作者:科信 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/30 18:12:09
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空中出行,欢迎来到未来!

 

会议现场

“大家好,欢迎来到未来!”9月15日,在2021世界新能源汽车大会上,一楼展厅展出的一幅小学生绘制的“飞行汽车”图画引起与会者的驻足。

像鸟儿一样自由飞翔是人类永恒的梦想。飞行汽车作为面向城市空中出行的新型交通工具,正日益受到全球创新者的关注。

由中国汽车工程学会、清华大学通用航空技术研究中心联合承办的“飞行汽车解决方案及发展前景”主题峰会座无虚席。来自飞行汽车和航空领域的专家、国内外飞行汽车科技企业人士汇聚一堂,就飞行汽车的探索及展望、未来城市交通出行发展进行交流探讨。

空中飞行 未来目标

“飞行汽车的发展即将开启城市空中交通的新通航时代,飞行汽车成为新能源航空技术革命的引领者!”清华大学教授、通用航空技术研究中心主任张扬军作为开场演讲嘉宾,一开始便将会议推向高潮。

张扬军以“飞行汽车发展及新能源动力技术研究”为题作报告

进入21世纪,由于需求牵引和技术推动,飞行汽车发展进入了一个新阶段,空地一体的飞行汽车时代是航空技术电动化、智能化的必然发展。

首先是交通需求。交通拥堵成为各大城市普遍面临的难题。传统的修高架桥和地下隧道等举措,已难以有效解决城市拥堵的交通流网络化效应问题。利用城市三维空间来解决城市交通拥堵的需求已十分迫切。再者是技术发展。汽车的新能源技术给航空电动化奠定了基础,电动飞行汽车的系统结构简单、安全冗余度高,航空运输将有数量级增长。

沃飞长空科技有限公司技术研发总监薛松柏提出了“飞机+车”的新通航战略,可有效解决因城市中心化带来的“大城市病”,满足全面小康社会对“品质生活”提出的出行需求,以及通航产业转型升级、乡村振兴与农村小镇化的需求。

目前,世界上超过150家企业投入飞行汽车研发,参与者和投资方众多,行业方兴未艾且未出现明显优势者。值得欣喜的是,中国城市空中交通市场广阔。预计2030年左右,中国城市空中交通市场将达到1万亿元的市场规模。

“技术供给、安全供给、管理供给、基础设施、社会接受等框架决定了未来城市空中交通能否满足市场需求。”中国民航管理干部学院通用航空系主任吕人力说。

Volocopter 首席商务官Christian BAUER作“欢迎来到未来”报告

技术先行 动力关键

“高性能、高可靠的动力,高能量、高安全的能源,先进智能的人性化控制和包容可进化的适航法规是城市空中出行未来发展趋势。”薛松柏说。

其中,能源动力决定着空中交通工具的续航里程、经济效益等。

美国宾夕法尼亚州立大学讲席教授王朝阳介绍了一种新型电池——驱动飞行汽车的热调控电池。

王朝阳表示,高能量密度、高功率、快充是飞行汽车对动力电池的基本要求,每公斤能量密度大于270千瓦,平均放电速率达到1C,快充速率达到3C以上。

他指出,飞行汽车使用快充的时间几乎在90%以上,而电动汽车使用快充的机会少于20%,前者对快充电池的安全要求更高。

然而,从电化学角度,电池内部有“析锂现象”,电池快充意味着必定有大量锂离子从正极向负极迁移,这是正常现象。但与此同时,大量锂离子往往来不及进入石墨颗粒里面,在其表面产生大量析锂,从而引起容量损失、电池内部短路,这是一个巨大的安全隐患。

“使用热调控技术,可有效解决动力电池快充过程中的析锂现象,保障电池在2000次循环之后还可保持90%以上容量。”王朝阳说。

张扬军也指出,动力方面面临的几个瓶颈是功重比低、经济安全性和效率。

在他看来,飞行汽车技术必须让性能满足面向城市的交通工具的要求,即垂直起降、绿色环保、安全高效三大基本性能。平台构型、飞控驾驶和动力推进则是飞行汽车的三大关键技术。

目前,已商用的飞行汽车有传统固定翼、垂直起降、汽车加固定翼的结合体等几种构型。

在峰会上,小鹏汇天创始人兼总裁赵德力带来了一种新构型。“我们希望有一款车能够展开翅膀,在堵车时、遇到障碍物和恶劣天气时飞起来——既能垂直起降又能兼顾路况的能飞的汽车。”

赵德力作“小鹏汇天对未来空中出行的探索”报告

建立生态 凝聚共识

空中交通的发展,技术是关键,但并非仅此而已。

张扬军表示,规则、市场和技术是飞行汽车发展的三大基石。规则涉及城市的空域管理、飞行汽车的认证、飞行汽车的空中行驶规则,包括航线制定、事故责任划分以及空中执法手段等一系列问题。市场则涉及城市空中交通以及立体交通的基础设施、运营模式、经济成本、用户体验以及公众接受程度。

“整体来看,中国城市空中交通需要建立一个生态系统,否则难以形成规模。”吕人力说,同时还需要做场景界定,比如它的航空器性能是怎样的,能提供几座驾驶,能否进入城市跟其他直升机进行混合运行。这些都决定了未来的市场预测。

吕人力以“UAM产业发展与运行科研验证”为题作报告

互动讨论现场

参照民航业以及相关厂商的流程,吕人力在总量预测上提出3个方法:总量折减、样本外推和文献经验对比。其中,支线、干线和城市的末端物流,以及医疗救护是重要领域。

提到安全性问题时,吕人力强调了空中风险和地面风险。目前,国内已经启动飞行试验和验证工作,正在建立一套能够满足试运行以及以后正式运行航空器的规则。同时,对风险源进行安全评估。

“飞行汽车前景广阔,但是需要业界广泛、充分地凝练共识,没有共识就没有办法协同促进产业生态的构建。”吕人力说。

图片来源:中国科协信息中心

 
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