功能,这些都是飞行汽车必备的基本性能。

飞行汽车的发展遇到的瓶颈

飞行汽车的发展遇到的一个瓶颈是动力问题。飞行汽车既要做到垂直起降,还要满足功重比高、效能高、噪声低的要求。第二个瓶颈是车身问题。垂直起降飞行器进入城市产生的能耗是高于固定翼飞行器的,而且多是低速飞行,怎么让车身飞起来,有效产生升力并降低能耗,这是一个大问题。第三个瓶颈是底盘问题。什么样的底盘才能保证飞行汽车在地面行驶时,具有良好的操作稳定性。已经有企业搞出了分离式底盘,但现有的底盘都太重了,怎么样实现轻量化?第四个是驾驶瓶颈。飞行汽车除了智能汽车面临的问题外,还有复杂气象环境下的飞行安全问题、智能驾驶问题。

飘花电影网 当前国际上飞行汽车的技术现状。电动风扇推进。主要动力是电池。对风扇的要求是要有高比能量,结构要能兼顾地面行驶的通过性和空中飞行的气动性,能产生较高的升阻比。轻量化的电动底盘。目前也在进行各种探讨。结合智能网联汽车的技术,开展城市飞行的智能感知研究,主要是对复杂气象环境的感知,对时空特征和环境流场的感知。

飘花电影网 飞行汽车是交通电动化技术及产业链的高端,对电动化技术的性能有更高的要求。以飞行汽车电动化为牵引,将有效增强汽车和航空电动化的自主创新能力和产品升级,促进相关产业的发展。

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