eVTOL電動(dòng)垂直起降技術(shù)

eVTOL與巴黎奧運(yùn)的“不期而遇”

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展以及人們對于便捷出行需求的不斷提升，一種令人有著無限想象空間的交通工具——eVTOL（electric Vertical Take-off and Landing，電動(dòng)垂直起降航空器）正步入現(xiàn)實(shí)。

據(jù)法新社報(bào)道，法國政府批準(zhǔn)在巴黎奧運(yùn)會(huì)和殘奧會(huì)期間推出和展示eVTOL飛行出租車項(xiàng)目并在巴黎東南部奧斯特里茨（Austerlitz）附近的塞納河畔建立一處專供飛行出租車起降的平臺，還開放了相關(guān)空域供“民航使用”。法國政府公布法令稱，其批準(zhǔn)的eVTOL飛行出租車是一個(gè)由巴黎機(jī)場集團(tuán)（Aeroports de Paris，ADP）主導(dǎo)的帶有試驗(yàn)性質(zhì)的項(xiàng)目。其飛行線路包括往返于戴高樂機(jī)場和勒布爾歇機(jī)場之間以及往返于巴黎西南方向的伊西萊穆利歐和塞納河畔垂直起降平臺之間。根據(jù)要求，該項(xiàng)目的服務(wù)運(yùn)營時(shí)間為早上8點(diǎn)至下午5點(diǎn)，每小時(shí)不超過兩個(gè)起降，整個(gè)試驗(yàn)期間總數(shù)不超過900次，項(xiàng)目運(yùn)營最遲將于2024年12月31日截止。

此次與巴黎奧運(yùn)不期而遇的eVTOL，采用的是一種雙座電動(dòng)垂直起降飛行器。除飛行員外，單程可搭載乘客1名。該飛行器配備有18個(gè)由電池提供動(dòng)力的螺旋槳，續(xù)航里程30公里，最高時(shí)速110公里。由于這一機(jī)型目前尚未獲得歐洲航空安全局（European Union Aviation Safety Agency，EASA）頒發(fā)的型號合格證（TC）和生產(chǎn)許可證（PC），其在巴黎奧運(yùn)期間只能提供免費(fèi)的示范飛行。

“飛行汽車”的前世今生

20世紀(jì)40年代，福特汽車公司的創(chuàng)始人亨利·福特提出了“飛行汽車遲早會(huì)出現(xiàn)”的預(yù)言。但直到2009年，陸空兩棲飛機(jī)Transition的成功試飛，才成為世界上第一臺真正意義上的飛行汽車。Transition配備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)以及衛(wèi)星控制系統(tǒng)等科技裝備，可在15秒內(nèi)從一輛擁有兩個(gè)座位的汽車化身為展開雙翼起飛的飛行器。

燃油機(jī)時(shí)代，發(fā)動(dòng)機(jī)體積和重量的技術(shù)問題，一定程度上也制約了飛機(jī)汽車的發(fā)展。隨著當(dāng)前動(dòng)力電池技術(shù)的愈加成熟，其為eVTOL技術(shù)的發(fā)展帶來了全新契機(jī)。eVTOL的關(guān)鍵技術(shù)之一，就是使用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)代替內(nèi)燃機(jī)，這使得原本在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)飛機(jī)上難以實(shí)現(xiàn)的多旋翼、復(fù)合翼、傾轉(zhuǎn)旋翼等創(chuàng)新技術(shù)，以及智能化、電動(dòng)化等趨勢，都可集成于eVTOL上。

eVTOL的技術(shù)發(fā)展之路

作為一種未來新型交通工具，載人eVTOL具有電力驅(qū)動(dòng)、低噪聲、高性價(jià)比、環(huán)保等特點(diǎn)，顯然是一種更為契合未來城市空中出行的工具。從英文縮寫來看，e和VTOL是兩個(gè)相互并行的概念。e即電動(dòng)，代表的是動(dòng)力來源；VTOL則是垂直起降，代表的是飛行狀態(tài)。一般來說，eVTOL是指利用電機(jī)、儲(chǔ)能電池和螺旋槳推進(jìn)，并具有垂直起降能力的載人航空器。

eVTOL借助于電力驅(qū)動(dòng)，通常會(huì)使用電池組作為能量來源，而非依賴傳統(tǒng)的化石燃料。這一驅(qū)動(dòng)方式成本更低，也有利于環(huán)境保護(hù)并能提供更為靜謐的出行體驗(yàn)。2024年7月11日，一家名為Joby的eVTOL企業(yè)，使用改裝液氫燃料電池的航空器，完成了842公里的不間斷飛行，驗(yàn)證了氫電技術(shù)在eVTOL中的應(yīng)用潛力。該次試驗(yàn)共搭載了40公斤液氫，至降落時(shí)仍剩余10%的氫燃料負(fù)荷。eVTOL在從垂直起飛到降落的整個(gè)飛行活動(dòng)中，除水蒸氣以外，沒有留下任何排放物。誠然，氫電技術(shù)的能源系統(tǒng)復(fù)雜程度要高于鋰電技術(shù)，也沒有鋰電技術(shù)那么成熟，但其遠(yuǎn)高于鋰電的續(xù)航能力有望攻克eVTOL當(dāng)前面臨的航程限制和續(xù)航焦慮。

垂直起降能力是eVTOL的另一大技術(shù)特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)固定翼飛機(jī)需要很長的跑道來完成起飛和降落，eVTOL能夠借助于矢量推力、轉(zhuǎn)子或涵道風(fēng)扇等推進(jìn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)垂直上升和降落。這一技術(shù)特性使得eVTOL對地面及機(jī)場的要求較低，無論是城市中心、小片空地、樓頂停機(jī)坪，甚至是水面平臺等都可實(shí)現(xiàn)垂直起降，大大擴(kuò)展了起降點(diǎn)的環(huán)境選擇。

近期eVTOL技術(shù)的發(fā)展，主要仍聚焦于中短途的空中交通運(yùn)輸，如：車站至景點(diǎn)之間的往返、跨灣區(qū)域的飛行、城際之間的通行等。這一運(yùn)行定位，不僅可以規(guī)避擁堵的地面交通，還可以為乘客提供更快、更便捷的交通線路選擇。此外，中短途的eVTOL空中交通，在緊急醫(yī)療服務(wù)方面也有著不小的應(yīng)用潛力。正如法國交通部部長維爾格里耶特所看好的那樣，“飛的”可能會(huì)作為未來的救護(hù)車！

從設(shè)計(jì)理念和技術(shù)角度來說，eVTOL主要有多旋翼、復(fù)合翼、傾轉(zhuǎn)旋翼等不同類型的動(dòng)力生成方式。多旋翼的eVTOL，類似于我們當(dāng)前常見的無人機(jī)的多軸結(jié)構(gòu)。不過，狹義的eVTOL具有載人這一核心用途和特性。以旋翼構(gòu)型作為動(dòng)力方式的eVTOL，結(jié)構(gòu)較為簡單，但航程較短、巡航速度較慢且載荷較小。其巡航速度普遍在100公里/小時(shí)以內(nèi)，航程則在半小時(shí)以內(nèi)。通常可用于短途載人或者城市物流配送等領(lǐng)域。復(fù)合翼構(gòu)型的eVTOL結(jié)合了固定翼飛機(jī)和直升機(jī)的雙重特點(diǎn)。eVTOL在飛行時(shí)以多旋翼作為起降動(dòng)力，待進(jìn)入巡航模式后，則借助于固定翼產(chǎn)生升力，而多旋翼則處在順槳的工作狀態(tài)。通常情況下，復(fù)合翼eVTOL的巡航速度可達(dá)到200公里/小時(shí)以上，航程也比多旋翼eVTOL更長，通常可用于中遠(yuǎn)途載人運(yùn)輸或者工業(yè)領(lǐng)域等。以傾轉(zhuǎn)旋翼作為動(dòng)力方式的eVTOL，兼有復(fù)合翼的優(yōu)勢，且機(jī)身相對較小，旋翼則可改變角度以兼顧垂直起降與水平飛行之需。不過，這一構(gòu)型的eVTOL結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且成本也更高。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com