電動垂直起降飛行器氣動布局分析（一）

目前，最能體現(xiàn)現(xiàn)代航空技術發(fā)展的最新成果是電動垂直起降飛行器（Electric Vertical Take-off and Landing，eVTOL）。該飛行器是一種處于發(fā)展中的空中交通工具，長期以來，人們對這種頗具未來感的空中交通工具充滿了期盼和想象。

電動垂直起降飛行器的基本概念

2011年10月21日，德國卡爾斯魯厄大學研究團隊研制的世界首架電動垂直起降飛行器首次載人試飛成功，開創(chuàng)了電動垂直起降飛行器的新時代。

電動垂直起降飛行器是以電能或油電混合動力系統(tǒng)為動力，無需專用飛行跑道即可實現(xiàn)垂直起降的飛行器，它是在多旋翼無人機基礎上發(fā)展起來的一種新型空中交通工具。電動垂直起降英文縮寫名稱eVTOL中的第一個小寫字母e表示電動，后面4個大寫字母VTOL表示垂直起降。顧名思義，電動垂直起降飛行器的動力系統(tǒng)必須包含電動機和蓄電池（簡稱電池）。由于它的初始用途定位是空中載人或載貨飛行，因此并不具備機動車在公路上出行的功能。很多電動垂直起降飛行器甚至沒有設計輪式起落架，而是采用滑橇式起落架。

電動垂直起降飛行器強調“電動”的原因是電動機比燃油發(fā)動機的熱效率高很多，而且成本低、噪聲小、污染小。節(jié)能減排是交通領域研究和實踐的熱點問題，航空器領域也不例外，例如應用非常廣泛的輕小型多旋翼無人機基本上已全部采用電動系統(tǒng)。但是，當人們將電動系統(tǒng)應用于大中型飛行器時，目前卻遇到了一個非常棘手、而非電動機本身的問題，這就是為電動機提供能源的蓄電池的能量密度太低。于是，電動飛行器在實際使用中，通常表現(xiàn)出載重能力不足、續(xù)航時間短等缺點。預計在未來很長一段時間內，蓄電池技術很難取得根本性突破，這意味完全由蓄電池提供能源的電動無人機，其任務載荷重量小、續(xù)航時間短的問題在短期內很難得到根本性解決。因此，油電混合動力系統(tǒng)被應用于電動垂直起降飛行器，以解決當前的燃眉之急。油電混合動力系統(tǒng)由電動機和燃油發(fā)動機兩種動力裝置組裝在一起而構成一個新的動力系統(tǒng)，雖然其噪聲、排放和污染水平比電動系統(tǒng)稍高，但與燃油發(fā)動機系統(tǒng)相比，卻擁有相當可觀的改善。

電動垂直起降飛行器的優(yōu)點

電動垂直起降飛行器與油動直升機相比，具備以下優(yōu)點。

一是低碳環(huán)保。電機零污染，消除了直升機使用燃油所造成的空氣污染問題。

二是噪聲低。電動機產生的噪聲大大低于燃油發(fā)動機。油動直升機噪聲一般為82dB，電動垂直起降飛行器噪聲一般為65dB。

三是成本低。電池的運營成本遠低于燃油。在高速巡航時，電動垂直起降飛行器耗電量為31度/100千米，按照0.6元/度的電費價格計算，電費約18元/100千米；同級別油動直升機耗油量為10～15升/100千米，按照油價9元/升計算，燃油使用成本為90～135元/100千米。

四是穩(wěn)定性好。電機結構簡單，輸出功率不受空氣中氧含量的影響，維修簡單。

電動垂直起降飛行器理念的提出與發(fā)展趨勢

目前，世界各國大城市道路的利用率基本上已到極限，堵車問題尤其嚴重，大城市路網規(guī)劃、商業(yè)用地、住宅用地面臨著挑戰(zhàn)。為了解決城市道路交通面臨的難題，2014年，美國直升機國際協(xié)會（American Helicopter Association，AHA）和美國航空航天學會（American Institute of Aeronautics and Astronautics，AIAA）正式提出電動垂直起降飛行器的理念。該理念的內涵是，在多旋翼無人機基礎上，制造商將開發(fā)一種新型空中交通工具，該交通工具的核心要素包括垂直起降、無污染、低噪聲。因此，非電動系統(tǒng)莫屬。

真正把電動垂直起降飛行器理念帶熱的則是全球出行共享巨頭美國優(yōu)步（Uber）公司。優(yōu)步公司于2016年10月發(fā)布的《快速飛入城市空中交通白皮書》指出，正如摩天大樓可以更有效利用有限的城市土地一樣，城市空中交通將利用空域緩解地面交通擁堵，而電動垂直起降飛行器將在郊區(qū)和城市之間飛行，最終在市區(qū)內構建快速而安全的交通網絡。該白皮書介紹了城市空中交通的市場前景、應用模式和技術規(guī)劃等內容，強調城市空中交通飛行器必須采用電動系統(tǒng)，以確保飛行器滿足垂直起降、無污染、低噪聲等要求。優(yōu)步公司提出，電動垂直起降飛行器應具有垂直起降功能、航程為100km、巡航速度240km/h、擁有4個座位、商載重量大于500kg、巡航高度300m。以這一目標性能為指引，優(yōu)步公司憑借互聯(lián)網企業(yè)思維和作風，加上強大的號召力和資本實力，迅速掀起了全球范圍內、面向城市空中交通的電動垂直起降飛行器的投資和研發(fā)熱潮。于是，全球各地的許多飛機制造商、汽車制造企業(yè)、科技公司開始緊鑼密鼓地研制電動垂直起降飛行器。

與此同時，美國垂直飛行協(xié)會（Vertical Flight Society，VFS）意識到，隨著動力電池、電氣控制、電動機、輕質復合材料、飛控等關鍵技術的發(fā)展，電動垂直起降飛行器將引發(fā)新一輪航空技術革命。2017年，美國垂直飛行協(xié)會編制了電動垂直起降飛行器目錄并對外發(fā)布，同時希望通過相關工作，幫助業(yè)內公司、研究人員和政府機構，共同解決包括技術、法規(guī)、基礎設施、交通管理和安全性在內的諸多問題。

2018年11月，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布的《城市空中交通發(fā)展報告》提出了城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）概念。該報告由多家研究機構聯(lián)合撰寫，將城市空中交通概念定義為：一種基于載人飛行器和無人機系統(tǒng)的安全、高效城市交通運營方式，采用末端配送模式，空中巴士、空中出租車等典型且最具挑戰(zhàn)性的城市空中交通工具的系統(tǒng)。

2019年2月，美國國家航空航天局將術語城市空中交通改為先進空中交通（Advanced Air Mobility，AAM），提出城市空中交通系統(tǒng)進一步可在地面基礎設施比較薄弱的郊區(qū)和農村拓展應用，強調通過應用前瞻性飛行器氣動布局和動力電池技術，提高交通運輸能力和效率，兼顧大眾服務和個性化需求，滿足綠色低碳理念的要求。先進空中交通涵蓋了城市與農村之間、城市與郊區(qū)之間、城市與城市之間的客貨運輸，更加符合人們對現(xiàn)代空中交通的設想和期望。

2019年，歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，EASA）針對電動垂直起降飛行器的適航審定，發(fā)布了全新的航空管理規(guī)定，以期為電動垂直起降飛行器建立更有針對性的全新監(jiān)管體系。隨后，美國監(jiān)管機構也開始加緊推進電動垂直起降飛行器的適航審定等層面的法規(guī)創(chuàng)新工作，修訂原法規(guī)中關于小型飛機的適航審定內容，允許電動垂直起降飛行器的機身、發(fā)動機和螺旋槳作為一個獨立實體進行適航審定，這使得電動垂直起降飛行器推進系統(tǒng)與機體高度集成的設計理念得到監(jiān)管層面的支持。

至此，電動垂直起降飛行器產業(yè)發(fā)展的外部障礙開始逐一被清除，從而促發(fā)了全球電動垂直起降飛行器項目如雨后春筍般涌現(xiàn)?，F(xiàn)在，電動垂直起降飛行器技術和先進空中交通的發(fā)展如火如荼，歐洲的空客公司、美國的波音公司、巴西航空工業(yè)公司等老牌飛機制造商正在加大電動垂直起降飛行器等新產品的研發(fā)投入。與此同時，福特、通用、豐田、戴姆勒、現(xiàn)代等老牌汽車制造商也不甘落后，紛紛進軍電動垂直起降飛行器市場。除此之外，眾多新成立的初創(chuàng)公司也在緊鑼密鼓地開發(fā)電動垂直起降飛行器，尋找各種渠道募集資金，推出許多令人震驚的創(chuàng)新設計方案，并開展一系列載人試飛，目的是在這一新領域與大型飛機制造商和汽車制造商展開競爭。

電動垂直起降飛行器自動駕駛技術

按照城市空中交通的目標，一個城市上空可能會有成千上萬架電動垂直起降飛行器在同一時間飛行。為了確保飛行安全，所有電動垂直起降飛行器必須采用先進的自動駕駛技術，這意味著電動垂直起降飛行器不再由地面控制站進行遠程控制，而是采用自動駕駛技術在航線上自主飛行。地面控制站只是作為飛行監(jiān)督平臺，發(fā)揮監(jiān)測作用，在必要時才參與控制。自動駕駛的優(yōu)勢是，電動垂直起降飛行器全自主飛行，既能避免可能發(fā)生的人為事故，又降低了飛行成本。

電動垂直起降飛行器全自主飛行能力是指，在沒有操控人員的控制下，電動垂直起降飛行器根據自身狀態(tài)和感知信息，能夠自主執(zhí)行任務。自動駕駛技術包括飛行環(huán)境感知與規(guī)避技術、飛行路徑規(guī)劃技術、飛行控制技術。其中，飛行環(huán)境感知與規(guī)避技術是指無人機及時自主規(guī)避障礙物的智能技術。感知與規(guī)避過程通常分為無人機感知障礙物、自主繞開障礙物和規(guī)劃路徑三個階段。目前，電動垂直起降飛行器經常采用紅外避障、超聲波避障、激光避障、毫米波雷達避障、機器視覺避障等設備，通過這些傳感器，它能感知其他飛行器、鳥類的運動軌跡。與此同時，電動垂直起降飛行器的傳感器和計算平臺都需要滿足適航審定的要求，而且計算平臺應滿足深度學習和自動駕駛所需性能的要求。

眾所周知，航空器實現(xiàn)全自主飛行的技術難度極大，從第二次世界大戰(zhàn)開始使用的靶機，到現(xiàn)在世界大部分地區(qū)每天都有成千上萬架無人機（主要是微小型無人機）在天空中飛翔，幾十年來，真正能實現(xiàn)全自主飛行的無人機少之又少，幾乎為零。即使這樣，人們仍然認為，面向城市空中交通應用的電動垂直起降飛行要堅持全自主飛行原則，主要原因有三點。

一是安全性高。航空器的飛行事故是指在任何人登上航空器準備飛行直至所有人員離開航空器的期間內，與該航空器運行有關的人員發(fā)生傷亡，航空器遭受損壞、失蹤等事件。影響航空器安全的因素包括航空器、各類人員和外界環(huán)境三個方面，而航空器自身的安全性是保證飛行安全的基礎。統(tǒng)計數(shù)據顯示，以往大多數(shù)航空事故是由飛行員工作失誤造成的。

電動垂直起降飛行器飛行控制與導航系統(tǒng)可以為每次飛行創(chuàng)造可預測的、前后一致的結果來顯著減少人為失誤，尤其可以消除飛行員人工駕駛所造成的事故。因此，電動垂直起降飛行器采用高可靠性自動駕駛技術會更加安全，這一點至關重要。

二是成本低。電動垂直起降飛行器全自主飛行可以為航空公司、私人用戶節(jié)約大筆的培訓費、人工費，航空公司從而能更有效、更快速地擴大其規(guī)模，降低成本和票價，讓更多人使用電動垂直起降飛行器作為交通工具。因為航空公司若實現(xiàn)規(guī)?；\營，需要海量的飛行員，成本非常高。鑒于電動垂直起降飛行器的座位數(shù)基本在5座及以下，特別是電動垂直起降飛行器要像私家小汽車那樣進入千家萬戶，成為真正能夠解決地面交通擁堵的“飛行小汽車”，運營商必須降低成本，除了購置成本和維修成本外，最重要的是培訓和使用成本。如果電動垂直起降飛行器必須由經過長期嚴格培訓的專業(yè)飛行員駕駛，那它肯定無法像私家小汽車那樣獲得廣泛應用，因為面臨昂貴的成本，電動垂直起降飛行器可觸及的用戶也一定非常有限，其商業(yè)價值將受到挑戰(zhàn)。因此，從運營成本角度看，電動垂直起降飛行器全自主飛行勢在必行，這意味著電動垂直起降飛行器實質上必須是一架能全自主飛行、用于載客的無人機。

三是噪聲低。噪聲是指妨礙人們正常休息、學習和工作的聲音，以及對人們要聽的聲音產生干擾的聲音。人員如果長期生活在噪聲水平大于905dB的環(huán)境中，聽力會受到嚴重影響并產生神經衰弱、頭疼、高血壓等疾病。眾所周知，低噪聲是電動垂直起降飛行器最重要的品質要求之一。為了對比電動垂直起降飛行器和油動直升機在正常飛行中的噪聲水平，美國喬比航空公司（Joby Aviation）使用自主研制的S4電動垂直起落飛行器與美國羅賓遜公司生產的R44直升機進行對比測試，而這兩種飛行器的商載重量幾乎相同。測試結果表明，兩種飛行器在正常飛行中的噪聲水平相差很大。R44直升機飛行時的最大噪聲水平為85dB，而S4電動垂直起降飛行器飛行時的最大噪聲為60dB，比R44直升機低25dB，這說明電動垂直起降飛行器的降噪效果十分明顯。

基于安全性、成本和噪聲三要素，以及從發(fā)展的角度看，雖然目前一些正在研制中的電動垂直起降飛行器尚未具備全自主飛行能力，只能由飛行員駕駛或半自主飛行，但可以預見，當它發(fā)展到定型階段以后，真正大批量進入市場，投入實際運營時，一定會成為一種具有全自主飛行能力的飛行器。因為在激烈的現(xiàn)代全球市場競爭中，安全性高、成本低、噪聲低、零污染這四大優(yōu)勢將起關鍵作用，優(yōu)勝劣汰原則是無可抗拒的。

電動垂直起降飛行器運營規(guī)劃

電動垂直起降飛行器若想實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，必然采用全新的運營規(guī)則。為此，美國波音公司聯(lián)合其投資的空中出租車初創(chuàng)企業(yè)威斯克公司（Wisk）發(fā)布了一份文件，名為《自動駕駛城市空中交通運營概念》。該文件旨在為城市空中交通載人運營提供一個運營規(guī)劃，將電動垂直起降飛行器納入美國國家空域系統(tǒng)（United States National Airspace System， NAS），為實現(xiàn)未來幾年內社會全階層、高吞吐量的運營目標奠定基礎，甚至為全球城市空中交通領域提供一份運營藍圖。

管理人員與基礎設施規(guī)劃

具有自動駕駛功能的電動垂直起降飛行器作為城市空中出租車使用時，其運營規(guī)劃涉及如下管理人員和基礎設施。

1.起降場及其管理人員

起降場大多被建造在大型建筑物（如高樓大廈）的房頂上，也有的建在地面上，供電動垂直起降飛行器起飛、降落，乘客上下機，以及為飛行器提供能源補充和維護等服務的固定場所，如圖1所示。起降場管理人員應確保場地的正常使用和安全，并對停放的電動垂直起降飛行器進行管理，組織乘客待機及上下機等服務。

2.第三方服務供應商

第三方服務供應商負責提供與電動垂直起降飛行器運營相關的信息、通信和其他服務方案。

3.電動垂直起降飛行器

具有自動駕駛功能的電動垂直起降飛行器配備空中及地面避障系統(tǒng)，具備自主飛行能力，可以自主執(zhí)行各項飛行計劃，即使沒有地面控制站的控制，也能完成飛行計劃。

4.機長

機長是監(jiān)控飛行過程的人員，應履行機長的工作職責，負責規(guī)劃和監(jiān)控電動垂直起降飛行器飛行的全過程。

設備管理與使用

設備管理與使用包括導航、通信、自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）等基礎設施管理、運營、日常維護維修，涉及設備管理使用人員、維護維修人員等。

旅客乘機流程

旅客乘坐具有自動駕駛功能的電動垂直起降飛行器的流程為：線上預訂機票，進入起降場完成安檢，登機，乘機飛行，下機，離開起降場。所有與飛行有關的流程都應符合航空運輸?shù)陌踩珮藴?，以確保飛行安全和可擴展性操作。

電動垂直起降飛行器的運營流程

1.飛行計劃制訂

運營公司根據需求和乘客數(shù)量，制訂運行計劃。

2.飛行準備階段

飛行監(jiān)控人員根據飛行計劃進行飛行準備工作及各項例行檢查。

3.起飛階段

當自動控制系統(tǒng)（ATC）發(fā)出起飛許可信號后，電動垂直起降飛行器自動進入起飛程序，動力系統(tǒng)啟動，電動垂直起降飛行器垂直起飛并升空。

4.飛行階段

電動垂直起降飛行器在自動駕駛儀的控制下，按照任務航線規(guī)劃自主飛往目的地。在飛行過程中，機長或監(jiān)控人員對空域、飛行航線、飛行狀況進行監(jiān)測和檢查，一旦飛行出現(xiàn)異常，實時進行人工干涉，排除故障，或啟動轉場程序，以確保飛行安全。

5.降落階段

電動垂直起降飛行器飛抵目的地起降場上空后，機長或監(jiān)控人員將協(xié)調飛行器的降落操作，以確保降落過程順利和安全。

6.降落后的服務

地面管理人員指引旅客下機，卸載貨物；地面機務人員檢查電動垂直起降飛行器的各個系統(tǒng)，并為電池充電或為發(fā)動機加油，清潔機艙，為下次飛行做準備。

電動垂直起降飛行器受到投資者的廣泛關注

電動垂直起降飛行器研發(fā)需要巨大的資金支持。早期，電動垂直起降飛行器制造商主要通過私人投資、風險投資、政府項目支持獲得資金。2021年下半年，隨著新冠疫情的結束、經濟的復蘇以及各國政府先進空中交通（AAM）行業(yè)政策的發(fā)布，發(fā)現(xiàn)機會到來的電動垂直起降飛行器制造商急于上市融資。于是，一種美國股市特有的快速上市途徑進入人們的視野，即制造商通過特殊目的收購公司借殼上市，例如，總部位于美國加州的喬比航空公司與特殊目的收購公司合并上市。除此之外，美國的阿奇爾公司（Archer）、英國的垂直航宇公司（Vertical Aerospace）、德國百合花公司（Lilium）和日本天空驅動公司（Skydrive）等制造商也專注于電動垂直起降飛行器開發(fā)。

在人類科技發(fā)展史上，每個周期都有對應的主導產業(yè)，這些主導產業(yè)通過科技進步和需求，縮短該產業(yè)的投資周期，造就強大的企業(yè)。例如，20世紀60年代，美國汽車產業(yè)蓬勃發(fā)展，成就了通用、福特、戴姆勒汽車三巨頭。

現(xiàn)在，電動垂直起降飛行器和先進空中交通已成為新興產業(yè)，讓人們看到了新主導產業(yè)的成長萌芽。該產業(yè)雖處于前期的培育期，但在全球范圍內飛速發(fā)展，不僅吸引了大量巨頭、創(chuàng)新企業(yè)紛紛入局，還成為全球熱門的投資領域。

電動垂直起降飛行器之所以能成為全球投資者最關注的領域，一方面，因為它能解決人類社會當前面臨的城市交通問題。例如，解決城市道路交通日益嚴重的擁堵問題，滿足人們出行頻次和效率提高的需求。很多在城市生活的人群每天出行距離都是20～30km，他們對更高效率的交通工具的需求日益強烈。與此同時，電動垂直起降飛行器能滿足人們降低交通成本的需求。除了研發(fā)和生產汽車的成本外，地面道路、橋梁和隧道等基礎建設成本實際上非常高。人類社會對更低成本的交通工具的迫切需求，給電動垂直起降飛行器和先進空中交通行業(yè)提供了成長土壤；另一方面，全球投資者對人類社會未來交通運輸發(fā)展趨勢做出整體判斷，除了用于空中運輸外，城市空中交通工具在旅游、醫(yī)療救護、消防滅火、應急救援、安防等特定場景也將發(fā)揮積極作用，航空器的數(shù)量將大于地面汽車的數(shù)量，因為電動垂直起降飛行器具有如下優(yōu)勢。

1.能源效率更高

電動垂直起降飛行器在三維空間飛行的自由度遠遠大于在地面行駛的車輛、地鐵，在水面航行的船舶等其他交通工具，而且不受道路、河流走向，海洋湖泊面積等因素的限制，直線飛行能夠大大縮短運輸距離，提高能源效率，這是一個核心優(yōu)勢。

2.交通事故更少

在起飛和降落階段，電動垂直起降飛行器的控制復雜性較高，雖然在起飛和降落過程中，氣流會發(fā)生變化，但是控制復雜性只存在于飛行器單機和環(huán)境之間。相比于地面車輛，電動垂直起降飛行器多機交互飛行的復雜性更低，故障可預測性更強，交通事故更少。

3.航線更加豐富

空中航路的寬度大于地面道路。因此，對于單架電動垂直起降飛行器，它的航線更加豐富，與其他飛行器之間的不確定性交互更少，因此事故會更少。

4.成本更低

地面汽車在路面行駛，會產生很大的摩擦力，而航空器需要應對的空氣阻力比汽車在地面行駛產生的摩擦力小很多。因此，航空器的能量效率比汽車高，成本相應降低。未來，隨著電動垂直起降飛行器大批量生產，其整體成本將低于汽車的成本，普通消費者也能夠承受電動垂直起降飛行器的票價。

5.噪聲水平大幅降低

電動垂直起降飛行器利用垂直起降等優(yōu)勢，可在城市大樓房頂?shù)钠鸾祱龃怪逼痫w并降落，在空中飛行時，它能避開地面交通擁堵，直達目的地。因此，垂直起降功能和低噪聲是應用剛需，而低噪聲要求尤其嚴格。近期，有人選取了與喬比航空公司電動垂直起降飛行器驗證機商載重量相近的固定翼飛機、直升機各兩架，開展噪聲水平對比測試。測試結果表明，喬比航空公司電動垂直起降飛行器的噪聲水平比直升機小很多，比固定翼飛機也小，僅相當于城市地面交通干線道路兩側的噪聲水平，即60dB～65dB，人們正常生活可以接受該噪聲水平。

6.改善人們的生活環(huán)境

未來，如果整個城市空中交通繁榮發(fā)展，人們不一定非要在城市里生活，在郊區(qū)、鄉(xiāng)村生活，不僅可以遠離城市的喧囂，提高居住生活質量，而且不會對上班、上學、購物和就醫(yī)等日?；顒釉斐扇魏尾涣加绊憽碛须妱哟怪逼鸾碉w行器，人們可以在20min內從居住的郊區(qū)飛抵城市中心的任何地方，消除了人們對地面交通經常堵塞的擔心。

7.應用普及率高

預計20～30年，隨著應用的普及，電動垂直起降飛行器就會像現(xiàn)在的私家車一樣，成為家庭或個人必備的交通工具，甚至一個人可能擁有不止一架電動垂直起降飛行器，像現(xiàn)在有的用戶有多部手機一樣。從保有量看，在20～30年的時間跨度內，電動垂直起降飛行器的數(shù)量和品類都會比肩今天的地面私家車。

航空器技術已經非常成熟，例如波音公司747客機于1970年開始服役，50多年來，旅客的乘機體驗幾乎沒有什么本質上的差別。今天，電動垂直起降飛行器之所以重要，是因為一個新的航空技術發(fā)展路線正在創(chuàng)造一批新的能量，它正在原有體系之外，形成一個新的發(fā)展空間，在這個快速流動的新空間內，它可能打破原有格局，產生改變，給人們帶來新的需求和希望。

在全球范圍內，風險投資公司開始關注電動垂直起降飛行器的發(fā)展，資本機構已經開始大規(guī)模投入資金，投資金額開始提高，特別是研制電動垂直起降飛行器的美國、歐洲企業(yè)獲得大量的風險投資。這對行業(yè)發(fā)展起到特別正向的促進作用，有助于支持電動垂直起降飛行器團隊進行更多的創(chuàng)新發(fā)展。

技術創(chuàng)新、全球資本市場的支持、人們日常生活的需求等各方面因素已經促使電動垂直起降飛行器的發(fā)展走到一個全面鋪開的臨界點。美國垂直飛行協(xié)會發(fā)布的電動垂直起降飛行器目錄顯示，截至2022年底，48個國家的347家企業(yè)正在開發(fā)的電動垂直起降飛行器設計方案已超過600個。

綜上所述，電動垂直起降飛行器以電能作為推進系統(tǒng)的全部或部分能源，必將開啟航空領域的新一輪創(chuàng)新與變革熱潮，推動航空技術和綠色航空創(chuàng)新發(fā)展，將對世界航空業(yè)產生革命性影響，其成熟的技術和廣泛應用將成為人類社會進入自動駕駛新時代的主要標志。

電動垂直起降飛行器與飛行汽車的區(qū)別

19世紀80年代，人類發(fā)明了第一輛汽車。約20年后，美國的萊特兄弟發(fā)明了第一架飛機。隨后，人們產生了將汽車和飛機結合起來的想法。

飛行汽車的基本概念

陸空兩用飛行汽車，簡稱飛行汽車，是一種既能像汽車一樣在地面道路上行駛，又能像飛機一樣在空中飛行的陸空兩用交通工具。1917年，飛機設計師和飛機制造企業(yè)家格林·寇蒂斯研制了世界上第一輛陸空兩用飛行汽車，并申請了專利。該裝備采用分體式設計，機翼、車體可以分開，它在空中飛行時，機翼和車體結合在一起，在地面道路行駛時，機翼和車體分開，車體在地面行駛。

一百多年來，人們已經設計出3000多種陸空兩用飛行汽車方案，絕大部分方案采用了固定翼布局設計，其中，幾十個設計方案有原型機。但是，這些飛行汽車的設計方案大多數(shù)都未獲得人們的認可和推廣應用，被束之高閣，只有個別設計方案獲得美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）特種輕型飛機（LSA）的適航證書，可投入實際運營。

有的飛行汽車被稱為垂直起降陸空兩用飛行汽車，無需專用飛行跑道和道路，可在建筑物房頂或者任何稍微開闊的平地上起降，例如荷蘭帕爾-威（Pal-v）公司研制的“自由”（Liberty）垂直起降陸空兩用飛行汽車，如圖2所示。

實際上，陸空兩用飛行汽車面臨的最大挑戰(zhàn)并不是技術難題，而是法律。世界各國的交通法規(guī)都不允許包括飛行汽車在內的載人飛行器直接在公共道路上起降。公路不是跑道，僅允許救護直升機、警用直升機緊急迫降。因此，陸空兩用飛行汽車即使具備垂直起降能力，也不能在堵車時直接在公路上起飛，而必須從專用起降場或機場起飛，這一規(guī)定使飛行汽車的應用場景大打折扣。

電動垂直起降飛行器與飛行汽車的主要區(qū)別

電動垂直起降飛行器與飛行汽車截然不同，前者屬于一種航空器，與在道路上行駛的汽車沒有任何關系，其技術、應用場景、發(fā)展歷程、市場預期、資本關注度等要素與陸空兩用飛行汽車有著本質的區(qū)別。美國聯(lián)邦航空管理局、歐洲航空安全局和中國民用航空局等機構頒發(fā)的規(guī)章從未使用陸空兩用飛行汽車來指代電動垂直起降飛行器。

在電動垂直起降飛行器的發(fā)展初期，廣大公眾并不了解它的概念。大眾媒體和電動垂直起降飛行器廠商出于傳播和營銷等目的，為了吸引關注度，習慣性地使用飛行汽車來指代電動垂直起降飛行器，從而引起誤導。

作為一種新型航空器，電動垂直起降飛行器與固定翼無人機、無人直升機的最大區(qū)別在于，它有三項最基本的總體設計要求。

一是電動垂直起降飛行器必須有空氣螺旋槳（旋翼），以實現(xiàn)垂直起降。

二是電動垂直起降飛行器動力裝置應全部或部分采用電動系統(tǒng)，例如電動機、油電混合動力裝置。

三是為了提高飛行性能，電動垂直起降飛行器需要以固定翼氣動布局為基礎，增加旋翼系統(tǒng)，構成新的復合式氣動布局，而非復合式氣動布局不需要考慮旋翼方案。

以上三項要求是電動垂直起降飛行器氣動布局設計必須優(yōu)先考慮的重要因素。為此，本文后續(xù)將展開進一步討論。至于類似于汽車的地面行駛功能，則完全沒有必要考慮。

（未完待續(xù)）