王濟橋

在2019年的巴黎航展上，空客、波音、達索、GE航空、羅羅、賽峰和聯(lián)合技術(shù)這7家全球頂尖企業(yè)的首席技術(shù)官共同發(fā)布了推動航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的聲明，并承諾將合作研發(fā)全新的電動飛機和推進技術(shù)，加速推動航空業(yè)進入“第三時代”。而他們口中的“第三時代”指的是航空器繼活塞時代、渦輪時代后的電動時代。由此可見，如今全球航空業(yè)已處于電動飛機革命的風口浪尖。

但由于受到技術(shù)限制，短期內(nèi)電動飛機大面積應(yīng)用于商用航空領(lǐng)域還有一系列問題有待解決。然而，也有一些有識之士提出，在公務(wù)航空領(lǐng)域，電動飛機將有望率先實現(xiàn)應(yīng)用。如果這一設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，那么電動飛機將有望使城市空中交通計劃從一個頗具前景的概念轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥淼目罩懈咚俟贰?/p>

電動飛機的研發(fā)熱潮

如今，航空業(yè)對于電動飛機的研發(fā)熱情是前所未有的。歐洲知名咨詢公司羅蘭貝格曾在一份市場調(diào)查報告中寫道：“電推進技術(shù)開啟了航空航天業(yè)新的創(chuàng)新時代，這是過去幾十年所未曾有過的景象?！?/p>

羅蘭貝格在一份調(diào)研報告中指出，目前全球共有200多個電動飛機項目正處于研發(fā)階段，其中超過一半是2017年以后開始的新項目。同時，這份報告還從使用模式、項目來源地、飛機動力源、推進類型和投資方等幾個角度對在研電動飛機項目進行了分析。

從使用模式來看，在研電動飛機項目的使用模式主要有城市空中出租車（UAM）、通用航空運輸和商用航空運輸這幾類，并且大多數(shù)電動飛機都在朝著通用航空或城市空中出租車方向發(fā)展。從項目來源地看，美國和歐洲依然是主要的市場。但需要特別指出的是，中國的億航電動垂直起降飛機、巴航工業(yè)和優(yōu)步合作的電動垂直起降飛機也取得了不錯的成績。

從技術(shù)方面來看，大多數(shù)項目是全電動的，電池是唯一的動力來源，這類飛機的主要目標市場是通用航空市場和城市空中出租車市場。其他一些采用混合電推進技術(shù)的項目主要用于干線或支線飛機。

從項目投資方來看，在研項目中，約有60%的項目是由初創(chuàng)公司和一些獨立人士投資的;30%由傳統(tǒng)航空企業(yè)投資，其中波音、空客這樣的行業(yè)巨頭又占據(jù)了近一半的份額;剩下10%的項目由科研院所、政府等投資。從這組數(shù)據(jù)中不難看出，相比傳統(tǒng)的航空企業(yè)，那些更具創(chuàng)新精神的初創(chuàng)公司對于電動飛機更具研發(fā)熱情。

一些頗有成效的研究

盡管目前電動飛機的研發(fā)如火如荼，但真正取得實質(zhì)性研發(fā)成果的項目并不多，空客伐訶那（Vahana）驗證機就是其中一個。

伐訶那項目是空客位于硅谷的A3研發(fā)中心開發(fā)的一款單座、自動駕駛電動垂直起降（eVTOL）驗證機，該機寬6.2米、長5.7米、高2.8米，重745千克，計劃于今年推出量產(chǎn)版。

伐訶那驗證機擁有兩組傾轉(zhuǎn)機翼，每組機翼上裝載有4個45千瓦的電機，配裝3槳葉的螺旋槳。該機于2018年1月31日成功完成首次懸停飛行測試，9月開展懸停-巡航轉(zhuǎn)換飛行試驗。2019年5月3日，伐訶那驗證機在第58次飛行測試中完成了首次垂直和前向飛行之間完整過渡;2019年6月，伐訶那驗證機在巴黎航展進行了展示;2019年11月14日完成了第138次飛行測試后，項目結(jié)束。

作為空客進軍UAM市場的第一款驗證機，空客通過伐訶那項目成功實現(xiàn)了全電動垂直起降飛行和自主飛行，并加深了對eVTOL商業(yè)模式的理解，為空客繼續(xù)深耕UAM市場奠定了良好的基礎(chǔ)，同時也給其他相關(guān)方提供了有益的借鑒。

在空客之外，喬比航空也被業(yè)界公認為電動飛機研發(fā)領(lǐng)域最具潛力的企業(yè)。前不久，該公司剛剛公布了首款5座eVTOL的研發(fā)進展。

喬比航空2009年成立于美國加州，與許多初創(chuàng)公司的高調(diào)不同，喬比航空一直頗為低調(diào)。今年1月，喬比航空在公司官網(wǎng)上發(fā)布了一款名為S4的飛機的外觀圖。

事實上，在2015年，喬比公司就已經(jīng)進行了700次以上的縮比模型試飛，2017年開展了200次以上的第一代全尺寸原型機試飛，實現(xiàn)了超過15分鐘、24.1公里的遠程遙控飛行測試，2019年開展了第二代全尺寸原型機試飛。通過多年的技術(shù)積累，喬比航空目前已經(jīng)明確了第一款量產(chǎn)型eVTOL將采用分布式電推進加傾轉(zhuǎn)旋翼的布局。

喬比航空近期發(fā)布的S4機長6.4米，翼展11.6米，機身采用復(fù)合材料和前三點式起落架，能夠在儀表或可視飛行規(guī)則下全天候飛行。S4的最大航程可達278公里，巡航速度為242公里/小時。

從已經(jīng)公布的信息中可知，S4具備幾個非常重要的特質(zhì)。首先，也是最為重要的，是高安全性設(shè)計。S4采用了動力和控制冗余安全設(shè)計，從而能夠很好地確保安全，這也是城市空運飛行器的基本要求。此外，靜音設(shè)計也是S4的一個亮點。低噪聲是eVTOL的關(guān)鍵指標，S4的設(shè)計噪聲比直升機低100倍。

在適航取證方面，喬比航空也在進行創(chuàng)新探索。與大多數(shù)的eVTOL一樣，S4介于美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）FAR-23部和FAR-27部規(guī)章之間，動力和螺旋槳也必須符合FAR-33部和FAR-35部規(guī)章的要求。為此，喬比航空正在與FAA合作編制S4的表明符合性方法，目前相關(guān)工作已經(jīng)完成了70%～80%，其中結(jié)構(gòu)、機械和飛控部分已完成了50%。喬比航空表示，未來S4的適航審定將包括機體和電驅(qū)動部門在內(nèi)，但是頒發(fā)的型號合格證將只有一個，并不會針對電驅(qū)動系統(tǒng)單獨頒發(fā)型號合格證。

能否在公務(wù)航空領(lǐng)域率先應(yīng)用

相比全電推進或混合電推進技術(shù)在支線和干線飛機上的使用還有很多技術(shù)問題有待解決，eVTOL這類飛行器的商業(yè)化應(yīng)用的難度要相對低一些。

從推進系統(tǒng)來看，采用鋰離子技術(shù)的電池、氫燃料電池和混合動力充電技術(shù)，可以為飛機提供數(shù)小時的飛行動力。電機技術(shù)方面也已經(jīng)有了長足的進步，已有的電池和電機相配合，可以高效轉(zhuǎn)化為大扭矩、旋翼產(chǎn)生的升力，同時多旋翼的設(shè)計也為飛行提供了必要的安全性和更好的飛行性能。此外，諸如復(fù)合材料這類的新材料已經(jīng)開始被應(yīng)用于電動垂直起降飛行器上，這種新材料的應(yīng)用可以幫助研制企業(yè)不斷優(yōu)化氣動外形設(shè)計，為飛行器提供更大的自由度，且需要的維護更少，進一步提高安全運行水平。與此同時，更先進的航空電子設(shè)備也已經(jīng)開始被應(yīng)用于電動垂直起降飛行器上，從而幫助飛行員更安全地駕駛飛行器。

正因為技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，業(yè)界認為，未來如果電動垂直起降飛機投入市場，那么城市空中交通（UAM）將有望成為現(xiàn)有交通系統(tǒng)中越來越重要的組成部分，尤其將對公務(wù)航空產(chǎn)生深遠的影響。

首先，從市場的角度來看，城市空運和區(qū)域空中交通（RAM）可滿足商務(wù)出行的需要。對于公務(wù)機運營商來說，適當?shù)卦诂F(xiàn)有公務(wù)機機隊中加入電動垂直起降飛機這類的新型飛機，就能夠解決商務(wù)旅客“最后一英里”或“門對門”服務(wù)的問題。而對于運營商來說，這類飛機所占的基礎(chǔ)設(shè)施空間很小，大多數(shù)此類飛機都可以停放在兩條車道上。

其次，對于公務(wù)機運營商來說，電動垂直起降飛行器可以直接使用大部分現(xiàn)有的直升機機場。當前很多直升機場具有運營證書和空域使用權(quán)，可以立即開始部署eVTOL飛機，這意味著那些公務(wù)機用戶可以非常便捷地到達世界上大多數(shù)地方。當然，也有一些直升機機場需要改造后才能使用，如增加充電站、混合動力飛機加油站、乘客候機室和其他設(shè)施，但改造成本并不會很高。

此外，當?shù)卣赡軙薷囊恍┓ㄒ?guī)，正在使用的直升機機場可能會增加和過渡到使用eVTOL飛機，而那些未使用的直升機機場，也會因使用UAM而獲得經(jīng)修訂的運營證書和空域權(quán)。對于采用eVTOL飛機的公務(wù)航空旅行而言，大多數(shù)機場已經(jīng)具有直升機起降設(shè)施，可以很容易地對其進行改造以支持UAM。運營良好的機場將UAM與常規(guī)機場運營融合在一起，還可以最大程度地發(fā)揮其設(shè)施的實用性和便利性。

第三，與傳統(tǒng)飛行器相比，垂直起降飛行器的噪聲更小。最近的噪聲特征測試表明，兩座的電動飛機在250英尺的高度懸停時產(chǎn)生的噪聲低于65分貝，在1500英尺高度時產(chǎn)生的噪聲低于35分貝，明顯低于現(xiàn)有的商用旋翼飛機。

第四，電動飛機的航程比較適中。電動飛行可用于執(zhí)行從10英里到200英里不等航程的各種任務(wù)。這一特點十分適合于商務(wù)人士解決地面交通擁堵的問題。

第五，相比傳統(tǒng)的飛行器，這類電動飛機具有綠色足跡。全電動或氫/電動飛機的排放量甚至為零，這在航空業(yè)日益關(guān)注綠色環(huán)保的當下，是一個十分重要的優(yōu)勢。

從具體市場開拓的角度來看，電動垂直起降飛機也大有可為。

首先，這類飛機可以為客戶提供非常便捷的穿梭服務(wù)。正如上文所說，對于公務(wù)機運營商而言，使用eVTOL飛機或服務(wù)能解決“最后一英里”或“門對門”的問題，改變短程航空運輸?shù)臐摿?。此外，還可以吸引一些企業(yè)以包機的形式，將垂直起降飛機用于日常往返服務(wù)。

其次，是按需空中出租車服務(wù)。在大城市，地面交通擁堵的問題十分常見。正如那些摩天大樓能夠更有效地使用有限的土地資源一樣，城市空運也將利用三維空間來緩解地面交通擁堵問題。因此，公務(wù)機運營商就可以將垂直起降飛機作為空中出租車使用，用戶通過呼叫“空中出租車”的方式來進行預(yù)訂。

第三，是區(qū)域空中交通服務(wù)。研究發(fā)現(xiàn)，使用UAM進行短途區(qū)域間旅行（例如，雷斯頓、弗吉尼亞州到偏遠的巴爾的摩地區(qū)的直升機場，或者洛杉磯市中心的直升機場到圣地亞哥郊區(qū)的直升機場）是十分有意義的。使用eVTOL進行區(qū)域航空運輸將可能顛覆當今的商業(yè)航空運輸模式。事實上，未來像喬比航空這樣的初創(chuàng)公司所推出的產(chǎn)品很有可能徹底顛覆人們的出行方式。

當然，任何事都有兩面性。盡管eVTOL的應(yīng)用可以帶來很多好處，但也有一些問題有待解決。如監(jiān)管方和運營方如何盡快熟悉這類新產(chǎn)品，確保其運營的安全性？如何為這種新型交通工具開發(fā)安全、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施？目前，美國國家公務(wù)航空協(xié)會（NBAA）和一些其他相關(guān)行業(yè)組織正在制定相應(yīng)的規(guī)章。盡管距離大范圍使用eVTOL還有時日，但毋庸置疑，城市空運將對公務(wù)航空的未來產(chǎn)生深遠影響。