沈海軍

自1903年萊特兄弟發(fā)明現(xiàn)代飛機(jī)以來，隨著設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的日臻完善，飛機(jī)以其快捷、安全、舒適等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為人們的交通運(yùn)輸工具之一。不過，對(duì)于很多商界、政界等時(shí)間異常寶貴的群體來說，即使乘坐飛機(jī)也仍然感到浪費(fèi)時(shí)間，因?yàn)閺募依?辦公室到達(dá)機(jī)場(chǎng)，常常會(huì)大費(fèi)周折。于是，有人就萌生了一種想法：能不能設(shè)計(jì)一種會(huì)飛的汽車—飛行汽車，既能作為汽車在道路上行駛，又能作為飛機(jī)飛上藍(lán)天。

這種想法是不是有些異想天開了呢？未來，在我們的生活中真能見到會(huì)飛的汽車嗎？

能跑能飛

所謂飛行汽車，從字面上理解，就是在地面上可以像汽車一樣跑、在天空中能像飛機(jī)一樣飛行的交通工具。它的英文名稱為Flying car或Roadable aircraft，可分別解釋為飛行汽車或可在路面上行駛的飛行器。

在現(xiàn)代社會(huì)中，汽車已成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ咧?。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們消費(fèi)水平的不斷提高，汽車保有量急劇上升，它們?cè)诜奖闳藗児ぷ?、生活的同時(shí)，也造成了日益嚴(yán)重的道路擁堵問題。在地面交通不堪重負(fù)的情況下，人們把目光轉(zhuǎn)向了天空；然而，依靠航班出行，同樣會(huì)花費(fèi)許多時(shí)間和產(chǎn)生不必要的麻煩。這是因?yàn)槊窈胶骄€和時(shí)刻表并不為專人而設(shè)，無法達(dá)成乘客想走就走、想去哪里就去哪里的愿望。如果算上候機(jī)、安檢及來往機(jī)場(chǎng)的時(shí)間成本，短途旅行乘坐飛機(jī)并不劃算。

飛行汽車就不一樣：借助其獨(dú)有的特性，完全可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)出發(fā)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交通運(yùn)輸。

和汽車或飛機(jī)相比，飛行汽車優(yōu)點(diǎn)多多：首先，既可以避免擁擠的道路交通，節(jié)約寶貴的時(shí)間，又可以減少道路通行費(fèi)用的支出；其次，可以擺脫航班航線和時(shí)刻表的限制，做到想走就走、想去哪里就去哪里。

精彩紛呈

或許正是因?yàn)轱w行汽車具備這些優(yōu)點(diǎn)，人類從很早就開始研制飛行汽車。在歷史上，也的確曾出現(xiàn)過一些飛行汽車。

1917年，美國飛機(jī)設(shè)計(jì)大師格·寇蒂斯首次向世人展示了一種全新的交通工具—飛行汽車Autoplane。Autoplane是一款翼展達(dá)12.2米的三翼飛行器，相當(dāng)于在一輛汽車的車身上安裝了三層機(jī)翼。Autoplane的主結(jié)構(gòu)為鋁材，動(dòng)力為一臺(tái)后驅(qū)的四葉螺旋槳活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)際上， Autoplane僅僅實(shí)現(xiàn)了跳躍式飛行，離人們的美好設(shè)想還很遙遠(yuǎn)，并不是很成功。

1921年，法國的雷內(nèi)·坦皮耶制造的飛行汽車Tampier Roadable成功試飛。在空中飛行時(shí)，Tampier Roadable是雙翼飛機(jī)；而當(dāng)轉(zhuǎn)換到道路上行駛時(shí)，機(jī)翼會(huì)沿著車輛側(cè)面折疊，還有一組輪子協(xié)助其轉(zhuǎn)向。值得一提的是，這輛Tampier Roadable在路面上行駛時(shí)，飛機(jī)的尾巴是沖著前方的。

1937年，美國人沃爾多·沃特曼研發(fā)出了一款名為Arrowbile的飛行汽車。從外形上看，它與Autoplane相似，也采用后置的螺旋槳活塞式動(dòng)力形式；不過，它的起落架采用三輪車式，車身頂部安裝了上單翼，整體結(jié)構(gòu)由此變得極其簡(jiǎn)潔。在測(cè)試中，Arrowbile曾達(dá)到180千米的飛行時(shí)速，路面行駛速度則達(dá)到90千米每小時(shí)。由于資金匱乏，Arrowbile的后續(xù)研制工作未能完成。不過，它為后來的汽車發(fā)展提供了一種經(jīng)典的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

1946年，羅伯特·富爾頓研制出了一款模塊化的飛行汽車Airphibian。即使是在今天，Airphibian的可拆卸式設(shè)計(jì)理念也不過時(shí)。Airphibian實(shí)際上就是將一輛小型汽車設(shè)計(jì)為飛機(jī)的機(jī)頭部分，平時(shí)可以在公路上奔跑；想要上天的時(shí)候，就可以在后面直接拼裝上機(jī)翼及螺旋槳部分，搖身一變，成為一架小型飛機(jī)。其整個(gè)組裝過程均采用模塊化裝配方式，可在數(shù)分鐘內(nèi)完成。不過，羅伯特·富爾頓的這種超前設(shè)計(jì)有一個(gè)缺點(diǎn)，就是將車輛和飛機(jī)分離開來很不方便。由于缺乏資金，Airphibian未能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

1947年，美國聯(lián)合伏爾梯公司打造出一款采用可拆卸式設(shè)計(jì)的升級(jí)版飛行汽車ConvAirCar。由于受到富爾頓可拆卸式飛行汽車的啟發(fā)，ConvAirCar也被設(shè)計(jì)成一輛汽車和一架飛機(jī)的組合體，即相當(dāng)于在一輛汽車頂上安裝了一架常規(guī)布局的螺旋槳飛機(jī)。ConvAirCar曾進(jìn)行過長(zhǎng)達(dá)一個(gè)小時(shí)的成功飛行。不幸的是，在最后一次飛行測(cè)試中，ConvAirCar墜毀，導(dǎo)致沒能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

1960年，莫爾·泰勒研制了一架名為Aerocar的飛行汽車。莫爾·泰勒和羅伯特·富爾頓是好友，兩個(gè)人都癡迷于飛行汽車的研發(fā)。Aerocar可謂是飛行汽車史上最成功的典范，它同樣借鑒了富爾頓的模塊化設(shè)計(jì)理念，機(jī)翼采用可拆卸式設(shè)計(jì)。經(jīng)過幾代的優(yōu)化改型，Aerocar最終進(jìn)行了小規(guī)模的生產(chǎn)。到了第三代的Aerocar，機(jī)身已經(jīng)采用玻璃纖維，機(jī)翼和尾翼均采用鋁合金材料，既保證了車身的輕重量，又使其能達(dá)到一定的堅(jiān)固程度。

1965年，保羅·穆勒花了40年時(shí)間和數(shù)百萬美元所打造的Skycar面世；只是，它并未起飛，作為汽車也沒能載人出行。可以說，無論是作為飛機(jī)，還是汽車，Skycar都是失敗的。盡管如此，通過一系列改進(jìn)措施，穆勒于2003年推出了一款具有夢(mèng)幻色彩的飛行汽車Skycar M400。在這輛外形炫酷的飛行汽車車身四周，加裝了4個(gè)巨大的、可以轉(zhuǎn)換方向的螺旋槳推進(jìn)器，其目的是使汽車可以直接垂直起降，而無需漫長(zhǎng)的跑道。Skycar M400擁有4臺(tái)可旋轉(zhuǎn)的涵道發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行時(shí)速可達(dá)600千米，最大飛行高度為8840米。

2006年，美國Terrafugia公司研制了一款機(jī)翼可折疊的飛行汽車，取名Transition。此后，該公司又發(fā)布了第二代Transition。Transition如同影視作品中的變形金剛，其最大創(chuàng)新之處在于擁有可折疊的機(jī)翼—只需駕駛者按下按鈕，收縮的機(jī)翼就會(huì)展開，汽車由此變身為一架飛機(jī)。不過，這輛飛行汽車同樣也有缺點(diǎn)，那就是需要跑道助跑才能起飛。

在2012年的珠海航展上，我國西安美聯(lián)航空技術(shù)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的飛行汽車進(jìn)行了首秀。這也是國內(nèi)第一款飛行汽車。該產(chǎn)品重達(dá)450千克，旋翼長(zhǎng)度為8.4米。其最大起飛重量為600千克，最大巡航時(shí)速能達(dá)到180千米，采用兩輪驅(qū)動(dòng)，汽車行駛時(shí)速可達(dá)120千米。這款飛行汽車在地面行駛時(shí)的操作方式和普通汽車一樣，在空中的操作方式則與普通的旋翼飛機(jī)一樣。起飛時(shí)只需一個(gè)30米左右的助跑場(chǎng)地，降落時(shí)則需10米長(zhǎng)的跑道。當(dāng)從飛行模式轉(zhuǎn)向行車模式時(shí)，只需按一個(gè)按鈕，就能夠折疊主支架和旋翼，前后僅需10分鐘。

2014年，斯洛伐克一家公司研制出了飛行汽車Aeromobil。該公司原計(jì)劃在2017年將改進(jìn)型的Aeromobil 3.0投入市場(chǎng)；遺憾的是，這輛車在進(jìn)行測(cè)試時(shí)不幸墜毀，導(dǎo)致汽車的面市時(shí)間遙遙無期。Aeromobil的設(shè)計(jì)十分前衛(wèi)，機(jī)翼可以直接向后收縮，貼近車身，成為一輛跑車造型的小轎車。機(jī)翼收縮后，車身的尺寸和普通轎車相當(dāng)，可以直接停進(jìn)普通停車位。這樣的小巧和便捷也為飛行汽車的普及打下了一定的基礎(chǔ)。

2018年，在瑞士日內(nèi)瓦國際汽車展上，荷蘭PAL-V公司推出其飛行汽車PAL-V的最終量產(chǎn)版，其售價(jià)約為60萬美元，全球僅發(fā)售90輛。PAL-V看起來就像一輛摩托車和一架直升機(jī)的混合體，可以搭載兩名乘員。該車由碳纖維、鈦和鋁等材料制成，重達(dá)680千克，起飛時(shí)需要165米長(zhǎng)的跑道，著陸時(shí)只需30米長(zhǎng)的跑道。PAL-V在陸地上的最高行駛速度可達(dá)160千米每小時(shí)，最高飛行速度可達(dá)180千米每小時(shí)。其最高飛行高度約為3352米，最遠(yuǎn)飛行距離約為563千米。PAL-V的旋翼可以收攏向后折疊。從路面行駛模式切換到空中飛行模式并非簡(jiǎn)單地按個(gè)按鈕，而是需要進(jìn)行手動(dòng)操作，完成這一步驟大約需要10分鐘。PAL-V已經(jīng)通過了美國和歐洲安全機(jī)構(gòu)的認(rèn)證；不過，要擁有PAL-V并不容易，用戶需要同時(shí)持有車輛駕駛證和飛行許可證。

旋翼為王

目前的飛行汽車有兩種飛行模式：一種采用固定翼模式，即由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生前進(jìn)推力，由機(jī)身上安裝的固定機(jī)翼產(chǎn)生升力，其產(chǎn)品類似小型飛機(jī)；另一種則采用多旋翼方式，即在機(jī)身安裝多個(gè)旋翼，依靠旋翼產(chǎn)生升力，同時(shí)通過改變每個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速來控制飛行器的飛行狀態(tài)。多旋翼飛行汽車的外形類似放大版的多旋翼無人機(jī)，并將中間機(jī)身替換成駕駛艙。傳統(tǒng)的飛行汽車大多為固定翼飛行模式，多旋翼飛行汽車則屬于近幾年才出現(xiàn)并迅猛發(fā)展起來的新生事物。

2015年，在第三屆天津直升機(jī)國際博覽會(huì)上，中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所展出了一款名為“賽羚”的新型多旋翼汽車。該產(chǎn)品不僅可以像汽車那樣在地面奔馳，還具有垂直起降、前飛、懸停、偏航等各項(xiàng)飛行性能。它的結(jié)構(gòu)原理是在汽車的基礎(chǔ)上增加了直升機(jī)的功能：一方面有著與汽車類似的底盤結(jié)構(gòu)，借助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輪行走于地面；另一方面，當(dāng)它遇到障礙時(shí)，可變形為一架飛行器，越過障礙物繼續(xù)前進(jìn)?！百惲纭钡穆菪龢?dòng)力臂可自動(dòng)收放。目前，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)多款類似“賽羚”的多旋翼飛行汽車產(chǎn)品，如美國俄亥俄州Workhorse公司的SureFly、美國LIFT公司的Hexa多旋翼飛行車等。

作為新生事物，多旋翼飛行汽車的研發(fā)工作受到業(yè)內(nèi)的高度重視。這在很大程度上歸功于近十幾年來多旋翼無人機(jī)的迅猛發(fā)展。與固定翼無人機(jī)相比，多旋翼無人機(jī)雖然起步晚，但后來居上，迅速進(jìn)入相關(guān)行業(yè)，并得到廣泛應(yīng)用。這在很大程度上取決于多旋翼獨(dú)特的飛控系統(tǒng)的快速發(fā)展以及消費(fèi)級(jí)多軸無人機(jī)的普及。

目前，汽車大多采用汽油動(dòng)力，而多旋翼飛機(jī)大多采用鋰電池/電機(jī)/螺旋槳?jiǎng)恿?。后者雖然具有綠色環(huán)保、噪聲低、易于控制、工作穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，但最大的問題是續(xù)航能力不足。多旋翼飛行汽車兼具地面行駛和空中飛行兩種形態(tài)，要想達(dá)到遠(yuǎn)航程且安全可靠的設(shè)計(jì)要求，其動(dòng)力、操縱、能源系統(tǒng)方面尚有一系列問題需要解決。

首先是動(dòng)力轉(zhuǎn)換的難題。最佳方案是汽車與旋翼共用一套動(dòng)力系統(tǒng)，且使用相同的燃料或能源。遺憾的是，到目前為止，多旋翼汽車的共用動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)尚未得到很好的發(fā)展。

其次是能源能量密度問題。一輛汽車至少重1噸，但想要利用旋翼來提供1噸級(jí)的升力，這對(duì)于目前常規(guī)的四旋翼所使用的鋰電池來說，是一個(gè)迫切需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。

最后是操縱系統(tǒng)方面的問題。多旋翼飛機(jī)和汽車采用完全不同的操縱系統(tǒng)。如何把兩種操縱系統(tǒng)進(jìn)行融合，使得駕駛員能夠從容地在兩種駕駛模式間進(jìn)行切換，并自如地使用兩種系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)者來說，也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

瓶頸多多

飛行汽車的發(fā)展已有百余年歷史，從總體來看，其發(fā)展相對(duì)緩慢。之所以如此，美國國家航空航天局的研究人員馬克·摩爾一語道破原因：“當(dāng)你試圖融合汽車和飛機(jī)時(shí)，你極有可能得到的是世界上最糟糕的東西：一個(gè)笨重、遲緩、昂貴而又難以操控的車?！笔聦?shí)上，汽車與飛機(jī)本屬于兩種完全不同的交通工具，要把兩者結(jié)合在一起，新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)往往變得更為復(fù)雜，成本也因此大增；而且，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，必須面對(duì)和解決很多意想不到的問題。這使得飛行汽車往往與人們的美好愿望背道而馳。

首先，飛行汽車要滿足能在道路上正常行駛的功能，其橫向的寬度和長(zhǎng)度不可過大；否則，就可能與道路上正常行駛的其他車輛發(fā)生碰撞。這就涉及飛行汽車機(jī)翼和機(jī)身的收放設(shè)計(jì)問題。如何高效地將機(jī)翼收到大約與車身等寬的空間之內(nèi)（當(dāng)然，機(jī)翼收起后也不能太高）以及如何將機(jī)身收縮到接近家用小汽車的長(zhǎng)度，這是飛行汽車研發(fā)中面臨的首要問題。

其次，動(dòng)力提供模式的設(shè)計(jì)問題。當(dāng)飛行汽車作為汽車行駛在公路上時(shí)，出于安全性考慮，人們一般會(huì)采用車輪驅(qū)動(dòng)模式；而作為飛機(jī)飛行時(shí)，則采用螺旋槳驅(qū)動(dòng)。這兩套不同的驅(qū)動(dòng)模式如果采用各自獨(dú)立的動(dòng)力裝置，勢(shì)必會(huì)增加車輛自重；但如果共用一套動(dòng)力裝置，就需要設(shè)計(jì)出能夠在兩種模式之間快速切換的控制系統(tǒng)，同時(shí)還要保證兩種工況下飛行汽車的動(dòng)力系統(tǒng)均能高效工作—這使得動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)和制作變得異常復(fù)雜。

第三，飛行汽車在起飛和降落時(shí)，常常要展開或收起機(jī)翼，即做必要的“汽車到飛機(jī)”或“飛機(jī)到汽車”狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。上述轉(zhuǎn)換均需要在道路上完成，這不僅要求起降的路面要足夠?qū)拸V，而且需要路上沒有太多其他車輛，即路況良好。這往往是不現(xiàn)實(shí)的。

第四，作為一種民用航空器產(chǎn)品，飛行汽車的研發(fā)必然要經(jīng)過民航管理部門的嚴(yán)格審查和認(rèn)證，并在飛行中接受民航管理部門甚至軍方的航空管制，乃至需要申請(qǐng)飛行空域；而作為一種地面交通工具，其研發(fā)和使用又要接受地面交通管理部門的審查和管制。也就是說，在專門針對(duì)飛行汽車的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前，飛行汽車目前必須同時(shí)滿足航空和地面兩個(gè)交通管理部門的所有要求，這必然會(huì)給飛行汽車的發(fā)展帶來很大束縛。

最后需要提及的是，駕駛汽車和飛機(jī)是兩種截然不同的體驗(yàn)，駕駛規(guī)則和操控系統(tǒng)的差異很大。因此，當(dāng)一個(gè)人駕駛著飛行汽車，從飛機(jī)模式轉(zhuǎn)為汽車模式，或者從汽車模式轉(zhuǎn)為飛機(jī)模式操作時(shí)，需要快速適應(yīng)新操控系統(tǒng)和調(diào)整駕駛習(xí)慣。熟練完成這一切換過程，需要通過長(zhǎng)期的實(shí)際操作來實(shí)現(xiàn)。如果達(dá)不到熟練掌握，無疑會(huì)給飛行汽車的使用帶來安全隱患。