飞行汽车的研究现状及发展方向

【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 有望成为世界上第一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，防止在操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，于普通机车的操控方式并无两样。Liberty 的设计仍需要驾驶者的手动操作，因此驾驶者需要掌握飞行操控的必备技能。

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操控平台、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， 并且可以解决突发情况，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