如何把汽車開到天上

沈海軍

自1903年萊特兄弟發(fā)明現(xiàn)代飛機以來，隨著設計及制造技術的日臻完善，飛機以其快捷、安全、舒適等優(yōu)點，逐步成為人們的交通運輸工具之一。不過，對于很多商界、政界等時間異常寶貴的群體來說，即使乘坐飛機也仍然感到浪費時間，因為從家里/辦公室到達機場，常常會大費周折。于是，有人就萌生了一種想法：能不能設計一種會飛的汽車—飛行汽車，既能作為汽車在道路上行駛，又能作為飛機飛上藍天。

這種想法是不是有些異想天開了呢？未來，在我們的生活中真能見到會飛的汽車嗎？

能跑能飛

所謂飛行汽車，從字面上理解，就是在地面上可以像汽車一樣跑、在天空中能像飛機一樣飛行的交通工具。它的英文名稱為Flying car或Roadable aircraft，可分別解釋為飛行汽車或可在路面上行駛的飛行器。

在現(xiàn)代社會中，汽車已成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ咧弧ｋS著科學技術的迅猛發(fā)展和人們消費水平的不斷提高，汽車保有量急劇上升，它們在方便人們工作、生活的同時，也造成了日益嚴重的道路擁堵問題。在地面交通不堪重負的情況下，人們把目光轉(zhuǎn)向了天空；然而，依靠航班出行，同樣會花費許多時間和產(chǎn)生不必要的麻煩。這是因為民航航線和時刻表并不為專人而設，無法達成乘客想走就走、想去哪里就去哪里的愿望。如果算上候機、安檢及來往機場的時間成本，短途旅行乘坐飛機并不劃算。

飛行汽車就不一樣：借助其獨有的特性，完全可以實現(xiàn)隨時出發(fā)和點對點的交通運輸。

和汽車或飛機相比，飛行汽車優(yōu)點多多：首先，既可以避免擁擠的道路交通，節(jié)約寶貴的時間，又可以減少道路通行費用的支出；其次，可以擺脫航班航線和時刻表的限制，做到想走就走、想去哪里就去哪里。

精彩紛呈

或許正是因為飛行汽車具備這些優(yōu)點，人類從很早就開始研制飛行汽車。在歷史上，也的確曾出現(xiàn)過一些飛行汽車。

1917年，美國飛機設計大師格·寇蒂斯首次向世人展示了一種全新的交通工具—飛行汽車Autoplane。Autoplane是一款翼展達12.2米的三翼飛行器，相當于在一輛汽車的車身上安裝了三層機翼。Autoplane的主結構為鋁材，動力為一臺后驅(qū)的四葉螺旋槳活塞式發(fā)動機。實際上， Autoplane僅僅實現(xiàn)了跳躍式飛行，離人們的美好設想還很遙遠，并不是很成功。

1921年，法國的雷內(nèi)·坦皮耶制造的飛行汽車Tampier Roadable成功試飛。在空中飛行時，Tampier Roadable是雙翼飛機；而當轉(zhuǎn)換到道路上行駛時，機翼會沿著車輛側(cè)面折疊，還有一組輪子協(xié)助其轉(zhuǎn)向。值得一提的是，這輛Tampier Roadable在路面上行駛時，飛機的尾巴是沖著前方的。

1937年，美國人沃爾多·沃特曼研發(fā)出了一款名為Arrowbile的飛行汽車。從外形上看，它與Autoplane相似，也采用后置的螺旋槳活塞式動力形式；不過，它的起落架采用三輪車式，車身頂部安裝了上單翼，整體結構由此變得極其簡潔。在測試中，Arrowbile曾達到180千米的飛行時速，路面行駛速度則達到90千米每小時。由于資金匱乏，Arrowbile的后續(xù)研制工作未能完成。不過，它為后來的汽車發(fā)展提供了一種經(jīng)典的設計風格。

1946年，羅伯特·富爾頓研制出了一款模塊化的飛行汽車Airphibian。即使是在今天，Airphibian的可拆卸式設計理念也不過時。Airphibian實際上就是將一輛小型汽車設計為飛機的機頭部分，平時可以在公路上奔跑；想要上天的時候，就可以在后面直接拼裝上機翼及螺旋槳部分，搖身一變，成為一架小型飛機。其整個組裝過程均采用模塊化裝配方式，可在數(shù)分鐘內(nèi)完成。不過，羅伯特·富爾頓的這種超前設計有一個缺點，就是將車輛和飛機分離開來很不方便。由于缺乏資金，Airphibian未能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

1947年，美國聯(lián)合伏爾梯公司打造出一款采用可拆卸式設計的升級版飛行汽車ConvAirCar。由于受到富爾頓可拆卸式飛行汽車的啟發(fā)，ConvAirCar也被設計成一輛汽車和一架飛機的組合體，即相當于在一輛汽車頂上安裝了一架常規(guī)布局的螺旋槳飛機。ConvAirCar曾進行過長達一個小時的成功飛行。不幸的是，在最后一次飛行測試中，ConvAirCar墜毀，導致沒能實現(xiàn)量產(chǎn)。

1960年，莫爾·泰勒研制了一架名為Aerocar的飛行汽車。莫爾·泰勒和羅伯特·富爾頓是好友，兩個人都癡迷于飛行汽車的研發(fā)。Aerocar可謂是飛行汽車史上最成功的典范，它同樣借鑒了富爾頓的模塊化設計理念，機翼采用可拆卸式設計。經(jīng)過幾代的優(yōu)化改型，Aerocar最終進行了小規(guī)模的生產(chǎn)。到了第三代的Aerocar，機身已經(jīng)采用玻璃纖維，機翼和尾翼均采用鋁合金材料，既保證了車身的輕重量，又使其能達到一定的堅固程度。

1965年，保羅·穆勒花了40年時間和數(shù)百萬美元所打造的Skycar面世；只是，它并未起飛，作為汽車也沒能載人出行?？梢哉f，無論是作為飛機，還是汽車，Skycar都是失敗的。盡管如此，通過一系列改進措施，穆勒于2003年推出了一款具有夢幻色彩的飛行汽車Skycar M400。在這輛外形炫酷的飛行汽車車身四周，加裝了4個巨大的、可以轉(zhuǎn)換方向的螺旋槳推進器，其目的是使汽車可以直接垂直起降，而無需漫長的跑道。Skycar M400擁有4臺可旋轉(zhuǎn)的涵道發(fā)動機，飛行時速可達600千米，最大飛行高度為8840米。

2006年，美國Terrafugia公司研制了一款機翼可折疊的飛行汽車，取名Transition。此后，該公司又發(fā)布了第二代Transition。Transition如同影視作品中的變形金剛，其最大創(chuàng)新之處在于擁有可折疊的機翼—只需駕駛者按下按鈕，收縮的機翼就會展開，汽車由此變身為一架飛機。不過，這輛飛行汽車同樣也有缺點，那就是需要跑道助跑才能起飛。

在2012年的珠海航展上，我國西安美聯(lián)航空技術有限責任公司設計制造的飛行汽車進行了首秀。這也是國內(nèi)第一款飛行汽車。該產(chǎn)品重達450千克，旋翼長度為8.4米。其最大起飛重量為600千克，最大巡航時速能達到180千米，采用兩輪驅(qū)動，汽車行駛時速可達120千米。這款飛行汽車在地面行駛時的操作方式和普通汽車一樣，在空中的操作方式則與普通的旋翼飛機一樣。起飛時只需一個30米左右的助跑場地，降落時則需10米長的跑道。當從飛行模式轉(zhuǎn)向行車模式時，只需按一個按鈕，就能夠折疊主支架和旋翼，前后僅需10分鐘。

2014年，斯洛伐克一家公司研制出了飛行汽車Aeromobil。該公司原計劃在2017年將改進型的Aeromobil 3.0投入市場；遺憾的是，這輛車在進行測試時不幸墜毀，導致汽車的面市時間遙遙無期。Aeromobil的設計十分前衛(wèi)，機翼可以直接向后收縮，貼近車身，成為一輛跑車造型的小轎車。機翼收縮后，車身的尺寸和普通轎車相當，可以直接停進普通停車位。這樣的小巧和便捷也為飛行汽車的普及打下了一定的基礎。

2018年，在瑞士日內(nèi)瓦國際汽車展上，荷蘭PAL-V公司推出其飛行汽車PAL-V的最終量產(chǎn)版，其售價約為60萬美元，全球僅發(fā)售90輛。PAL-V看起來就像一輛摩托車和一架直升機的混合體，可以搭載兩名乘員。該車由碳纖維、鈦和鋁等材料制成，重達680千克，起飛時需要165米長的跑道，著陸時只需30米長的跑道。PAL-V在陸地上的最高行駛速度可達160千米每小時，最高飛行速度可達180千米每小時。其最高飛行高度約為3352米，最遠飛行距離約為563千米。PAL-V的旋翼可以收攏向后折疊。從路面行駛模式切換到空中飛行模式并非簡單地按個按鈕，而是需要進行手動操作，完成這一步驟大約需要10分鐘。PAL-V已經(jīng)通過了美國和歐洲安全機構的認證；不過，要擁有PAL-V并不容易，用戶需要同時持有車輛駕駛證和飛行許可證。

旋翼為王

目前的飛行汽車有兩種飛行模式：一種采用固定翼模式，即由發(fā)動機產(chǎn)生前進推力，由機身上安裝的固定機翼產(chǎn)生升力，其產(chǎn)品類似小型飛機；另一種則采用多旋翼方式，即在機身安裝多個旋翼，依靠旋翼產(chǎn)生升力，同時通過改變每個旋翼的轉(zhuǎn)速來控制飛行器的飛行狀態(tài)。多旋翼飛行汽車的外形類似放大版的多旋翼無人機，并將中間機身替換成駕駛艙。傳統(tǒng)的飛行汽車大多為固定翼飛行模式，多旋翼飛行汽車則屬于近幾年才出現(xiàn)并迅猛發(fā)展起來的新生事物。

2015年，在第三屆天津直升機國際博覽會上，中航工業(yè)直升機設計研究所展出了一款名為“賽羚”的新型多旋翼汽車。該產(chǎn)品不僅可以像汽車那樣在地面奔馳，還具有垂直起降、前飛、懸停、偏航等各項飛行性能。它的結構原理是在汽車的基礎上增加了直升機的功能：一方面有著與汽車類似的底盤結構，借助動力驅(qū)動車輪行走于地面；另一方面，當它遇到障礙時，可變形為一架飛行器，越過障礙物繼續(xù)前進。“賽羚”的螺旋槳、動力臂可自動收放。目前，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)多款類似“賽羚”的多旋翼飛行汽車產(chǎn)品，如美國俄亥俄州Workhorse公司的SureFly、美國LIFT公司的Hexa多旋翼飛行車等。

作為新生事物，多旋翼飛行汽車的研發(fā)工作受到業(yè)內(nèi)的高度重視。這在很大程度上歸功于近十幾年來多旋翼無人機的迅猛發(fā)展。與固定翼無人機相比，多旋翼無人機雖然起步晚，但后來居上，迅速進入相關行業(yè)，并得到廣泛應用。這在很大程度上取決于多旋翼獨特的飛控系統(tǒng)的快速發(fā)展以及消費級多軸無人機的普及。

目前，汽車大多采用汽油動力，而多旋翼飛機大多采用鋰電池/電機/螺旋槳動力。后者雖然具有綠色環(huán)保、噪聲低、易于控制、工作穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，但最大的問題是續(xù)航能力不足。多旋翼飛行汽車兼具地面行駛和空中飛行兩種形態(tài)，要想達到遠航程且安全可靠的設計要求，其動力、操縱、能源系統(tǒng)方面尚有一系列問題需要解決。

首先是動力轉(zhuǎn)換的難題。最佳方案是汽車與旋翼共用一套動力系統(tǒng)，且使用相同的燃料或能源。遺憾的是，到目前為止，多旋翼汽車的共用動力系統(tǒng)技術尚未得到很好的發(fā)展。

其次是能源能量密度問題。一輛汽車至少重1噸，但想要利用旋翼來提供1噸級的升力，這對于目前常規(guī)的四旋翼所使用的鋰電池來說，是一個迫切需要突破的關鍵技術。

最后是操縱系統(tǒng)方面的問題。多旋翼飛機和汽車采用完全不同的操縱系統(tǒng)。如何把兩種操縱系統(tǒng)進行融合，使得駕駛員能夠從容地在兩種駕駛模式間進行切換，并自如地使用兩種系統(tǒng)，對生產(chǎn)者來說，也是一個不小的挑戰(zhàn)。

瓶頸多多

飛行汽車的發(fā)展已有百余年歷史，從總體來看，其發(fā)展相對緩慢。之所以如此，美國國家航空航天局的研究人員馬克·摩爾一語道破原因：“當你試圖融合汽車和飛機時，你極有可能得到的是世界上最糟糕的東西：一個笨重、遲緩、昂貴而又難以操控的車?！笔聦嵣希嚺c飛機本屬于兩種完全不同的交通工具，要把兩者結合在一起，新產(chǎn)品的結構往往變得更為復雜，成本也因此大增；而且，在設計制造時，必須面對和解決很多意想不到的問題。這使得飛行汽車往往與人們的美好愿望背道而馳。

首先，飛行汽車要滿足能在道路上正常行駛的功能，其橫向的寬度和長度不可過大；否則，就可能與道路上正常行駛的其他車輛發(fā)生碰撞。這就涉及飛行汽車機翼和機身的收放設計問題。如何高效地將機翼收到大約與車身等寬的空間之內(nèi)（當然，機翼收起后也不能太高）以及如何將機身收縮到接近家用小汽車的長度，這是飛行汽車研發(fā)中面臨的首要問題。

其次，動力提供模式的設計問題。當飛行汽車作為汽車行駛在公路上時，出于安全性考慮，人們一般會采用車輪驅(qū)動模式；而作為飛機飛行時，則采用螺旋槳驅(qū)動。這兩套不同的驅(qū)動模式如果采用各自獨立的動力裝置，勢必會增加車輛自重；但如果共用一套動力裝置，就需要設計出能夠在兩種模式之間快速切換的控制系統(tǒng)，同時還要保證兩種工況下飛行汽車的動力系統(tǒng)均能高效工作—這使得動力裝置的設計和制作變得異常復雜。

第三，飛行汽車在起飛和降落時，常常要展開或收起機翼，即做必要的“汽車到飛機”或“飛機到汽車”狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。上述轉(zhuǎn)換均需要在道路上完成，這不僅要求起降的路面要足夠?qū)拸V，而且需要路上沒有太多其他車輛，即路況良好。這往往是不現(xiàn)實的。

第四，作為一種民用航空器產(chǎn)品，飛行汽車的研發(fā)必然要經(jīng)過民航管理部門的嚴格審查和認證，并在飛行中接受民航管理部門甚至軍方的航空管制，乃至需要申請飛行空域；而作為一種地面交通工具，其研發(fā)和使用又要接受地面交通管理部門的審查和管制。也就是說，在專門針對飛行汽車的行業(yè)標準出臺前，飛行汽車目前必須同時滿足航空和地面兩個交通管理部門的所有要求，這必然會給飛行汽車的發(fā)展帶來很大束縛。

最后需要提及的是，駕駛汽車和飛機是兩種截然不同的體驗，駕駛規(guī)則和操控系統(tǒng)的差異很大。因此，當一個人駕駛著飛行汽車，從飛機模式轉(zhuǎn)為汽車模式，或者從汽車模式轉(zhuǎn)為飛機模式操作時，需要快速適應新操控系統(tǒng)和調(diào)整駕駛習慣。熟練完成這一切換過程，需要通過長期的實際操作來實現(xiàn)。如果達不到熟練掌握，無疑會給飛行汽車的使用帶來安全隱患。