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【摘要】:首先对飞行汽车概念进行说明,然后对国内外飞行汽车的研究现状进行分析,重点介绍了荷兰的Liberty、Uber Elevate 飞行出租车以及奥迪Pop.Up Next 三款飞行汽车的研究现状,其次讨论了飞行汽车未来的发展方向,最后归纳了飞行汽车发展将遇到的挑战, 对飞行汽车的未来发展做出展望。
【关键词】:飞行汽车 研究现状 发展方向 未来挑战
一、引言
飞行汽车,能在陆地行驶和空中飞行二者自由转换的三维立体化交通方式。一般而言,飞行汽车分为两种形式:一是集体成式,二是模块式[5]。在交通运输方面,飞行汽车能够开辟空中道路,实现交通立体化,缓解交通压力;在勘探救援方面,飞行汽车发挥出常规机车不能及的独特优势,完成原始救援方式无法完成的任务。因此, 近十年来,飞行汽车的研究与发展,而且市场上已经出现各类飞行汽车,飞行汽车大潮将要来临。
本文就国内外飞行汽车的研究现状进行分析,归纳飞行汽车的发展方向,提出飞行汽车走向成熟所要迎接的挑战。
二、国内外研究现状
2.1国外研究现状
在国外,飞行汽车起步较早,推出了各种各样的飞行汽车概念设计,近五年来,各大汽车制造公司更是取得了突破性的进展,多款飞行汽车试飞成功。由于飞行汽车的款式多样,在此就具有代表意义荷兰的Liberty、Uber Elevate 飞行出租车以及奥迪Pop.Up Next 三款飞行汽车的研究近况进行概述。
2.1.1 Liberty
Liberty 有望成为世界上**款可以商业销售的产品[2]。这款飞行汽车采用集体成式,飞行功能和汽车功能集于一身,功能切换仅需要短短的十分钟。Liberty 经过五年的调试,最终Liberty 先锋版在2018 日内瓦车展公开亮相。Liberty 外形上酷似一辆三轮摩托车,依靠旋翼机实现了飞行汽车陆地行驶和空中飞行的两种模式,汽车模式行驶速度可达170km/h,飞行模式在满载的情况下速度可达180km/h,可在3500m 的高空飞行400 至500km。Liberty 使用无铅汽油作为燃料,外加了备用的燃油箱,可提供0.5h 的额外飞行时长,以应对燃油不足这种紧急情况。配备了陀螺仪与HEPC 电子主动介入系统,防止在*作运行过程中因为人为因素而产生的错误。不同于直升机的是,Liberty 在飞行过程中,通过尾部桨叶的旋转及变速完成空中转向功能,不过,在陆地行驶依然可以利用方向盘控制转弯,于普通机车的*控方式并无两样。Liberty 的设计仍需要驾驶者的手动*作,因此驾驶者需要掌握飞行*控的必备技能。
2.1.2 Uber Elevate飞行出租车
Uber Elevate 打造的是一款以出租车为目的飞行汽车, 结合了多旋翼和固定翼的两种机翼的优势, 可实现垂直起降、空中飞行,该车采用纯电动动力,由于电力驱动,因此Uber Elevate 相比燃油机产生的噪音更低。Uber Elevate 单次充电可行驶160km。Uber Elevate 一旦投入使用,将彻底改变出租汽车服务的原有模式。该款飞行汽车陆地行驶速度可达240km/h,大大改变了人们的交通方式,缩短了日常通勤时间。不过,Uber Elevate 需要起降场作为交通枢纽,若想真正实现Uber Elevate 的顺利运营,需要率先完成基础设施的建设工作, 建设一定数量的起降场和充电桩。2017 年4 月, 优步首席产品官杰夫·霍尔登宣布,将于2020 年开始测试Uber Elevate,并在2023 年全面运营[2]。这款飞行出租车的服务形式将类似于共享汽车,客户通过移动端的定位服务,找到闲置的飞行出租车,然后一键呼叫,闲置的飞行出租车通过定位系统精准定位客户,这将大大缩短人们的搭乘时间,方便人们的出行。
2.1.3 奥迪Pop.Up Next
由奥迪生产的Pop.Up Next 在2018 日内瓦车展上首次公开亮相,这款飞行汽车配备了智能*控平台、自动驾驶技术,充满了现代感。Pop. Up Next 外形设计延续上一代Pop.Up 类似一颗胶囊,不受地域限制地实现原地垂直起降,Pop. Up Next 采用模块化设计,即地面模块和飞行模块,二选其一。全车均以碳纤维制造,地面模块由座舱、车轮以及底盘三部分组成,造型新颖;飞行模块利用螺旋桨实现空中飞行,外形设计看似一个四个螺旋桨的空中飞碟。飞行模块和地面模块均采用电力驱动,续航性能稳定,单次充电可完成130km 的续航里程。Pop.Up Next 在行驶速度并不高,可达 100km/h。另外,Pop.Up Next 充分运用了无人驾驶技术,驾驶舱内没有方向盘,驾驶者可以看到的是一块 49″的大尺寸曲面屏,驾驶者通过与飞行汽车智能控制平台互动实现系统运行,由于人脸识别、语音识别等技术的应用,控制平台将更加的简单化和人性化。Pop.Up Next 自动驾驶大大降低了飞行汽车的危险系数。假设遇到紧急情况,如交通拥堵、事故现场等,可通过无线端召唤飞行模块,巧妙的越过障碍,让出行更加便捷。
2.2国内研究现状
国内对于飞行汽车的研究相对于西方国家在各方面发展较为缓慢。2017 年吉利收购了美国飞行汽车老牌公司 Terrafugia 后,中国飞行汽车市场得到了进一步的发展[1]。由于我国人口众多,交通堵塞问题尤为严重,因此飞行汽车的研究将更具潜力。飞行汽车一旦投入使用,将打破现有的城市交通格局,开辟空中道路,大大缓解交通压力。不过,飞行汽车的发展也会带来大量的新问题:如何进行空中管制,怎样培训驾驶员才能满足飞行驾驶需要等。我国飞行汽车的发展存在有巨大的潜力,相信未来飞行汽车将会走近我们的生活,成为一种便捷的交通方式。
三、飞行汽车的发展方向
3.1飞行汽车的发展趋势
3.1.1自动智能化
飞行驾驶技术并不是每个人都能熟悉掌握, 飞行过程中人为因素所带来的危险因素难以估量,因此,自动化驾驶将成为飞行汽车发展的必然趋势。Pop.Up Next 采用无人驾驶技术,实现了飞行汽车的全自动驾驶;电动飞行出租车科拉将电力、自动驾驶软件和垂直起降技术结合在一起,开创了一种新的飞行方式[10]。伴随着无人驾驶、自动控制、智能识别等技术的迅速发展, 未来飞行汽车将实现全自动驾驶及汽车与驾驶者的智能交互。
3.1.2整机模块化
目前,大多数飞行汽车存在机翼,占用了许多空间。最新研究并亮相的Pop.Up 系列飞行汽车,实现了功能的拆分,即整机模块化, 将飞行汽车分为地面模块和飞行模块,这样将大大节省空间,配合无人驾驶技术,彰显飞行汽车的现代感和智能感。在未来,空间不足将是人类面临的一大问题,模块化飞行汽车未解决空间不足带来了新的方向,这也将成为未来飞行汽车发展的主流。
3.1.3标准系列化
标准系列化是每个成熟产品实现量产的必经之路。飞行汽车在设计过程中,可将主体功能不变,为了满足不同户的需要,在某些方面作出相应的变化,从而设计一系列的飞行汽车。系列化将大大减少飞行汽车的研发投入,标准化可实现产品的完全互换性,节约维修费用。
3.2飞行汽车的用途方向
3.2.1商业用途
飞行汽车商业化将首先成为飞行汽车的直接趋势。例如来自德国的Volocopte 表示该公司的纯电动垂直起降飞行器( VTOL ) 计划在2019 年下半年在新加坡实现试飞[8],Cora 飞行出租车在新西兰试飞成功,Uber 公司计划在2020 年实现飞行汽车的试运营等。飞行汽车的商业化能激励产生一个新兴的产业链,不仅如此,还能带来良好的社会效益,缩短人们的通勤时间,实现公共交通的立体化,缓解城市交通堵塞的情况。
3.2.2勘探救援
飞行汽车在野外勘探、震后救援等方面显示出独特的优势。飞行汽车可以通过飞行克服障碍, 从而及时有效地到达目的地,进行救援部署[6]。由于飞行汽车具有灵活的机动性,能弥补普通机车在机动越野方面的不足,并且可以实现立体化交通,轻松飞跃障碍物,对复杂的环境具有良好的适应能力。未来在特殊勘探任务、救援任务中, 飞行汽车将发挥出巨大的作用。
3.2.3军事用途
随着飞行汽车的投产和应用,重型化的飞行汽车将被研发生产,这将为飞行汽车的军事用途提供可能,军用飞行汽车将具有大体型、超续航能力、高载重能力等。结合两栖陆战车,未来三栖汽车将成为能在水上、陆地上行驶,空中飞行的新型交通工具,加上智能控制技术,能实现三种模式的自动转换,实现在任何路面上、海面上垂直起降,全方位的立体化交通,汽车的三栖化将具有广阔的应用前景。
3.2.4私人交通
伴随着无人驾驶技术的成熟,公共设施的建立,交通管制制度的完善,私人飞行汽车将成为可能。设想未来城市不仅陆地行驶着汽车,而且空中飞行着汽车,私人交通实现三维立体化,这将大大缓解交通压力,一定程度上解决交通拥堵, 并且可以解决突**况,减少上班族的通勤时间, 便捷人们的出行。
四、小结
飞行汽车迅速发展,在很多方面应用都能体现独特的优势,具有巨大的发展潜力。与此同时,飞行汽车的发展也面临着巨大的挑战其中包括:①空中交通管制问题。目前,在民航运输系统中,一名空中交通管制员同时要监控5-20 架飞机,如果“空中出租车”大量使用的话,势必会对空中管制员有巨大的需求[7]。公众交通管制将直接涉及飞行汽车是否能安全行驶的问题,如何有条不紊的安全行驶将成为飞行汽车发展的一大关键。②动力问题。飞行汽车需要兼顾道路行驶和低空飞行技术[9]。虽然目前的使用的电池已经基本可以满足飞行汽车飞行的技术需要,但是续航时间离真正的商业化应用还有很大差距。电池的能量密度、充电速度、安全寿命这些因素共同影响着电池的续航时间和成本,如何开发高效、寿命长的电池将是未来飞行汽车发展的又一大挑战。③噪音问题。飞行汽车要完成垂直起降避免不了螺旋桨或多旋翼的旋转,因此将要面临直升机一样的噪音问题。未来,垂直起降飞行汽车想要实现在城市中自由飞行,必须对飞行汽车的降噪进行研究。目前,一些制造商希望能够在 2025 年前,将垂直起降飞机的噪音控制在 70 分贝左右[4]。
来源:高科技与产业化