目前，最能體現(xiàn)現(xiàn)代航空技術(shù)發(fā)展的最新成果是電動(dòng)垂直起降飛行器（Electric Vertical Take-off and Landing，eVTOL）。該飛行器是一種處于發(fā)展中的空中交通工具，長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)這種頗具未來(lái)感的空中交通工具充滿了期盼和想象。

電動(dòng)垂直起降飛行器的基本概念

2011年10月21日，德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研制的世界首架電動(dòng)垂直起降飛行器首次載人試飛成功，開創(chuàng)了電動(dòng)垂直起降飛行器的新時(shí)代。

電動(dòng)垂直起降飛行器是以電能或油電混合動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)力，無(wú)需專用飛行跑道即可實(shí)現(xiàn)垂直起降的飛行器，它是在多旋翼無(wú)人機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型空中交通工具。電動(dòng)垂直起降英文縮寫名稱eVTOL中的第一個(gè)小寫字母e表示電動(dòng)，后面4個(gè)大寫字母VTOL表示垂直起降。顧名思義，電動(dòng)垂直起降飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)必須包含電動(dòng)機(jī)和蓄電池（簡(jiǎn)稱電池）。由于它的初始用途定位是空中載人或載貨飛行，因此并不具備機(jī)動(dòng)車在公路上出行的功能。很多電動(dòng)垂直起降飛行器甚至沒(méi)有設(shè)計(jì)輪式起落架，而是采用滑橇式起落架。

電動(dòng)垂直起降飛行器強(qiáng)調(diào)“電動(dòng)”的原因是電動(dòng)機(jī)比燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率高很多，而且成本低、噪聲小、污染小。節(jié)能減排是交通領(lǐng)域研究和實(shí)踐的熱點(diǎn)問(wèn)題，航空器領(lǐng)域也不例外，例如應(yīng)用非常廣泛的輕小型多旋翼無(wú)人機(jī)基本上已全部采用電動(dòng)系統(tǒng)。但是，當(dāng)人們將電動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于大中型飛行器時(shí)，目前卻遇到了一個(gè)非常棘手、而非電動(dòng)機(jī)本身的問(wèn)題，這就是為電動(dòng)機(jī)提供能源的蓄電池的能量密度太低。于是，電動(dòng)飛行器在實(shí)際使用中，通常表現(xiàn)出載重能力不足、續(xù)航時(shí)間短等缺點(diǎn)。預(yù)計(jì)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，蓄電池技術(shù)很難取得根本性突破，這意味完全由蓄電池提供能源的電動(dòng)無(wú)人機(jī)，其任務(wù)載荷重量小、續(xù)航時(shí)間短的問(wèn)題在短期內(nèi)很難得到根本性解決。因此，油電混合動(dòng)力系統(tǒng)被應(yīng)用于電動(dòng)垂直起降飛行器，以解決當(dāng)前的燃眉之急。油電混合動(dòng)力系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)和燃油發(fā)動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力裝置組裝在一起而構(gòu)成一個(gè)新的動(dòng)力系統(tǒng)，雖然其噪聲、排放和污染水平比電動(dòng)系統(tǒng)稍高，但與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比，卻擁有相當(dāng)可觀的改善。

電動(dòng)垂直起降飛行器的優(yōu)點(diǎn)

電動(dòng)垂直起降飛行器與油動(dòng)直升機(jī)相比，具備以下優(yōu)點(diǎn)。

一是低碳環(huán)保。電機(jī)零污染，消除了直升機(jī)使用燃油所造成的空氣污染問(wèn)題。

二是噪聲低。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲大大低于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。油動(dòng)直升機(jī)噪聲一般為82dB，電動(dòng)垂直起降飛行器噪聲一般為65dB。

三是成本低。電池的運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)低于燃油。在高速巡航時(shí)，電動(dòng)垂直起降飛行器耗電量為31度/100千米，按照0.6元/度的電費(fèi)價(jià)格計(jì)算，電費(fèi)約18元/100千米；同級(jí)別油動(dòng)直升機(jī)耗油量為10～15升/100千米，按照油價(jià)9元/升計(jì)算，燃油使用成本為90～135元/100千米。

四是穩(wěn)定性好。電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出功率不受空氣中氧含量的影響，維修簡(jiǎn)單。

電動(dòng)垂直起降飛行器理念的提出與發(fā)展趨勢(shì)

目前，世界各國(guó)大城市道路的利用率基本上已到極限，堵車問(wèn)題尤其嚴(yán)重，大城市路網(wǎng)規(guī)劃、商業(yè)用地、住宅用地面臨著挑戰(zhàn)。為了解決城市道路交通面臨的難題，2014年，美國(guó)直升機(jī)國(guó)際協(xié)會(huì)（American Helicopter Association，AHA）和美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（American Institute of Aeronautics and Astronautics，AIAA）正式提出電動(dòng)垂直起降飛行器的理念。該理念的內(nèi)涵是，在多旋翼無(wú)人機(jī)基礎(chǔ)上，制造商將開發(fā)一種新型空中交通工具，該交通工具的核心要素包括垂直起降、無(wú)污染、低噪聲。因此，非電動(dòng)系統(tǒng)莫屬。

真正把電動(dòng)垂直起降飛行器理念帶熱的則是全球出行共享巨頭美國(guó)優(yōu)步（Uber）公司。優(yōu)步公司于2016年10月發(fā)布的《快速飛入城市空中交通白皮書》指出，正如摩天大樓可以更有效利用有限的城市土地一樣，城市空中交通將利用空域緩解地面交通擁堵，而電動(dòng)垂直起降飛行器將在郊區(qū)和城市之間飛行，最終在市區(qū)內(nèi)構(gòu)建快速而安全的交通網(wǎng)絡(luò)。該白皮書介紹了城市空中交通的市場(chǎng)前景、應(yīng)用模式和技術(shù)規(guī)劃等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)城市空中交通飛行器必須采用電動(dòng)系統(tǒng)，以確保飛行器滿足垂直起降、無(wú)污染、低噪聲等要求。優(yōu)步公司提出，電動(dòng)垂直起降飛行器應(yīng)具有垂直起降功能、航程為100km、巡航速度240km/h、擁有4個(gè)座位、商載重量大于500kg、巡航高度300m。以這一目標(biāo)性能為指引，優(yōu)步公司憑借互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)思維和作風(fēng)，加上強(qiáng)大的號(hào)召力和資本實(shí)力，迅速掀起了全球范圍內(nèi)、面向城市空中交通的電動(dòng)垂直起降飛行器的投資和研發(fā)熱潮。于是，全球各地的許多飛機(jī)制造商、汽車制造企業(yè)、科技公司開始緊鑼密鼓地研制電動(dòng)垂直起降飛行器。

與此同時(shí)，美國(guó)垂直飛行協(xié)會(huì)（Vertical Flight Society，VFS）意識(shí)到，隨著動(dòng)力電池、電氣控制、電動(dòng)機(jī)、輕質(zhì)復(fù)合材料、飛控等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)垂直起降飛行器將引發(fā)新一輪航空技術(shù)革命。2017年，美國(guó)垂直飛行協(xié)會(huì)編制了電動(dòng)垂直起降飛行器目錄并對(duì)外發(fā)布，同時(shí)希望通過(guò)相關(guān)工作，幫助業(yè)內(nèi)公司、研究人員和政府機(jī)構(gòu)，共同解決包括技術(shù)、法規(guī)、基礎(chǔ)設(shè)施、交通管理和安全性在內(nèi)的諸多問(wèn)題。

2018年11月，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)布的《城市空中交通發(fā)展報(bào)告》提出了城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）概念。該報(bào)告由多家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合撰寫，將城市空中交通概念定義為：一種基于載人飛行器和無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的安全、高效城市交通運(yùn)營(yíng)方式，采用末端配送模式，空中巴士、空中出租車等典型且最具挑戰(zhàn)性的城市空中交通工具的系統(tǒng)。

2019年2月，美國(guó)國(guó)家航空航天局將術(shù)語(yǔ)城市空中交通改為先進(jìn)空中交通（Advanced Air Mobility，AAM），提出城市空中交通系統(tǒng)進(jìn)一步可在地面基礎(chǔ)設(shè)施比較薄弱的郊區(qū)和農(nóng)村拓展應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)通過(guò)應(yīng)用前瞻性飛行器氣動(dòng)布局和動(dòng)力電池技術(shù)，提高交通運(yùn)輸能力和效率，兼顧大眾服務(wù)和個(gè)性化需求，滿足綠色低碳理念的要求。先進(jìn)空中交通涵蓋了城市與農(nóng)村之間、城市與郊區(qū)之間、城市與城市之間的客貨運(yùn)輸，更加符合人們對(duì)現(xiàn)代空中交通的設(shè)想和期望。

2019年，歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，EASA）針對(duì)電動(dòng)垂直起降飛行器的適航審定，發(fā)布了全新的航空管理規(guī)定，以期為電動(dòng)垂直起降飛行器建立更有針對(duì)性的全新監(jiān)管體系。隨后，美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)也開始加緊推進(jìn)電動(dòng)垂直起降飛行器的適航審定等層面的法規(guī)創(chuàng)新工作，修訂原法規(guī)中關(guān)于小型飛機(jī)的適航審定內(nèi)容，允許電動(dòng)垂直起降飛行器的機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳作為一個(gè)獨(dú)立實(shí)體進(jìn)行適航審定，這使得電動(dòng)垂直起降飛行器推進(jìn)系統(tǒng)與機(jī)體高度集成的設(shè)計(jì)理念得到監(jiān)管層面的支持。

至此，電動(dòng)垂直起降飛行器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的外部障礙開始逐一被清除，從而促發(fā)了全球電動(dòng)垂直起降飛行器項(xiàng)目如雨后春筍般涌現(xiàn)?，F(xiàn)在，電動(dòng)垂直起降飛行器技術(shù)和先進(jìn)空中交通的發(fā)展如火如荼，歐洲的空客公司、美國(guó)的波音公司、巴西航空工業(yè)公司等老牌飛機(jī)制造商正在加大電動(dòng)垂直起降飛行器等新產(chǎn)品的研發(fā)投入。與此同時(shí)，福特、通用、豐田、戴姆勒、現(xiàn)代等老牌汽車制造商也不甘落后，紛紛進(jìn)軍電動(dòng)垂直起降飛行器市場(chǎng)。除此之外，眾多新成立的初創(chuàng)公司也在緊鑼密鼓地開發(fā)電動(dòng)垂直起降飛行器，尋找各種渠道募集資金，推出許多令人震驚的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，并開展一系列載人試飛，目的是在這一新領(lǐng)域與大型飛機(jī)制造商和汽車制造商展開競(jìng)爭(zhēng)。

電動(dòng)垂直起降飛行器自動(dòng)駕駛技術(shù)

按照城市空中交通的目標(biāo)，一個(gè)城市上空可能會(huì)有成千上萬(wàn)架電動(dòng)垂直起降飛行器在同一時(shí)間飛行。為了確保飛行安全，所有電動(dòng)垂直起降飛行器必須采用先進(jìn)的自動(dòng)駕駛技術(shù)，這意味著電動(dòng)垂直起降飛行器不再由地面控制站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，而是采用自動(dòng)駕駛技術(shù)在航線上自主飛行。地面控制站只是作為飛行監(jiān)督平臺(tái)，發(fā)揮監(jiān)測(cè)作用，在必要時(shí)才參與控制。自動(dòng)駕駛的優(yōu)勢(shì)是，電動(dòng)垂直起降飛行器全自主飛行，既能避免可能發(fā)生的人為事故，又降低了飛行成本。

電動(dòng)垂直起降飛行器全自主飛行能力是指，在沒(méi)有操控人員的控制下，電動(dòng)垂直起降飛行器根據(jù)自身狀態(tài)和感知信息，能夠自主執(zhí)行任務(wù)。自動(dòng)駕駛技術(shù)包括飛行環(huán)境感知與規(guī)避技術(shù)、飛行路徑規(guī)劃技術(shù)、飛行控制技術(shù)。其中，飛行環(huán)境感知與規(guī)避技術(shù)是指無(wú)人機(jī)及時(shí)自主規(guī)避障礙物的智能技術(shù)。感知與規(guī)避過(guò)程通常分為無(wú)人機(jī)感知障礙物、自主繞開障礙物和規(guī)劃路徑三個(gè)階段。目前，電動(dòng)垂直起降飛行器經(jīng)常采用紅外避障、超聲波避障、激光避障、毫米波雷達(dá)避障、機(jī)器視覺避障等設(shè)備，通過(guò)這些傳感器，它能感知其他飛行器、鳥類的運(yùn)動(dòng)軌跡。與此同時(shí)，電動(dòng)垂直起降飛行器的傳感器和計(jì)算平臺(tái)都需要滿足適航審定的要求，而且計(jì)算平臺(tái)應(yīng)滿足深度學(xué)習(xí)和自動(dòng)駕駛所需性能的要求。

眾所周知，航空器實(shí)現(xiàn)全自主飛行的技術(shù)難度極大，從第二次世界大戰(zhàn)開始使用的靶機(jī)，到現(xiàn)在世界大部分地區(qū)每天都有成千上萬(wàn)架無(wú)人機(jī)（主要是微小型無(wú)人機(jī)）在天空中飛翔，幾十年來(lái)，真正能實(shí)現(xiàn)全自主飛行的無(wú)人機(jī)少之又少，幾乎為零。即使這樣，人們?nèi)匀徽J(rèn)為，面向城市空中交通應(yīng)用的電動(dòng)垂直起降飛行要堅(jiān)持全自主飛行原則，主要原因有三點(diǎn)。

一是安全性高。航空器的飛行事故是指在任何人登上航空器準(zhǔn)備飛行直至所有人員離開航空器的期間內(nèi)，與該航空器運(yùn)行有關(guān)的人員發(fā)生傷亡，航空器遭受損壞、失蹤等事件。影響航空器安全的因素包括航空器、各類人員和外界環(huán)境三個(gè)方面，而航空器自身的安全性是保證飛行安全的基礎(chǔ)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，以往大多數(shù)航空事故是由飛行員工作失誤造成的。

電動(dòng)垂直起降飛行器飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)可以為每次飛行創(chuàng)造可預(yù)測(cè)的、前后一致的結(jié)果來(lái)顯著減少人為失誤，尤其可以消除飛行員人工駕駛所造成的事故。因此，電動(dòng)垂直起降飛行器采用高可靠性自動(dòng)駕駛技術(shù)會(huì)更加安全，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

二是成本低。電動(dòng)垂直起降飛行器全自主飛行可以為航空公司、私人用戶節(jié)約大筆的培訓(xùn)費(fèi)、人工費(fèi)，航空公司從而能更有效、更快速地?cái)U(kuò)大其規(guī)模，降低成本和票價(jià)，讓更多人使用電動(dòng)垂直起降飛行器作為交通工具。因?yàn)楹娇展救魧?shí)現(xiàn)規(guī)?；\(yùn)營(yíng)，需要海量的飛行員，成本非常高。鑒于電動(dòng)垂直起降飛行器的座位數(shù)基本在5座及以下，特別是電動(dòng)垂直起降飛行器要像私家小汽車那樣進(jìn)入千家萬(wàn)戶，成為真正能夠解決地面交通擁堵的“飛行小汽車”，運(yùn)營(yíng)商必須降低成本，除了購(gòu)置成本和維修成本外，最重要的是培訓(xùn)和使用成本。如果電動(dòng)垂直起降飛行器必須由經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期嚴(yán)格培訓(xùn)的專業(yè)飛行員駕駛，那它肯定無(wú)法像私家小汽車那樣獲得廣泛應(yīng)用，因?yàn)槊媾R昂貴的成本，電動(dòng)垂直起降飛行器可觸及的用戶也一定非常有限，其商業(yè)價(jià)值將受到挑戰(zhàn)。因此，從運(yùn)營(yíng)成本角度看，電動(dòng)垂直起降飛行器全自主飛行勢(shì)在必行，這意味著電動(dòng)垂直起降飛行器實(shí)質(zhì)上必須是一架能全自主飛行、用于載客的無(wú)人機(jī)。

三是噪聲低。噪聲是指妨礙人們正常休息、學(xué)習(xí)和工作的聲音，以及對(duì)人們要聽的聲音產(chǎn)生干擾的聲音。人員如果長(zhǎng)期生活在噪聲水平大于905dB的環(huán)境中，聽力會(huì)受到嚴(yán)重影響并產(chǎn)生神經(jīng)衰弱、頭疼、高血壓等疾病。眾所周知，低噪聲是電動(dòng)垂直起降飛行器最重要的品質(zhì)要求之一。為了對(duì)比電動(dòng)垂直起降飛行器和油動(dòng)直升機(jī)在正常飛行中的噪聲水平，美國(guó)喬比航空公司（Joby Aviation）使用自主研制的S4電動(dòng)垂直起落飛行器與美國(guó)羅賓遜公司生產(chǎn)的R44直升機(jī)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，而這兩種飛行器的商載重量幾乎相同。測(cè)試結(jié)果表明，兩種飛行器在正常飛行中的噪聲水平相差很大。R44直升機(jī)飛行時(shí)的最大噪聲水平為85dB，而S4電動(dòng)垂直起降飛行器飛行時(shí)的最大噪聲為60dB，比R44直升機(jī)低25dB，這說(shuō)明電動(dòng)垂直起降飛行器的降噪效果十分明顯。

基于安全性、成本和噪聲三要素，以及從發(fā)展的角度看，雖然目前一些正在研制中的電動(dòng)垂直起降飛行器尚未具備全自主飛行能力，只能由飛行員駕駛或半自主飛行，但可以預(yù)見，當(dāng)它發(fā)展到定型階段以后，真正大批量進(jìn)入市場(chǎng)，投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)，一定會(huì)成為一種具有全自主飛行能力的飛行器。因?yàn)樵诩ち业默F(xiàn)代全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，安全性高、成本低、噪聲低、零污染這四大優(yōu)勢(shì)將起關(guān)鍵作用，優(yōu)勝劣汰原則是無(wú)可抗拒的。

電動(dòng)垂直起降飛行器運(yùn)營(yíng)規(guī)劃

電動(dòng)垂直起降飛行器若想實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，必然采用全新的運(yùn)營(yíng)規(guī)則。為此，美國(guó)波音公司聯(lián)合其投資的空中出租車初創(chuàng)企業(yè)威斯克公司（Wisk）發(fā)布了一份文件，名為《自動(dòng)駕駛城市空中交通運(yùn)營(yíng)概念》。該文件旨在為城市空中交通載人運(yùn)營(yíng)提供一個(gè)運(yùn)營(yíng)規(guī)劃，將電動(dòng)垂直起降飛行器納入美國(guó)國(guó)家空域系統(tǒng)（United States National Airspace System， NAS），為實(shí)現(xiàn)未來(lái)幾年內(nèi)社會(huì)全階層、高吞吐量的運(yùn)營(yíng)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)，甚至為全球城市空中交通領(lǐng)域提供一份運(yùn)營(yíng)藍(lán)圖。

管理人員與基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃

具有自動(dòng)駕駛功能的電動(dòng)垂直起降飛行器作為城市空中出租車使用時(shí)，其運(yùn)營(yíng)規(guī)劃涉及如下管理人員和基礎(chǔ)設(shè)施。

1.起降場(chǎng)及其管理人員

起降場(chǎng)大多被建造在大型建筑物（如高樓大廈）的房頂上，也有的建在地面上，供電動(dòng)垂直起降飛行器起飛、降落，乘客上下機(jī)，以及為飛行器提供能源補(bǔ)充和維護(hù)等服務(wù)的固定場(chǎng)所，如圖1所示。起降場(chǎng)管理人員應(yīng)確保場(chǎng)地的正常使用和安全，并對(duì)停放的電動(dòng)垂直起降飛行器進(jìn)行管理，組織乘客待機(jī)及上下機(jī)等服務(wù)。

2.第三方服務(wù)供應(yīng)商

第三方服務(wù)供應(yīng)商負(fù)責(zé)提供與電動(dòng)垂直起降飛行器運(yùn)營(yíng)相關(guān)的信息、通信和其他服務(wù)方案。

3.電動(dòng)垂直起降飛行器

具有自動(dòng)駕駛功能的電動(dòng)垂直起降飛行器配備空中及地面避障系統(tǒng)，具備自主飛行能力，可以自主執(zhí)行各項(xiàng)飛行計(jì)劃，即使沒(méi)有地面控制站的控制，也能完成飛行計(jì)劃。

4.機(jī)長(zhǎng)

機(jī)長(zhǎng)是監(jiān)控飛行過(guò)程的人員，應(yīng)履行機(jī)長(zhǎng)的工作職責(zé)，負(fù)責(zé)規(guī)劃和監(jiān)控電動(dòng)垂直起降飛行器飛行的全過(guò)程。

設(shè)備管理與使用

設(shè)備管理與使用包括導(dǎo)航、通信、自動(dòng)控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）等基礎(chǔ)設(shè)施管理、運(yùn)營(yíng)、日常維護(hù)維修，涉及設(shè)備管理使用人員、維護(hù)維修人員等。

旅客乘機(jī)流程

旅客乘坐具有自動(dòng)駕駛功能的電動(dòng)垂直起降飛行器的流程為：線上預(yù)訂機(jī)票，進(jìn)入起降場(chǎng)完成安檢，登機(jī)，乘機(jī)飛行，下機(jī)，離開起降場(chǎng)。所有與飛行有關(guān)的流程都應(yīng)符合航空運(yùn)輸?shù)陌踩珮?biāo)準(zhǔn)，以確保飛行安全和可擴(kuò)展性操作。

電動(dòng)垂直起降飛行器的運(yùn)營(yíng)流程

1.飛行計(jì)劃制訂

運(yùn)營(yíng)公司根據(jù)需求和乘客數(shù)量，制訂運(yùn)行計(jì)劃。

2.飛行準(zhǔn)備階段

飛行監(jiān)控人員根據(jù)飛行計(jì)劃進(jìn)行飛行準(zhǔn)備工作及各項(xiàng)例行檢查。

3.起飛階段

當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC）發(fā)出起飛許可信號(hào)后，電動(dòng)垂直起降飛行器自動(dòng)進(jìn)入起飛程序，動(dòng)力系統(tǒng)啟動(dòng)，電動(dòng)垂直起降飛行器垂直起飛并升空。

4.飛行階段

電動(dòng)垂直起降飛行器在自動(dòng)駕駛儀的控制下，按照任務(wù)航線規(guī)劃自主飛往目的地。在飛行過(guò)程中，機(jī)長(zhǎng)或監(jiān)控人員對(duì)空域、飛行航線、飛行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢查，一旦飛行出現(xiàn)異常，實(shí)時(shí)進(jìn)行人工干涉，排除故障，或啟動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)程序，以確保飛行安全。

5.降落階段

電動(dòng)垂直起降飛行器飛抵目的地起降場(chǎng)上空后，機(jī)長(zhǎng)或監(jiān)控人員將協(xié)調(diào)飛行器的降落操作，以確保降落過(guò)程順利和安全。

6.降落后的服務(wù)

地面管理人員指引旅客下機(jī)，卸載貨物；地面機(jī)務(wù)人員檢查電動(dòng)垂直起降飛行器的各個(gè)系統(tǒng)，并為電池充電或?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)加油，清潔機(jī)艙，為下次飛行做準(zhǔn)備。

電動(dòng)垂直起降飛行器受到投資者的廣泛關(guān)注

電動(dòng)垂直起降飛行器研發(fā)需要巨大的資金支持。早期，電動(dòng)垂直起降飛行器制造商主要通過(guò)私人投資、風(fēng)險(xiǎn)投資、政府項(xiàng)目支持獲得資金。2021年下半年，隨著新冠疫情的結(jié)束、經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇以及各國(guó)政府先進(jìn)空中交通（AAM）行業(yè)政策的發(fā)布，發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)到來(lái)的電動(dòng)垂直起降飛行器制造商急于上市融資。于是，一種美國(guó)股市特有的快速上市途徑進(jìn)入人們的視野，即制造商通過(guò)特殊目的收購(gòu)公司借殼上市，例如，總部位于美國(guó)加州的喬比航空公司與特殊目的收購(gòu)公司合并上市。除此之外，美國(guó)的阿奇爾公司（Archer）、英國(guó)的垂直航宇公司（Vertical Aerospace）、德國(guó)百合花公司（Lilium）和日本天空驅(qū)動(dòng)公司（Skydrive）等制造商也專注于電動(dòng)垂直起降飛行器開發(fā)。

在人類科技發(fā)展史上，每個(gè)周期都有對(duì)應(yīng)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，這些主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)通過(guò)科技進(jìn)步和需求，縮短該產(chǎn)業(yè)的投資周期，造就強(qiáng)大的企業(yè)。例如，20世紀(jì)60年代，美國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，成就了通用、福特、戴姆勒汽車三巨頭。

現(xiàn)在，電動(dòng)垂直起降飛行器和先進(jìn)空中交通已成為新興產(chǎn)業(yè)，讓人們看到了新主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)萌芽。該產(chǎn)業(yè)雖處于前期的培育期，但在全球范圍內(nèi)飛速發(fā)展，不僅吸引了大量巨頭、創(chuàng)新企業(yè)紛紛入局，還成為全球熱門的投資領(lǐng)域。

電動(dòng)垂直起降飛行器之所以能成為全球投資者最關(guān)注的領(lǐng)域，一方面，因?yàn)樗芙鉀Q人類社會(huì)當(dāng)前面臨的城市交通問(wèn)題。例如，解決城市道路交通日益嚴(yán)重的擁堵問(wèn)題，滿足人們出行頻次和效率提高的需求。很多在城市生活的人群每天出行距離都是20～30km，他們對(duì)更高效率的交通工具的需求日益強(qiáng)烈。與此同時(shí)，電動(dòng)垂直起降飛行器能滿足人們降低交通成本的需求。除了研發(fā)和生產(chǎn)汽車的成本外，地面道路、橋梁和隧道等基礎(chǔ)建設(shè)成本實(shí)際上非常高。人類社會(huì)對(duì)更低成本的交通工具的迫切需求，給電動(dòng)垂直起降飛行器和先進(jìn)空中交通行業(yè)提供了成長(zhǎng)土壤；另一方面，全球投資者對(duì)人類社會(huì)未來(lái)交通運(yùn)輸發(fā)展趨勢(shì)做出整體判斷，除了用于空中運(yùn)輸外，城市空中交通工具在旅游、醫(yī)療救護(hù)、消防滅火、應(yīng)急救援、安防等特定場(chǎng)景也將發(fā)揮積極作用，航空器的數(shù)量將大于地面汽車的數(shù)量，因?yàn)殡妱?dòng)垂直起降飛行器具有如下優(yōu)勢(shì)。

1.能源效率更高

電動(dòng)垂直起降飛行器在三維空間飛行的自由度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在地面行駛的車輛、地鐵，在水面航行的船舶等其他交通工具，而且不受道路、河流走向，海洋湖泊面積等因素的限制，直線飛行能夠大大縮短運(yùn)輸距離，提高能源效率，這是一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)。

2.交通事故更少

在起飛和降落階段，電動(dòng)垂直起降飛行器的控制復(fù)雜性較高，雖然在起飛和降落過(guò)程中，氣流會(huì)發(fā)生變化，但是控制復(fù)雜性只存在于飛行器單機(jī)和環(huán)境之間。相比于地面車輛，電動(dòng)垂直起降飛行器多機(jī)交互飛行的復(fù)雜性更低，故障可預(yù)測(cè)性更強(qiáng)，交通事故更少。

3.航線更加豐富

空中航路的寬度大于地面道路。因此，對(duì)于單架電動(dòng)垂直起降飛行器，它的航線更加豐富，與其他飛行器之間的不確定性交互更少，因此事故會(huì)更少。

4.成本更低

地面汽車在路面行駛，會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力，而航空器需要應(yīng)對(duì)的空氣阻力比汽車在地面行駛產(chǎn)生的摩擦力小很多。因此，航空器的能量效率比汽車高，成本相應(yīng)降低。未來(lái)，隨著電動(dòng)垂直起降飛行器大批量生產(chǎn)，其整體成本將低于汽車的成本，普通消費(fèi)者也能夠承受電動(dòng)垂直起降飛行器的票價(jià)。

5.噪聲水平大幅降低

電動(dòng)垂直起降飛行器利用垂直起降等優(yōu)勢(shì)，可在城市大樓房頂?shù)钠鸾祱?chǎng)垂直起飛并降落，在空中飛行時(shí)，它能避開地面交通擁堵，直達(dá)目的地。因此，垂直起降功能和低噪聲是應(yīng)用剛需，而低噪聲要求尤其嚴(yán)格。近期，有人選取了與喬比航空公司電動(dòng)垂直起降飛行器驗(yàn)證機(jī)商載重量相近的固定翼飛機(jī)、直升機(jī)各兩架，開展噪聲水平對(duì)比測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，喬比航空公司電動(dòng)垂直起降飛行器的噪聲水平比直升機(jī)小很多，比固定翼飛機(jī)也小，僅相當(dāng)于城市地面交通干線道路兩側(cè)的噪聲水平，即60dB～65dB，人們正常生活可以接受該噪聲水平。

6.改善人們的生活環(huán)境

未來(lái)，如果整個(gè)城市空中交通繁榮發(fā)展，人們不一定非要在城市里生活，在郊區(qū)、鄉(xiāng)村生活，不僅可以遠(yuǎn)離城市的喧囂，提高居住生活質(zhì)量，而且不會(huì)對(duì)上班、上學(xué)、購(gòu)物和就醫(yī)等日常活動(dòng)造成任何不良影響。擁有電動(dòng)垂直起降飛行器，人們可以在20min內(nèi)從居住的郊區(qū)飛抵城市中心的任何地方，消除了人們對(duì)地面交通經(jīng)常堵塞的擔(dān)心。

7.應(yīng)用普及率高

預(yù)計(jì)20～30年，隨著應(yīng)用的普及，電動(dòng)垂直起降飛行器就會(huì)像現(xiàn)在的私家車一樣，成為家庭或個(gè)人必備的交通工具，甚至一個(gè)人可能擁有不止一架電動(dòng)垂直起降飛行器，像現(xiàn)在有的用戶有多部手機(jī)一樣。從保有量看，在20～30年的時(shí)間跨度內(nèi)，電動(dòng)垂直起降飛行器的數(shù)量和品類都會(huì)比肩今天的地面私家車。

航空器技術(shù)已經(jīng)非常成熟，例如波音公司747客機(jī)于1970年開始服役，50多年來(lái)，旅客的乘機(jī)體驗(yàn)幾乎沒(méi)有什么本質(zhì)上的差別。今天，電動(dòng)垂直起降飛行器之所以重要，是因?yàn)橐粋€(gè)新的航空技術(shù)發(fā)展路線正在創(chuàng)造一批新的能量，它正在原有體系之外，形成一個(gè)新的發(fā)展空間，在這個(gè)快速流動(dòng)的新空間內(nèi)，它可能打破原有格局，產(chǎn)生改變，給人們帶來(lái)新的需求和希望。

在全球范圍內(nèi)，風(fēng)險(xiǎn)投資公司開始關(guān)注電動(dòng)垂直起降飛行器的發(fā)展，資本機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始大規(guī)模投入資金，投資金額開始提高，特別是研制電動(dòng)垂直起降飛行器的美國(guó)、歐洲企業(yè)獲得大量的風(fēng)險(xiǎn)投資。這對(duì)行業(yè)發(fā)展起到特別正向的促進(jìn)作用，有助于支持電動(dòng)垂直起降飛行器團(tuán)隊(duì)進(jìn)行更多的創(chuàng)新發(fā)展。

技術(shù)創(chuàng)新、全球資本市場(chǎng)的支持、人們?nèi)粘Ｉ畹男枨蟮雀鞣矫嬉蛩匾呀?jīng)促使電動(dòng)垂直起降飛行器的發(fā)展走到一個(gè)全面鋪開的臨界點(diǎn)。美國(guó)垂直飛行協(xié)會(huì)發(fā)布的電動(dòng)垂直起降飛行器目錄顯示，截至2022年底，48個(gè)國(guó)家的347家企業(yè)正在開發(fā)的電動(dòng)垂直起降飛行器設(shè)計(jì)方案已超過(guò)600個(gè)。

綜上所述，電動(dòng)垂直起降飛行器以電能作為推進(jìn)系統(tǒng)的全部或部分能源，必將開啟航空領(lǐng)域的新一輪創(chuàng)新與變革熱潮，推動(dòng)航空技術(shù)和綠色航空創(chuàng)新發(fā)展，將對(duì)世界航空業(yè)產(chǎn)生革命性影響，其成熟的技術(shù)和廣泛應(yīng)用將成為人類社會(huì)進(jìn)入自動(dòng)駕駛新時(shí)代的主要標(biāo)志。

電動(dòng)垂直起降飛行器與飛行汽車的區(qū)別

19世紀(jì)80年代，人類發(fā)明了第一輛汽車。約20年后，美國(guó)的萊特兄弟發(fā)明了第一架飛機(jī)。隨后，人們產(chǎn)生了將汽車和飛機(jī)結(jié)合起來(lái)的想法。

飛行汽車的基本概念

陸空兩用飛行汽車，簡(jiǎn)稱飛行汽車，是一種既能像汽車一樣在地面道路上行駛，又能像飛機(jī)一樣在空中飛行的陸空兩用交通工具。1917年，飛機(jī)設(shè)計(jì)師和飛機(jī)制造企業(yè)家格林·寇蒂斯研制了世界上第一輛陸空兩用飛行汽車，并申請(qǐng)了專利。該裝備采用分體式設(shè)計(jì)，機(jī)翼、車體可以分開，它在空中飛行時(shí)，機(jī)翼和車體結(jié)合在一起，在地面道路行駛時(shí)，機(jī)翼和車體分開，車體在地面行駛。

一百多年來(lái)，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)出3000多種陸空兩用飛行汽車方案，絕大部分方案采用了固定翼布局設(shè)計(jì)，其中，幾十個(gè)設(shè)計(jì)方案有原型機(jī)。但是，這些飛行汽車的設(shè)計(jì)方案大多數(shù)都未獲得人們的認(rèn)可和推廣應(yīng)用，被束之高閣，只有個(gè)別設(shè)計(jì)方案獲得美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）特種輕型飛機(jī)（LSA）的適航證書，可投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)。

有的飛行汽車被稱為垂直起降陸空兩用飛行汽車，無(wú)需專用飛行跑道和道路，可在建筑物房頂或者任何稍微開闊的平地上起降，例如荷蘭帕爾-威（Pal-v）公司研制的“自由”（Liberty）垂直起降陸空兩用飛行汽車，如圖2所示。

實(shí)際上，陸空兩用飛行汽車面臨的最大挑戰(zhàn)并不是技術(shù)難題，而是法律。世界各國(guó)的交通法規(guī)都不允許包括飛行汽車在內(nèi)的載人飛行器直接在公共道路上起降。公路不是跑道，僅允許救護(hù)直升機(jī)、警用直升機(jī)緊急迫降。因此，陸空兩用飛行汽車即使具備垂直起降能力，也不能在堵車時(shí)直接在公路上起飛，而必須從專用起降場(chǎng)或機(jī)場(chǎng)起飛，這一規(guī)定使飛行汽車的應(yīng)用場(chǎng)景大打折扣。

電動(dòng)垂直起降飛行器與飛行汽車的主要區(qū)別

電動(dòng)垂直起降飛行器與飛行汽車截然不同，前者屬于一種航空器，與在道路上行駛的汽車沒(méi)有任何關(guān)系，其技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)景、發(fā)展歷程、市場(chǎng)預(yù)期、資本關(guān)注度等要素與陸空兩用飛行汽車有著本質(zhì)的區(qū)別。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局、歐洲航空安全局和中國(guó)民用航空局等機(jī)構(gòu)頒發(fā)的規(guī)章從未使用陸空兩用飛行汽車來(lái)指代電動(dòng)垂直起降飛行器。

在電動(dòng)垂直起降飛行器的發(fā)展初期，廣大公眾并不了解它的概念。大眾媒體和電動(dòng)垂直起降飛行器廠商出于傳播和營(yíng)銷等目的，為了吸引關(guān)注度，習(xí)慣性地使用飛行汽車來(lái)指代電動(dòng)垂直起降飛行器，從而引起誤導(dǎo)。

作為一種新型航空器，電動(dòng)垂直起降飛行器與固定翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)的最大區(qū)別在于，它有三項(xiàng)最基本的總體設(shè)計(jì)要求。

一是電動(dòng)垂直起降飛行器必須有空氣螺旋槳（旋翼），以實(shí)現(xiàn)垂直起降。

二是電動(dòng)垂直起降飛行器動(dòng)力裝置應(yīng)全部或部分采用電動(dòng)系統(tǒng)，例如電動(dòng)機(jī)、油電混合動(dòng)力裝置。

三是為了提高飛行性能，電動(dòng)垂直起降飛行器需要以固定翼氣動(dòng)布局為基礎(chǔ)，增加旋翼系統(tǒng)，構(gòu)成新的復(fù)合式氣動(dòng)布局，而非復(fù)合式氣動(dòng)布局不需要考慮旋翼方案。

以上三項(xiàng)要求是電動(dòng)垂直起降飛行器氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)必須優(yōu)先考慮的重要因素。為此，本文后續(xù)將展開進(jìn)一步討論。至于類似于汽車的地面行駛功能，則完全沒(méi)有必要考慮。

（未完待續(xù)）