能否擁抱電動(dòng)飛行 公務(wù)航空

王濟(jì)橋

在2019年的巴黎航展上，空客、波音、達(dá)索、GE航空、羅羅、賽峰和聯(lián)合技術(shù)這7家全球頂尖企業(yè)的首席技術(shù)官共同發(fā)布了推動(dòng)航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的聲明，并承諾將合作研發(fā)全新的電動(dòng)飛機(jī)和推進(jìn)技術(shù)，加速推動(dòng)航空業(yè)進(jìn)入“第三時(shí)代”。而他們口中的“第三時(shí)代”指的是航空器繼活塞時(shí)代、渦輪時(shí)代后的電動(dòng)時(shí)代。由此可見(jiàn)，如今全球航空業(yè)已處于電動(dòng)飛機(jī)革命的風(fēng)口浪尖。

但由于受到技術(shù)限制，短期內(nèi)電動(dòng)飛機(jī)大面積應(yīng)用于商用航空領(lǐng)域還有一系列問(wèn)題有待解決。然而，也有一些有識(shí)之士提出，在公務(wù)航空領(lǐng)域，電動(dòng)飛機(jī)將有望率先實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。如果這一設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，那么電動(dòng)飛機(jī)將有望使城市空中交通計(jì)劃從一個(gè)頗具前景的概念轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥?lái)的空中高速公路。

電動(dòng)飛機(jī)的研發(fā)熱潮

如今，航空業(yè)對(duì)于電動(dòng)飛機(jī)的研發(fā)熱情是前所未有的。歐洲知名咨詢公司羅蘭貝格曾在一份市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告中寫道：“電推進(jìn)技術(shù)開啟了航空航天業(yè)新的創(chuàng)新時(shí)代，這是過(guò)去幾十年所未曾有過(guò)的景象?！?/p>

羅蘭貝格在一份調(diào)研報(bào)告中指出，目前全球共有200多個(gè)電動(dòng)飛機(jī)項(xiàng)目正處于研發(fā)階段，其中超過(guò)一半是2017年以后開始的新項(xiàng)目。同時(shí)，這份報(bào)告還從使用模式、項(xiàng)目來(lái)源地、飛機(jī)動(dòng)力源、推進(jìn)類型和投資方等幾個(gè)角度對(duì)在研電動(dòng)飛機(jī)項(xiàng)目進(jìn)行了分析。

從使用模式來(lái)看，在研電動(dòng)飛機(jī)項(xiàng)目的使用模式主要有城市空中出租車（UAM）、通用航空運(yùn)輸和商用航空運(yùn)輸這幾類，并且大多數(shù)電動(dòng)飛機(jī)都在朝著通用航空或城市空中出租車方向發(fā)展。從項(xiàng)目來(lái)源地看，美國(guó)和歐洲依然是主要的市場(chǎng)。但需要特別指出的是，中國(guó)的億航電動(dòng)垂直起降飛機(jī)、巴航工業(yè)和優(yōu)步合作的電動(dòng)垂直起降飛機(jī)也取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

從技術(shù)方面來(lái)看，大多數(shù)項(xiàng)目是全電動(dòng)的，電池是唯一的動(dòng)力來(lái)源，這類飛機(jī)的主要目標(biāo)市場(chǎng)是通用航空市場(chǎng)和城市空中出租車市場(chǎng)。其他一些采用混合電推進(jìn)技術(shù)的項(xiàng)目主要用于干線或支線飛機(jī)。

從項(xiàng)目投資方來(lái)看，在研項(xiàng)目中，約有60%的項(xiàng)目是由初創(chuàng)公司和一些獨(dú)立人士投資的;30%由傳統(tǒng)航空企業(yè)投資，其中波音、空客這樣的行業(yè)巨頭又占據(jù)了近一半的份額;剩下10%的項(xiàng)目由科研院所、政府等投資。從這組數(shù)據(jù)中不難看出，相比傳統(tǒng)的航空企業(yè)，那些更具創(chuàng)新精神的初創(chuàng)公司對(duì)于電動(dòng)飛機(jī)更具研發(fā)熱情。

一些頗有成效的研究

盡管目前電動(dòng)飛機(jī)的研發(fā)如火如荼，但真正取得實(shí)質(zhì)性研發(fā)成果的項(xiàng)目并不多，空客伐訶那（Vahana）驗(yàn)證機(jī)就是其中一個(gè)。

伐訶那項(xiàng)目是空客位于硅谷的A3研發(fā)中心開發(fā)的一款單座、自動(dòng)駕駛電動(dòng)垂直起降（eVTOL）驗(yàn)證機(jī)，該機(jī)寬6.2米、長(zhǎng)5.7米、高2.8米，重745千克，計(jì)劃于今年推出量產(chǎn)版。

伐訶那驗(yàn)證機(jī)擁有兩組傾轉(zhuǎn)機(jī)翼，每組機(jī)翼上裝載有4個(gè)45千瓦的電機(jī)，配裝3槳葉的螺旋槳。該機(jī)于2018年1月31日成功完成首次懸停飛行測(cè)試，9月開展懸停-巡航轉(zhuǎn)換飛行試驗(yàn)。2019年5月3日，伐訶那驗(yàn)證機(jī)在第58次飛行測(cè)試中完成了首次垂直和前向飛行之間完整過(guò)渡;2019年6月，伐訶那驗(yàn)證機(jī)在巴黎航展進(jìn)行了展示;2019年11月14日完成了第138次飛行測(cè)試后，項(xiàng)目結(jié)束。

作為空客進(jìn)軍UAM市場(chǎng)的第一款驗(yàn)證機(jī)，空客通過(guò)伐訶那項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了全電動(dòng)垂直起降飛行和自主飛行，并加深了對(duì)eVTOL商業(yè)模式的理解，為空客繼續(xù)深耕UAM市場(chǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也給其他相關(guān)方提供了有益的借鑒。

在空客之外，喬比航空也被業(yè)界公認(rèn)為電動(dòng)飛機(jī)研發(fā)領(lǐng)域最具潛力的企業(yè)。前不久，該公司剛剛公布了首款5座eVTOL的研發(fā)進(jìn)展。

喬比航空2009年成立于美國(guó)加州，與許多初創(chuàng)公司的高調(diào)不同，喬比航空一直頗為低調(diào)。今年1月，喬比航空在公司官網(wǎng)上發(fā)布了一款名為S4的飛機(jī)的外觀圖。

事實(shí)上，在2015年，喬比公司就已經(jīng)進(jìn)行了700次以上的縮比模型試飛，2017年開展了200次以上的第一代全尺寸原型機(jī)試飛，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)15分鐘、24.1公里的遠(yuǎn)程遙控飛行測(cè)試，2019年開展了第二代全尺寸原型機(jī)試飛。通過(guò)多年的技術(shù)積累，喬比航空目前已經(jīng)明確了第一款量產(chǎn)型eVTOL將采用分布式電推進(jìn)加傾轉(zhuǎn)旋翼的布局。

喬比航空近期發(fā)布的S4機(jī)長(zhǎng)6.4米，翼展11.6米，機(jī)身采用復(fù)合材料和前三點(diǎn)式起落架，能夠在儀表或可視飛行規(guī)則下全天候飛行。S4的最大航程可達(dá)278公里，巡航速度為242公里/小時(shí)。

從已經(jīng)公布的信息中可知，S4具備幾個(gè)非常重要的特質(zhì)。首先，也是最為重要的，是高安全性設(shè)計(jì)。S4采用了動(dòng)力和控制冗余安全設(shè)計(jì)，從而能夠很好地確保安全，這也是城市空運(yùn)飛行器的基本要求。此外，靜音設(shè)計(jì)也是S4的一個(gè)亮點(diǎn)。低噪聲是eVTOL的關(guān)鍵指標(biāo)，S4的設(shè)計(jì)噪聲比直升機(jī)低100倍。

在適航取證方面，喬比航空也在進(jìn)行創(chuàng)新探索。與大多數(shù)的eVTOL一樣，S4介于美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）FAR-23部和FAR-27部規(guī)章之間，動(dòng)力和螺旋槳也必須符合FAR-33部和FAR-35部規(guī)章的要求。為此，喬比航空正在與FAA合作編制S4的表明符合性方法，目前相關(guān)工作已經(jīng)完成了70%～80%，其中結(jié)構(gòu)、機(jī)械和飛控部分已完成了50%。喬比航空表示，未來(lái)S4的適航審定將包括機(jī)體和電驅(qū)動(dòng)部門在內(nèi)，但是頒發(fā)的型號(hào)合格證將只有一個(gè)，并不會(huì)針對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)頒發(fā)型號(hào)合格證。

能否在公務(wù)航空領(lǐng)域率先應(yīng)用

相比全電推進(jìn)或混合電推進(jìn)技術(shù)在支線和干線飛機(jī)上的使用還有很多技術(shù)問(wèn)題有待解決，eVTOL這類飛行器的商業(yè)化應(yīng)用的難度要相對(duì)低一些。

從推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)看，采用鋰離子技術(shù)的電池、氫燃料電池和混合動(dòng)力充電技術(shù)，可以為飛機(jī)提供數(shù)小時(shí)的飛行動(dòng)力。電機(jī)技術(shù)方面也已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已有的電池和電機(jī)相配合，可以高效轉(zhuǎn)化為大扭矩、旋翼產(chǎn)生的升力，同時(shí)多旋翼的設(shè)計(jì)也為飛行提供了必要的安全性和更好的飛行性能。此外，諸如復(fù)合材料這類的新材料已經(jīng)開始被應(yīng)用于電動(dòng)垂直起降飛行器上，這種新材料的應(yīng)用可以幫助研制企業(yè)不斷優(yōu)化氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，為飛行器提供更大的自由度，且需要的維護(hù)更少，進(jìn)一步提高安全運(yùn)行水平。與此同時(shí)，更先進(jìn)的航空電子設(shè)備也已經(jīng)開始被應(yīng)用于電動(dòng)垂直起降飛行器上，從而幫助飛行員更安全地駕駛飛行器。

正因?yàn)榧夹g(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，業(yè)界認(rèn)為，未來(lái)如果電動(dòng)垂直起降飛機(jī)投入市場(chǎng)，那么城市空中交通（UAM）將有望成為現(xiàn)有交通系統(tǒng)中越來(lái)越重要的組成部分，尤其將對(duì)公務(wù)航空產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

首先，從市場(chǎng)的角度來(lái)看，城市空運(yùn)和區(qū)域空中交通（RAM）可滿足商務(wù)出行的需要。對(duì)于公務(wù)機(jī)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)卦诂F(xiàn)有公務(wù)機(jī)機(jī)隊(duì)中加入電動(dòng)垂直起降飛機(jī)這類的新型飛機(jī)，就能夠解決商務(wù)旅客“最后一英里”或“門對(duì)門”服務(wù)的問(wèn)題。而對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，這類飛機(jī)所占的基礎(chǔ)設(shè)施空間很小，大多數(shù)此類飛機(jī)都可以停放在兩條車道上。

其次，對(duì)于公務(wù)機(jī)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，電動(dòng)垂直起降飛行器可以直接使用大部分現(xiàn)有的直升機(jī)機(jī)場(chǎng)。當(dāng)前很多直升機(jī)場(chǎng)具有運(yùn)營(yíng)證書和空域使用權(quán)，可以立即開始部署eVTOL飛機(jī)，這意味著那些公務(wù)機(jī)用戶可以非常便捷地到達(dá)世界上大多數(shù)地方。當(dāng)然，也有一些直升機(jī)機(jī)場(chǎng)需要改造后才能使用，如增加充電站、混合動(dòng)力飛機(jī)加油站、乘客候機(jī)室和其他設(shè)施，但改造成本并不會(huì)很高。

此外，當(dāng)?shù)卣赡軙?huì)修改一些法規(guī)，正在使用的直升機(jī)機(jī)場(chǎng)可能會(huì)增加和過(guò)渡到使用eVTOL飛機(jī)，而那些未使用的直升機(jī)機(jī)場(chǎng)，也會(huì)因使用UAM而獲得經(jīng)修訂的運(yùn)營(yíng)證書和空域權(quán)。對(duì)于采用eVTOL飛機(jī)的公務(wù)航空旅行而言，大多數(shù)機(jī)場(chǎng)已經(jīng)具有直升機(jī)起降設(shè)施，可以很容易地對(duì)其進(jìn)行改造以支持UAM。運(yùn)營(yíng)良好的機(jī)場(chǎng)將UAM與常規(guī)機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)融合在一起，還可以最大程度地發(fā)揮其設(shè)施的實(shí)用性和便利性。

第三，與傳統(tǒng)飛行器相比，垂直起降飛行器的噪聲更小。最近的噪聲特征測(cè)試表明，兩座的電動(dòng)飛機(jī)在250英尺的高度懸停時(shí)產(chǎn)生的噪聲低于65分貝，在1500英尺高度時(shí)產(chǎn)生的噪聲低于35分貝，明顯低于現(xiàn)有的商用旋翼飛機(jī)。

第四，電動(dòng)飛機(jī)的航程比較適中。電動(dòng)飛行可用于執(zhí)行從10英里到200英里不等航程的各種任務(wù)。這一特點(diǎn)十分適合于商務(wù)人士解決地面交通擁堵的問(wèn)題。

第五，相比傳統(tǒng)的飛行器，這類電動(dòng)飛機(jī)具有綠色足跡。全電動(dòng)或氫/電動(dòng)飛機(jī)的排放量甚至為零，這在航空業(yè)日益關(guān)注綠色環(huán)保的當(dāng)下，是一個(gè)十分重要的優(yōu)勢(shì)。

從具體市場(chǎng)開拓的角度來(lái)看，電動(dòng)垂直起降飛機(jī)也大有可為。

首先，這類飛機(jī)可以為客戶提供非常便捷的穿梭服務(wù)。正如上文所說(shuō)，對(duì)于公務(wù)機(jī)運(yùn)營(yíng)商而言，使用eVTOL飛機(jī)或服務(wù)能解決“最后一英里”或“門對(duì)門”的問(wèn)題，改變短程航空運(yùn)輸?shù)臐摿?。此外，還可以吸引一些企業(yè)以包機(jī)的形式，將垂直起降飛機(jī)用于日常往返服務(wù)。

其次，是按需空中出租車服務(wù)。在大城市，地面交通擁堵的問(wèn)題十分常見(jiàn)。正如那些摩天大樓能夠更有效地使用有限的土地資源一樣，城市空運(yùn)也將利用三維空間來(lái)緩解地面交通擁堵問(wèn)題。因此，公務(wù)機(jī)運(yùn)營(yíng)商就可以將垂直起降飛機(jī)作為空中出租車使用，用戶通過(guò)呼叫“空中出租車”的方式來(lái)進(jìn)行預(yù)訂。

第三，是區(qū)域空中交通服務(wù)。研究發(fā)現(xiàn)，使用UAM進(jìn)行短途區(qū)域間旅行（例如，雷斯頓、弗吉尼亞州到偏遠(yuǎn)的巴爾的摩地區(qū)的直升機(jī)場(chǎng)，或者洛杉磯市中心的直升機(jī)場(chǎng)到圣地亞哥郊區(qū)的直升機(jī)場(chǎng)）是十分有意義的。使用eVTOL進(jìn)行區(qū)域航空運(yùn)輸將可能顛覆當(dāng)今的商業(yè)航空運(yùn)輸模式。事實(shí)上，未來(lái)像喬比航空這樣的初創(chuàng)公司所推出的產(chǎn)品很有可能徹底顛覆人們的出行方式。

當(dāng)然，任何事都有兩面性。盡管eVTOL的應(yīng)用可以帶來(lái)很多好處，但也有一些問(wèn)題有待解決。如監(jiān)管方和運(yùn)營(yíng)方如何盡快熟悉這類新產(chǎn)品，確保其運(yùn)營(yíng)的安全性？如何為這種新型交通工具開發(fā)安全、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施？目前，美國(guó)國(guó)家公務(wù)航空協(xié)會(huì)（NBAA）和一些其他相關(guān)行業(yè)組織正在制定相應(yīng)的規(guī)章。盡管距離大范圍使用eVTOL還有時(shí)日，但毋庸置疑，城市空運(yùn)將對(duì)公務(wù)航空的未來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。