富豪们都想要飞行汽车

2022-09-28 10:51

      相比世界首富埃隆·马斯克和杰夫·贝索斯热捧的宇宙探索,低空飞行器的难度确实是简单了不少。

      在2010年上映的电影《钢铁侠2》中,马斯克本色出演,并与小罗伯特唐尼饰演的钢铁侠托尼有过一段经典对话。托尼先是夸赞马斯克,“梅林引擎(SpaceX猎鹰重型火箭使用的发动机)棒极了”。随后,马斯克就说到:“我想打造电动喷射机(electric jet)。”

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来自:《钢铁侠2》

      在2021年的时候,马斯克在社交平台上再次提及造电动飞机的想法,他说:“我非常渴望制造超音速垂直起降电动喷气机!但我的盘子已经太多了。再做任何工作,我的大脑都会爆炸。”如此看来,马斯克并非否认了造飞机这条路径,只是造火箭、造车已经够他忙活了。

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      马斯克提到的VTOL,全称叫Vertical Takeoff and Landing,垂直起降飞行器,基本上是业内主力的研发方向之一。

      因为VTOL能像直升机样着陆和起,像固定翼机样巡航,所以不需要个超的机场跑道。同时,也可以直接使直升机场或任何垂直起降场。所以,会更适合在城市上空进行飞行。

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来自:小鹏汇天

      具体细化下去,技术路径就会出现很多变种。比如从飞行构型来看,分为多旋翼、复合翼、倾转旋翼机翼切换;从构型转换来看,分为固定构型和可变构型。其中可变构型又分为飞行陆行构型切换、飞行阶段构型切换;从能源类型来看,分为燃油、混动、电动。

      一般情况下,业内把电动的垂直起降飞行器称之为eVTOL。文章看头提到的,拉里佩奇投资的Kittyhawk公司,就是eVTOL这一细分品类中的一员。同样的,我们常说的“飞行汽车”,充其量也只能算是eVTOL领域中的一个细分品类。

      实际上,采用电驱动形式的垂直起降飞行器,确实比燃油驱动要容易。首先,与传统飞机相比,电动飞机采用电动机驱动,其不需要减速齿轮,降低了传动时的故障发生率。其次,电动飞机几乎没有传统飞机上的管道和压力部件,这使得其结构更简单。

      更重要的,是富豪们都热衷的低碳环保。要知道,民航一直是较大的碳排放来源,其排放量约占全世界总量的2%。同时,商业航班大多采用的涡扇发动机也带来了噪声污染。而电动飞机采用纯电力驱动,能够有效降低碳排放和噪声污染。

      而在eVTOL的基础上,进一步衍生了UAM(Urban Air Mobility,城市空中交通)以及AAM(Advanced Air Mobility,先进的空中交通)的概念。大体的意思,就是利用电动垂直起降飞行器身上方便起降、噪音较小、低碳环保的优势,大力发展城际空中交通的各类运营。

      但其实,“电动飞行”并不是这两年才出来的概念。早在1973年,奥地利珠宝商Fred Militky和德国航模制造商Heino Brditschka将一台Brditschka HB-3机动滑翔机,改装为电动飞机Militky MB-E1。

      他们在机舱里塞进了60公斤重的镍铬电池,并利用博世生产的KM77电机进行驱动。最终,他们成功地完成了人类历史上第一次载人电动飞行,但不过这台电动飞机只在380m (1,247ft) 的高度飞行了12分钟。可见,续航里程不仅是电动车发展的阻碍,同样也是“电动飞行”的累赘。

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      目前0.4公斤的飞机燃料,其比能量是同等重量的储能电池的60倍。这意味着在设计阶段,工程师们就需要将燃油重量60倍的电池塞进飞机,否则无法保证电动飞行与燃油飞行具备同样的续航里程。然而别忘了,电池本身还有重量。

      从电动汽车行业的经验来看,续航里程越长,就意味着电池容量越大、电池重量越重。这不仅需要功率更大的电机来驱动螺旋桨,同时还会因为电池重量的加大,而增加电耗。比如常见的轻型民用直升机,最大起飞重量大约在2吨左右,这而恰好也是一辆普通的纯电车的整备质量。显然,让一辆2吨多重的电动车垂直起飞,远比驱动它往前行驶要耗费更大的能量。

      如果单纯靠堆电池来解决飞机续航问题,那恐怕就又成了“面多了加水,水多了加面”的尴尬故事。

      所以,想要上天,续航里程还是一个绕不开的难题。

      比如,日本一家公司AERWINS Technologies推出过一款77万美元(约人民币540万元)电动飞行摩托XTurismo,用的是并联式混动技术。通过最大功率为170kW的油电混动系统驱动旋翼,其中内燃机的工作是驱动发电机,而发电机除了要给电动旋翼提供动力,也会用于给飞行摩托的电池充电。可以飞行40分钟,最高时速可达100km/h。

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XTurismo

      再比如,吉利在2017年收购的飞行汽车公司Terrafugia(太力)的TF-1,采用的也是混合动力技术。其机身使用了复合材料,设计最大起飞重量约850公斤,巡航速度167km/h,巡航高度可达3000米,航程可达670公里,可搭载两人。

      在去年,TF-1还获得了美国联邦航空局(FAA)适航证书,这是FAA首次给现代飞车产品颁发适航证书。所谓的航空器适航证(airworthiness certificate),是由适航当局根据民用航空器产品和零件合格审定的规定对民用航空器颁发的证明该航空器处于安全可用状态的证件。

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来源:FAA

      如果电动车上的动力电池技术有了革命性的突破,那么对于电动飞行来说就是极大的促进。

      查理·芒格曾说过,“手拿铁锤的人,看什么都像钉子”。马斯克对于锂电池的偏爱,必然会促使他推动着电池技术往高能量密度、轻量化的方向发展。理论上,对于马斯克这种能造火箭的男人而言,把动力电池的问题解决了,再给特斯拉插上几个螺旋桨,基本就能“原地起飞”了。

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