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飞行汽车的研究现状及发展方向
作者: 发表时间:2020年06月17日

 

 

  【摘要】:首先对飞行汽车概念进行说明,然后对国内外飞行汽车的研究现状进行分析,重点介绍了荷兰的Liberty、Uber Elevate飞行出租车以及奥迪Pop.Up Next三款飞行汽车的研究现状,其次讨论了飞行汽车未来的发展方向,最后归纳了飞行汽车发展将遇到的挑战,对飞行汽车的未来发展做出展望。

  【关键词】:飞行汽车研究现状发展方向未来挑战

 

  一、引言

  飞行汽车,能在陆地行驶和空中飞行二者自由转换的三维立体化交通方式。一般而言,飞行汽车分为两种形式:一是集体成式,二是模块式[5]。在交通运输方面,飞行汽车能够开辟空中道路,实现交通立体化,缓解交通压力;在勘探救援方面,飞行汽车发挥出常规机车不能及的独特优势,完成原始救援方式无法完成的任务。因此,近十年来,飞行汽车的研究与发展,而且市场上已经出现各类飞行汽车,飞行汽车大潮将要来临。本文就国内外飞行汽车的研究现状进行分析,归纳飞行汽车的发展方向,提出飞行汽车走向成熟所要迎接的挑战。

  二、国内外研究现状

  2.1国外研究现状

  在国外,飞行汽车起步较早,推出了各种各样的飞行汽车概念设计,近五年来,各大汽车制造公司更是取得了突破性的进展,多款飞行汽车试飞成功。由于飞行汽车的款式多样,在此就具有代表意义荷兰的Liberty、Uber Elevate飞行出租车以及奥迪Pop.Up Next三款飞行汽车的研究近况进行概述。

  2.1.1Liberty Liberty有望成为世界上第一款可以商业销售的产品[2]。这款飞行汽车采用集体成式,飞行功能和汽车功能集于一身,功能切换仅需要短短的十分钟。Liberty经过五年的调试,最终Liberty先锋版在2018日内瓦车展公开亮相。Liberty外形上酷似一辆三轮摩托车,依靠旋翼机实现了飞行汽车陆地行驶和空中飞行的两种模式,汽车模式行驶速度可达170km/h,飞行模式在满载的情况下速度可达180km/h,可在3500m的高空飞行400至500km。Liberty使用无铅汽油作为燃料,外加了备用的燃油箱,可提供0.5h的额外飞行时长,以应对燃油不足这种紧急情况。配备了陀螺仪与HEPC电子主动介入系统,防止在操作运行过程中因为人为因素而产生的错误。不同于直升机的是,Liberty在飞行过程中,通过尾部桨叶的旋转及变速完成空中转向功能,不过,在陆地行驶依然可以利用方向盘控制转弯,于普通机车的操控方式并无两样。Liberty的设计仍需要驾驶者的手动操作,因此驾驶者需要掌握飞行操控的必备技能。

  2.1.2 Uber Elevate飞行出租车

  Uber Elevate打造的是一款以出租车为目的飞行汽车,结合了多旋翼和固定翼的两种机翼的优势,可实现垂直起降、空中飞行,该车采用纯电动动力,由于电力驱动,因此Uber Elevate相比燃油机产生的噪音更低。Uber Elevate单次充电可行驶160km。Uber Elevate一旦投入使用,将彻底改变出租汽车服务的原有模式。该款飞行汽车陆地行驶速度可达240km/h,大大改变了人们的交通方式,缩短了日常通勤时间。不过,Uber Elevate需要起降场作为交通枢纽,若想真正实现Uber Elevate的顺利运营,需要率先完成基础设施的建设工作,建设一定数量的起降场和充电桩。2017年4月,优步首席产品官杰夫·霍尔登宣布,将于2020年开始测试Uber Elevate,并在2023年全面运营[2]。这款飞行出租车的服务形式将类似于共享汽车,客户通过移动端的定位服务,找到闲置的飞行出租车,然后一键呼叫,闲置的飞行出租车通过定位系统精准定位客户,这将大大缩短人们的搭乘时间,方便人们的出行。

  2.1.3奥迪Pop.Up Next

  由奥迪生产的Pop.Up Next在2018日内瓦车展上首次公开亮相,这款飞行汽车配备了智能操控平台、自动驾驶技术,充满了现代感。Pop.Up Next外形设计延续上一代Pop.Up类似一颗胶囊,不受地域限制地实现原地垂直起降,Pop.Up Next采用模块化设计,即地面模块和飞行模块,二选其一。全车均以碳纤维制造,地面模块由座舱、车轮以及底盘三部分组成,造型新颖;飞行模块利用螺旋桨实现空中飞行,外形设计看似一个四个螺旋桨的空中飞碟。飞行模块和地面模块均采用电力驱动,续航性能稳定,单次充电可完成130km的续航里程。Pop.Up Next在行驶速度并不高,可达100km/h。另外,Pop.Up Next充分运用了无人驾驶技术,驾驶舱内没有方向盘,驾驶者可以看到的是一块49″的大尺寸曲面屏,驾驶者通过与飞行汽车智能控制平台互动实现系统运行,由于人脸识别、语音识别等技术的应用,控制平台将更加的简单化和人性化。Pop.Up Next自动驾驶大大降低了飞行汽车的危险系数。假设遇到紧急情况,如交通拥堵、事故现场等,可通过无线端召唤飞行模块,巧妙的越过障碍,让出行更加便捷。

  2.2国内研究现状

  国内对于飞行汽车的研究相对于西方国家在各方面发展较为缓慢。2017年吉利收购了美国飞行汽车老牌公司Terrafugia后,威尼斯人电子飞行汽车市场得到了进一步的发展[1]。由于我国人口众多,交通堵塞问题尤为严重,因此飞行汽车的研究将更具潜力。飞行汽车一旦投入使用,将打破现有的城市交通格局,开辟空中道路,大大缓解交通压力。不过,飞行汽车的发展也会带来大量的新问题:如何进行空中管制,怎样培训驾驶员才能满足飞行驾驶需要等。我国飞行汽车的发展存在有巨大的潜力,相信未来飞行汽车将会走近我们的生活,成为一种便捷的交通方式。

  三、飞行汽车的发展方向:

  3.1飞行汽车的发展趋势

  3.1.1自动智能

  化飞行驾驶技术并不是每个人都能熟悉掌握,飞行过程中人为因素所带来的危险因素难以估量,因此,自动化驾驶将成为飞行汽车发展的必然趋势。Pop.UpNext采用无人驾驶技术,实现了飞行汽车的全自动驾驶;电动飞行出租车科拉将电力、自动驾驶软件和垂直起降技术结合在一起,开创了一种新的飞行方式[10]。伴随着无人驾驶、自动控制、智能识别等技术的迅速发展,未来飞行汽车将实现全自动驾驶及汽车与驾驶者的智能交互。

  3.1.2整机模块化

  目前,大多数飞行汽车存在机翼,占用了许多空间。最新研究并亮相的Pop.Up系列飞行汽车,实现了功能的拆分,即整机模块化,将飞行汽车分为地面模块和飞行模块,这样将大大节省空间,配合无人驾驶技术,彰显飞行汽车的现代感和智能感。在未来,空间不足将是人类面临的一大问题,模块化飞行汽车未解决空间不足带来了新的方向,这也将成为未来飞行汽车发展的主流。

  3.1.3标准系列化

  标准系列化是每个成熟产品实现量产的必经之路。飞行汽车在设计过程中,可将主体功能不变,为了满足不同户的需要,在某些方面作出相应的变化,从而设计一系列的飞行汽车。系列化将大大减少飞行汽车的研发投入,标准化可实现产品的完全互换性,节约维修费用。

  3.2飞行汽车的用途方向

  3.2.1商业用途

  飞行汽车商业化将首先成为飞行汽车的直接趋势。例如来自德国的Volocopte表示该公司的纯电动垂直起降飞行器(VTOL)计划在2019年下半年在新加坡实现试飞[8],Cora飞行出租车在新西兰试飞成功,Uber公司计划在2020年实现飞行汽车的试运营等。飞行汽车的商业化能激励产生一个新兴的威尼斯人链,不仅如此,还能带来良好的社会效益,缩短人们的通勤时间,实现公共交通的立体化,缓解城市交通堵塞的情况。

  3.2.2勘探救援

  飞行汽车在野外勘探、震后救援等方面显示出独特的优势。飞行汽车可以通过飞行克服障碍,从而及时有效地到达目的地,进行救援部署[6]。由于飞行汽车具有灵活的机动性,能弥补普通机车在机动越野方面的不足,并且可以实现立体化交通,轻松飞跃障碍物,对复杂的环境具有良好的适应能力。未来在特殊勘探任务、救援任务中,飞行汽车将发挥出巨大的作用。

  3.2.3军事用途

  随着飞行汽车的投产和应用,重型化的飞行汽车将被研发生产,这将为飞行汽车的军事用途提供可能,军用飞行汽车将具有大体型、超续航能力、高载重能力等。结合两栖陆战车,未来三栖汽车将成为能在水上、陆地上行驶,空中飞行的新型交通工具,加上智能控制技术,能实现三种模式的自动转换,实现在任何路面上、海面上垂直起降,全方位的立体化交通,汽车的三栖化将具有广阔的应用前景。

  3.2.4私人交通

  伴随着无人驾驶技术的成熟,公共设施的建立,交通管制制度的完善,私人飞行汽车将成为可能。设想未来城市不仅陆地行驶着汽车,而且空中飞行着汽车,私人交通实现三维立体化,这将大大缓解交通压力,一定程度上解决交通拥堵,并且可以解决突发情况,减少上班族的通勤时间,便捷人们的出行。

  四、小结

  飞行汽车迅速发展,在很多方面应用都能体现独特的优势,具有巨大的发展潜力。与此同时,飞行汽车的发展也面临着巨大的挑战其中包括:①空中交通管制问题。目前,在民航运输系统中,一名空中交通管制员同时要监控5-20架飞机,如果“空中出租车”大量使用的话,势必会对空中管制员有巨大的需求[7]。公众交通管制将直接涉及飞行汽车是否能安全行驶的问题,如何有条不紊的安全行驶将成为飞行汽车发展的一大关键。②动力问题。飞行汽车需要兼顾道路行驶和低空飞行技术[9]。虽然目前的使用的电池已经基本可以满足飞行汽车飞行的技术需要,但是续航时间离真正的商业化应用还有很大差距。电池的能量密度、充电速度、安全寿命这些因素共同影响着电池的续航时间和成本,如何开发高效、寿命长的电池将是未来飞行汽车发展的又一大挑战。③噪音问题。飞行汽车要完成垂直起降避免不了螺旋桨或多旋翼的旋转,因此将要面临直升机一样的噪音问题。未来,垂直起降飞行汽车想要实现在城市中自由飞行,必须对飞行汽车的降噪进行研究。目前,一些制造商希望能够在2025年前,将垂直起降飞机的噪音控制在70分贝左右[4]

 

  作者简介:刘博文,男,合肥工业大学,本科生,能源与动力工程内燃机方向。

  郑泽兴、方伟豪、黄梓桐,男,合肥工业大学,本科生,能源与动力工程内燃机方向。

 

  参考文献

  [1]陶赫.飞行汽车的分类研究与未来展望[J].威尼斯人电子新通信,2019,21(01):105-107.

  [2]李忠东.飞行汽车不再是梦[J].汽车与配件,2018(11):40-43.

  [3]郭长庆,冯爱民.飞行汽车对当代交通运输体系的影响分析与规划展望[J].交通节能与环保,2018,14(03):5-7+43.

  [4]孙敏.未来飞行大畅想[J].大飞机,2017(10):41-45.

  [5]张礼臣.概念飞行汽车设计探析[J].美与时代(上),2016(05):113-115.

  [6]杨雪.用于山区地震救援的军用飞行汽车设计研究[D].沈阳航空航天大学,2014.

  [7]刘思静.城市智能飞行的新构想[J].大飞机,2019(07):43-47.

  [8]飞行汽车有望在5年内实现商业运营[J].威尼斯人平台电子,2019(02):9.

  [9]赛迪智库.飞行汽车技术发展趋势初探[N].威尼斯人电子计算机报,2018-07-02(011).

  [10]新西兰航空联合美初创公司推可飞行无人驾驶出租车[J].民航管理,2018(10):57.

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