近期,交通运输部和科技部联合印发了《交通领域科技创新中长期发展规划纲要(2021年~2035年)》,提出部署飞行汽车研发,突破飞行器与汽车融合、飞行与地面行驶自由切换等技术。与此同时,随着近年来电动垂直起降技术的快速发展,电动垂直起降飞行器(eVTOL)和飞行汽车这两个名称都有很高的使用频率,两者混用的情况比较普遍,特别是在企业宣传中经常见到使用飞行汽车指代电动垂直起降飞行器的情况。
笔者认为,电动垂直起降飞行器与飞行汽车在基本定义、功能性、发展历程、底层技术等方面的差异性均大于相似性,建议明确各自的使用范围,以避免混淆。以下对两者在各方面的差异进行简要梳理。
定义功能各不相同
飞行汽车,顾名思义,指的是既能在地面行驶又能在空中飞行的陆空两用交通工具。
严格来说,真正意义上能跑能飞的陆空两用飞行汽车在航空英语中还可细分为“flying car”和“roadable aircraft”两个小类。其中,前者是最普遍使用的说法,也是与中文的“飞行汽车”完全对应的名称,指“可以飞行的汽车”,词干为“汽车”,“可以飞行的”是定语,因此这个名称一般指设计更偏向地面行驶功能的陆空两用交通工具。“roadable aircraft”直译是“可以在地面行驶的飞行器”,词干为“飞行器”,“可以在地面行驶的”是定语,因此这个名称一般指设计偏向飞行功能的陆空两用交通工具。
飞行汽车之所以出现上述两类细分概念,主要是因为陆空两用交通工具需要结合陆空两个使用场景,而车辆和飞机在设计要求上存在诸多矛盾,所以陆空两用飞行汽车在设计时就必然是车辆和飞机两种需求的妥协,难以兼顾,也就必然会有所倾向。但在现有设计上两者的区分并不显著,因此本文以飞行汽车统一指代兼具地面行驶和空中飞行功能的陆空两用交通工具。
电动垂直起降飞行器的重点是动力源(电驱)和垂直起降,基本没有涉及地面行驶功能,一般仅限于飞行功能。需要指出的是,目前电动垂直起降飞行器一般指载人或大载重物流用途飞行器,不包括消费级航拍用途的多旋翼无人机。
在电动垂直起降飞行器发展初期,由于其名称对公众而言有些复杂难懂,而“飞行汽车”不仅上口易懂,还非常利于宣传,这个名称很快被电动垂直起降飞行器企业广泛使用,二者随之逐渐被混淆使用。
根据两者的概念定义,电动垂直起降飞行器和作为陆空两用交通工具的“飞行汽车”如果互相具备对方的功能,就存在功能交叉。飞行汽车作为能跑能飞的陆空两用交通工具,如果还同时具备电驱且可以垂直起降的能力,那么称之为电动垂直起降飞行器也理应无误。反之亦然,如果电动垂直起降飞行器具备地面行驶的能力,也可以称其为飞行汽车。两者功能交叉的典型例子是奥迪汽车公司的Pop.Up设计概念。
由于电动垂直起降飞行器和陆空两用飞行汽车的设计都必须兼顾许多互相矛盾的方面,因此,同时能满足两者功能的设计极少。陆空两用飞行汽车技术已经发展了100多年,电动垂直起降技术也已经发展了10多年,但截至目前,陆空两用并且具备电动垂直起降功能的飞行汽车设计屈指可数,也还没有一个投入试飞的产品,充分说明了两者功能交叉的设计难度。
发展历程大相径庭
陆空两用飞行汽车的构想和实践已有超过100年的历史。根据目前的航空史研究,第一个陆空两用飞行汽车的设计和实践是著名早期飞行先驱、飞机设计师和飞机制造企业家格林·寇蒂斯,他于1917年研制了名为“Autoplane”(直译就是“汽车飞机”)的陆空两用交通工具并申请了专利,这是世界上第一个陆空两用飞行汽车的设计专利。
据不完全统计,100多年来已有上千个陆空两用飞行汽车的专利申报,其中有几十个设计生产出了原型机甚至还取得了相应的适航证书,包括美国设计师莫尔顿·泰勒20世纪40年代研制的“Aerocar”陆空两用双座飞行汽车,1956年获得美国联邦航空局颁发的适航证,这是全球第一个也是截至目前唯一取得正常类适航证和车辆行驶许可的陆空两用飞行汽车。此外,我国吉利公司收购的美国太力公司研制的TF-1陆空两用飞行汽车也于2021年初获得了美国联邦航空局颁发的轻型运动飞机类别特许适航证。
与陆空两用飞行汽车相比,电动垂直起降飞行器的概念及实践的出现就晚得多。2011年10月,德国卡尔斯鲁厄大学研究团队研制的VC-1成功试飞,成为世界上第一款载人电动垂直起降飞行器。该项目后发展为Volocopter公司,成为载人电动垂直起降领域的龙头企业之一。
美国Joby公司和谷歌创始人拉瑞佩奇也早在2009年就开始投资研发电动垂直起降飞行器。早期的此类飞行器研制主要是出于科研性质和个人爱好。2016年10月,美国优步公司发布《Fast-Forwarding to a Future of On-Demand Urban Air Trans?portation》报告,提出了电动垂直起降飞行器在城市范围载客摆渡的使用场景,并连续四年举办主题峰会,由此带动了此类飞行器的研发和投资热潮。截至目前,全球已出现五百余个此类飞行器的设计概念,其中数十个项目已经制造了原型机并进行试飞,时的科技、亿航智能等公司研制的多个型号已进入适航审定阶段。
底层技术决定路径不同
陆空两用飞行汽车在百年前概念出现之初,是建立在传统的航空和车辆机械设计的技术基础上,当时可以完全无需电气系统就可实现陆空使用功能。陆空两用飞行汽车传统的技术难点是解决行驶与飞行的功能切换,涉及动力传动、机翼折叠存放和重心位置等问题,而这些主要设计问题都属于传统机械领域。
电动垂直起降飞行器出现的技术基础是集成电路、半导体、飞控、软件、电控、电机、锂电池、燃料电池等,这些因素与自动控制和电气化技术密切相关,而这些相关技术在最近几十年才发展成熟到可以应用在载人飞行器上,也正因此,此类飞行器设计才能在最近十余年间开始出现。
由此可见,陆空两用飞行汽车与电动垂直起降飞行器的技术基础存在较根本的差别,前者是以传统机械设计为主,后者是以电气和自动控制为主。当然,如前所述,飞行汽车也完全可以采用电驱动力和自动飞控,但追根溯源,二者的技术发展路径存在较大差异。
综上,笔者认为,“陆空两栖飞行汽车”与“电动垂直起降飞行器”,通俗上可以用“飞行汽车”来统称,但二者的路径是不同的。在两种情况下使用飞行汽车来指代电动垂直起降飞行器是可行的:
一是在电动垂直起降飞行器发展初期,在公众对此类飞行器还很不了解时,为了提高此类产品概念的影响力和扩大产品知名度所做的权宜之计。
二是既具备飞行和行驶功能,同时飞行功能还是通过智能控制、电驱动和垂直起降的方式来实现的产品,无疑是同时具备飞行汽车和电动垂直起降飞行器两者的共同特点的。
除此之外,为利于两类产品的各自发展,有必要明确界定两者的区别,并在使用过程中让相关各方逐渐熟悉两者的异同,以便有针对性地分别使用。(《中国民航报》特约撰稿人 苟昕)