【摘要】主要闡述了飛行汽車的概念、特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，并按照使用場(chǎng)景、動(dòng)力形式和起降方式對(duì)飛行汽車進(jìn)行了分類。通過分析在城市和山區(qū)使用飛行汽車案例，凸顯出了飛行汽車在城市交通擁堵、特殊場(chǎng)景、緊急救援方面發(fā)揮重要作用。在低空領(lǐng)域發(fā)展飛行汽車是智慧城市三維智慧交通的重要發(fā)展方向之一，發(fā)展飛行汽車在電動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新和空中交通管制方面面臨重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：飛行汽車；發(fā)展歷史；應(yīng)用場(chǎng)景案例；挑戰(zhàn)和機(jī)遇

中圖分類號(hào)：V211.5? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20230064

Development Research and Application Scenario Analysis of Flying Vehicles

Li Song

（School of Mechatronics and Vehicle Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074）

【Abstract】 The concepts， features and development status of flying vehicles at home and abroad are elaborated， and the flying vehicles are classified according to the application scenarios， propulsion， take-off and landing modes. Through the analysis of the application of flying vehicles in urban and mountainous areas， it is proved that flying vehicles play a vital role in urban traffic congestion， special scenes and emergency rescue. The development of flying vehicles in the low-altitude field is one of the important development directions of 3-dimensional smart transportation in smart cities， and the development of flying vehicles faces major opportunities and challenges in electrification technology innovation and air traffic control.

Key words： Flying vehicle， Development history， Application scenario case， Challenge and opportunity

縮略語(yǔ)

VTOL Vertical Take-off Landing

VTHL Vertical Take-off Horizontal Landing

HTVL Horizontal Take-off Vertical Landing

HTOL Horizontal Take-off Landing

eVTOL electric Vertical Take-Off and Landing

0 引言

當(dāng)陸地交通問題無(wú)法再靠擴(kuò)展和延長(zhǎng)的方法解決時(shí)，將二維空間交通轉(zhuǎn)換為三維空間交通是未來交通發(fā)展的趨勢(shì)。飛行汽車是一種既可以在道路行駛，又可以在空中飛行的交通工具。在解決路面二維空間交通問題的同時(shí)，飛行汽車還可以大幅度縮短人們的出行時(shí)間，減少交通堵塞和能源消耗，提高城市交通效率，為人們提供更加便捷和快速的出行方式。

飛行汽車是一種未來產(chǎn)業(yè)，在未來經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展中起全局帶動(dòng)和重大引領(lǐng)作用。本文綜述飛行汽車古今中外的發(fā)展歷史，并結(jié)合飛行汽車低空飛行的特點(diǎn)，分析了3種應(yīng)用場(chǎng)景的可行性，旨在快速了解飛行汽車的歷史總結(jié)其發(fā)展特點(diǎn)，并提出未來展望。

1 飛行汽車發(fā)展歷程

飛行汽車的設(shè)想早在幾千年前就開始了，到一百多年前開始被人們探索研究，受到技術(shù)發(fā)展的限制，只能跳躍式飛行，續(xù)航極短，效果很不理想。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)和航天技術(shù)的發(fā)展，飛行汽車有了更好的技術(shù)支撐。飛行汽車的發(fā)展大體上經(jīng)歷了萌芽期、探索期和蓬勃發(fā)展期3個(gè)階段，如圖1所示。

1.1 萌芽期

13世紀(jì)，阿拉伯工程師艾哈邁德·阿里·阿爾拉扎利提出了一種名為“阿爾扎利”的翼式交通工具設(shè)想。該設(shè)想描述的是一種能夠在地面和空中行駛的機(jī)械設(shè)置，類似于飛行汽車。在15世紀(jì)，萊昂納多·達(dá)·芬奇提出了一種名為“鳥類機(jī)器”的設(shè)想，類似于現(xiàn)代翼裝飛行器。在中國(guó)古代，類似的設(shè)想也有很多，從民間的飛行玩具到學(xué)者的文學(xué)著作，如《莊子》的“御風(fēng)而行”，《列子》描述“蓬萊仙境”中仙人使用的云梯和飛鶴，山海經(jīng)記載的“奇肱飛車”等[4]。

雖然這個(gè)時(shí)期受制于技術(shù)和材料的限制，僅停留于設(shè)想階段，但正是這些設(shè)想啟發(fā)了后人的好奇心和創(chuàng)造能力，為未來飛行汽車發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.2 探索期

20世紀(jì)，得益于汽車和飛機(jī)較為成熟的技術(shù)，飛行汽車設(shè)想逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，出現(xiàn)了飛機(jī)與汽車相結(jié)合的技術(shù)探索。這個(gè)時(shí)期的飛行汽車大多有與汽車相同的輪胎和飛機(jī)一樣的兩翼和尾翼，初步探索使汽車具有飛行的功能。表1展示了20世紀(jì)經(jīng)典飛行汽車基本情況。

1906年3月18日，首個(gè)使用單翼的飛行汽車在巴黎蒙特松的平原嘗試了首次飛行，并成功離地。它的發(fā)明者Trajan Vuia自主研發(fā)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，標(biāo)志著制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)由此開始[5]。

1917年，飛行汽車之父Glenn Hammond Curtis在紐約展會(huì)上展示了名為Autoplane的飛行器，它采用鋁制機(jī)身，裝有3個(gè)長(zhǎng)達(dá)12.2 m的機(jī)翼，采用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)獲取動(dòng)力。Autoplane能夠短距離飛行，標(biāo)志著飛行汽車在飛行技術(shù)上跨越了一大步[6]。

1921年，René Tampier設(shè)計(jì)了一款飛行汽車，名為Tampier Roadable，因?yàn)榫薮蟮纳碥|，平均車速為24 km/h，飛行高度很低[7]。

由于二戰(zhàn)結(jié)束，生產(chǎn)力和設(shè)計(jì)技術(shù)水平大幅提升，1946年Robert Edison Fulton Jr.設(shè)計(jì)并試飛了一款名為Airphibian的飛行汽車。設(shè)計(jì)者從飛機(jī)上獲得了靈感，在一款飛機(jī)的基礎(chǔ)上改造成飛行汽車，主要是將飛機(jī)的駕駛座艙改造為適合汽車操控。Airphibian搭載111.85 kW的6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，最大飛行速度為93.1 km/h，最高路面車速為80.5 km/h。Airphibian也是全球第一款獲得適航認(rèn)證的飛行汽車。

1947年后，為了提高動(dòng)力性能，從汽車制造中獲取靈感，分離式的設(shè)計(jì)思路和輕量化技術(shù)在飛行汽車領(lǐng)域逐漸開始應(yīng)用。

1949年，Moulton Taylor受到了Airphibian原型機(jī)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)并制造出了Aerocar。這是一款能在陸地和空中使用的飛行汽車，其飛行時(shí)速度可達(dá)193 km/h，也是第2款獲得美國(guó)聯(lián)邦航空局適航認(rèn)證的飛行汽車[8]。

1953年，來自通用汽車公司BUICK品牌的汽車工程師設(shè)計(jì)出一款名為Bryan Autoplane的飛行汽車。Bryan Autoplane的推動(dòng)力來自于車身后部的螺旋槳。該飛行汽車的特點(diǎn)是機(jī)翼能夠?qū)崿F(xiàn)兩次折疊，從而有效減少飛行汽車在路面行駛時(shí)的占地面積。

1958年，VZ-8 Airgeep是全球第一款垂直起降的飛行汽車，由Piasecki Aircraft公司制造，對(duì)飛行汽車研究有著非常大的啟發(fā)作用。

1980年，飛行汽車市場(chǎng)經(jīng)歷了一次大變革。波音公司設(shè)計(jì)出Sky Commuter，這款飛行汽車不僅使用了垂直起降的方式，還采用了優(yōu)秀的空氣動(dòng)力學(xué)底盤，在很大程度上降低了飛行汽車起飛和降落難度[7， 9]。

1.3 蓬勃發(fā)展期

近幾年，從事飛行汽車研究和開發(fā)的公司總數(shù)激增。2016年，研究飛行汽車的企業(yè)不超過20家。2018年，參加研究和開發(fā)飛行汽車的公司已達(dá)到70多家。到2021年上半年，有超過200家企業(yè)或機(jī)構(gòu)正在研發(fā)約420種型號(hào)飛行汽車產(chǎn)品[10]。

這一時(shí)期不僅有汽車制造企業(yè)和航空公司加入飛行汽車研發(fā)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，新興科技公司也占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。新興科技公司研發(fā)飛行汽車過程中，使傳統(tǒng)機(jī)械融入智能化、電動(dòng)化思想，促使飛行汽車迅速發(fā)展。除此之外，在研究過程中，具有垂直起降功能的飛行汽車往往能更快進(jìn)行試飛，原因是路面交通擁堵，需要滑行跑道的飛行汽車無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的需求，而垂直起降的飛行汽車不需要跑道，占用空間小。

下面分別闡述3類飛行汽車企業(yè)的代表公司及旗下飛行汽車的基本情況。

1.3.1 航空公司

截至2023年3月，參與飛行汽車研發(fā)的航空公司有波音、空客、貝爾、牧羽航空、Blade、AMSL和Neva Aerospace等[11-14]。這些航空公司主要以美國(guó)為主，大多采用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式。其中貝爾、牧羽航空和Neva Aerospace首飛仍在準(zhǔn)備中。各航空公司飛行汽車基本數(shù)據(jù)如表2所示。

1.3.2 汽車企業(yè)

參與飛行汽車研發(fā)的跨國(guó)汽車企業(yè)有豐田、奧迪、現(xiàn)代，中國(guó)汽車企業(yè)有小鵬、吉利、長(zhǎng)城等。其中，豐田、吉利太力和小鵬已經(jīng)有飛行汽車試飛成功，大眾奧迪、吉利和現(xiàn)代汽車企業(yè)仍處于飛行汽車研發(fā)流程中的概念階段[12-15]，相關(guān)數(shù)據(jù)信息如表3所示。

1.3.3 科技公司

Joby Aviation和Lilium Aviation研發(fā)的Joby-S4和Lilium Jet型號(hào)飛行汽車采用電動(dòng)垂直起降的方式。中國(guó)億航研發(fā)的216是一款純電動(dòng)飛行汽車。PAL-V是同名公司研發(fā)的一款3車輪飛行汽車。AeroMobil公司的AeroMobil 2.5是陸空兩用的折疊翼飛行汽車。Nirvana Systems是世界上第一個(gè)開始出售飛行汽車的公司。日本的MASC研究會(huì)還處于飛行汽車研發(fā)起步階段[11，13，16，17]，相關(guān)數(shù)據(jù)如表4所示。

2 飛行汽車應(yīng)用場(chǎng)景分析

2.1 飛行汽車分類

2.1.1 按使用場(chǎng)景分類

飛行汽車可以根據(jù)使用場(chǎng)景不同分為城市飛行汽車、鄉(xiāng)村飛行汽車和特殊用途飛行汽車。其中，特殊用途飛行型汽車的使用場(chǎng)景包含：應(yīng)急救援、物流配送、旅游觀光、農(nóng)業(yè)植護(hù)等。

2.1.2 按動(dòng)力類型分類

飛行汽車按照動(dòng)力形式可以分為燃油動(dòng)力飛行汽車、純電動(dòng)飛行汽車、氫能飛行汽車和混合動(dòng)力飛行汽車。

2.1.3 按起飛和降落形式分類

飛行汽車按照起飛和降落形式可分為垂直起飛著陸（Vertical Take-off Landing， VTOL）、垂直起飛水平著陸（Vertical Take-off Horizontal Landing， VTHL）、水平起飛垂直著陸（Horizontal Take-off Vertical Landing， HTVL）和水平起飛著陸（Horizontal Take-off Landing， HTOL）形式[18]。

2.1.4 按工作路徑分類

按照飛行汽車工作路徑分為2類：既能在地面行駛，又能在低空飛行的一體化飛行汽車；只能在低空飛行的飛行汽車[19]。

2.2 飛行汽車應(yīng)用場(chǎng)景階段

2.2.1 載物階段

受制于技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的不完善，實(shí)現(xiàn)飛行汽車載物階段大約需要5年[12，20]，物流類的載物配送成為了首要的示范方向。采用垂直起降方式，飛行汽車起點(diǎn)和終點(diǎn)占地小、成本低，配送效率比傳統(tǒng)配送高，提升了消費(fèi)者購(gòu)物的便利性，且活動(dòng)范圍主要在城郊和城市中心，或者是交通不便利的偏遠(yuǎn)山區(qū)，對(duì)居民的影響較小，是一種社會(huì)接受度較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.2.2 載人階段

載人需要考慮更多技術(shù)和非技術(shù)類的要求，大約需要10～15年[12，20]。在載物階段的基礎(chǔ)上，開始載人階段試運(yùn)行，采用的仍然是垂直起降形式，出于舒適性的考慮，此時(shí)的飛行汽車可能會(huì)采取分體式的形式，即智能駕駛底盤和智能座艙相結(jié)合的方式，這種方式能為未來一體化飛行汽車提供技術(shù)基礎(chǔ)?？梢詮尼t(yī)療救治、警用和搜救等急救使用場(chǎng)景開始，然后再慢慢擴(kuò)展為城市中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的固定航班運(yùn)行，空中的士將會(huì)有效解決大城市早晚高峰造成的道路擁堵。

2.2.3 陸空一體化階段

未來，隨著動(dòng)力電池的性能優(yōu)化、車身結(jié)構(gòu)輕量化、動(dòng)力傳遞效率提高，飛行汽車?yán)m(xù)航里程將不斷提升，有望在城市與城市之間實(shí)現(xiàn)公交化運(yùn)營(yíng)。垂直起降形式的電動(dòng)飛行汽車與智慧城市的智慧交通系統(tǒng)結(jié)合，將實(shí)現(xiàn)立體交通早期落地的目標(biāo)。

在這個(gè)階段，飛行汽車擁有強(qiáng)大的電力系統(tǒng)，可以在陸地和空中正常使用，從而實(shí)現(xiàn)陸空兩棲，但是該階段的發(fā)展主要受到非技術(shù)性因素影響，如管理水平、基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)接受程度、安全水平和市場(chǎng)需求等。因此，這一階段需要更長(zhǎng)的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，可能需要15年或更長(zhǎng)時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)立體智慧交通，需要解決低空路線規(guī)劃和相關(guān)配套措施，能與地面智慧城市的智慧交通對(duì)接等問題[11，20-22]。

2.3 飛行汽車應(yīng)用場(chǎng)景案例

根據(jù)飛行汽車的分類和階段性使用的特點(diǎn)，闡述了以下3種具有代表性的飛行汽車應(yīng)用場(chǎng)景案例。

2.3.1 重慶與成都城際物流應(yīng)用場(chǎng)景

2023年1月，四川省發(fā)改委印發(fā)《成都天府臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)方案》（以下簡(jiǎn)稱建設(shè)方案）[23]。建設(shè)方案提出5大重點(diǎn)任務(wù)，包含加快建設(shè)世界級(jí)的成渝機(jī)場(chǎng)群核心樞紐、積極培育現(xiàn)代臨空產(chǎn)業(yè)、全力構(gòu)建臨空經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新高地、全面打造向西向南開放窗口、著力建設(shè)現(xiàn)代化空港新城。這為飛行汽車在西南部地區(qū)城市間的發(fā)展帶來了更多、更新的發(fā)展機(jī)遇。吉利沃飛長(zhǎng)空公司是一家新興科技公司，總部位于四川成都，主要研發(fā)無(wú)人機(jī)飛行器技術(shù)，正致力于成渝城市群未來低空出行商業(yè)落地運(yùn)營(yíng)建設(shè)方案的逐步實(shí)施[23-25]。

飛行汽車是將智能汽車與通用航空小型飛機(jī)優(yōu)勢(shì)相融合的創(chuàng)新產(chǎn)品，汽車和小型飛機(jī)融合解決物流低空一體化有著天然優(yōu)勢(shì)[26]。

相鄰城市間貨運(yùn)成為最有可能率先實(shí)現(xiàn)的物流場(chǎng)景。在小型無(wú)人機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)飛行汽車，能更快達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，且起降場(chǎng)地小、運(yùn)營(yíng)成本低、對(duì)公眾生活影響小、社會(huì)接受度高。有小型無(wú)人機(jī)在適飛空域的固定航線，降低了空域管理難度[21]。AE200 X01是一款沃飛長(zhǎng)空自主研發(fā)的eVOTL飛行汽車，在2023年1月完成了試飛。未來，AE200 X01取得型號(hào)許可證后可率先用于特殊場(chǎng)景，如空中游覽、航空醫(yī)療救護(hù)、航空物流和應(yīng)急救援等領(lǐng)域。沃飛長(zhǎng)空希望以高于典型地面交通4～5倍的出行效率和較低的經(jīng)濟(jì)出行成本，為城市群提供快速空中出行服務(wù)，構(gòu)建城市集群1 h高效交通圈[23]。成都和重慶之間城際物流場(chǎng)景如圖2所示。

由此可以分析出相對(duì)于傳統(tǒng)物流方式，飛行汽車物流有以下6個(gè)優(yōu)點(diǎn)[18，32，36]：

（1）最大限度地減少交通擁堵。交通高峰期，由于大量載貨車、家用轎車和其他各種類型的車輛在爭(zhēng)奪路權(quán)，交通擁堵是現(xiàn)代城市最大的問題之一。飛行汽車有助于最大限度地減少交通擁堵。

（2）降低長(zhǎng)途機(jī)動(dòng)車排放。飛行汽車可以減少長(zhǎng)途運(yùn)輸機(jī)動(dòng)車排放。

（3）需要更少的地面基礎(chǔ)設(shè)施。與傳統(tǒng)的物流運(yùn)輸相比，飛行汽車需要更少的基礎(chǔ)設(shè)施。

（4）飛行速度快。飛行汽車相比傳統(tǒng)物流方式速度更快，可以縮短運(yùn)輸時(shí)間，提高物流效率。

（5）飛行靈活性高。飛行汽車可以直接從起點(diǎn)飛到終點(diǎn)，避免了中途的中轉(zhuǎn)、換乘繁瑣流程，能夠更加靈活地適應(yīng)運(yùn)輸需求。

（6）飛行適應(yīng)性強(qiáng)。飛行汽車可以適應(yīng)各種地形和復(fù)雜的運(yùn)輸環(huán)境，如山區(qū)、荒漠等，有利于擴(kuò)大物流覆蓋范圍。

2.3.2 山區(qū)地震應(yīng)用場(chǎng)景案例

進(jìn)入21世紀(jì)，發(fā)生的重大地震中有3次都發(fā)生在四川和云南山區(qū)。山區(qū)地形復(fù)雜，次生災(zāi)害發(fā)生率高。對(duì)2001年到2021來各省份地震災(zāi)害空間分布特征進(jìn)行了整理和分析，發(fā)現(xiàn)四川、云南和甘肅需要進(jìn)一步加強(qiáng)抗震設(shè)防[27]。

根據(jù)四川、云南兩省山區(qū)地震分析報(bào)告，研究發(fā)現(xiàn)均廣泛存在救援場(chǎng)所地形復(fù)雜、道路堵塞等問題，救援人員和大型救援設(shè)備不能接近救援現(xiàn)場(chǎng)，因此無(wú)法迅速地開展救援工作。目前，交通擁堵成為了黃金72 h救援的最大救援瓶頸。特別是急救車在道路上經(jīng)常會(huì)遇到交通擁堵、突發(fā)車禍?zhǔn)鹿?、山區(qū)落石阻礙，難以深入地震集中區(qū)域，實(shí)際受阻場(chǎng)景如圖3所示。

完善的救援配套和快捷便利的救援路徑一直是急救工作的難點(diǎn)。在處理這兩類問題中，飛機(jī)的調(diào)用起到了至關(guān)重要的作用，但空中救援優(yōu)勢(shì)沒有充分發(fā)揮，主要原因是救援機(jī)型不夠匹配、基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善和航空救援體系不完善[32-33]。

飛行汽車相對(duì)于救護(hù)車最大的優(yōu)點(diǎn)在于能避免城市道路擁堵、意外事故、跨越障礙物，能夠深入山區(qū)救援核心地帶，如圖4所示。

飛行汽車的引入，能夠解決空中救援的不配套、不健全和不完善等問題，相比于救援汽車和救援直升機(jī)也有更突出的優(yōu)勢(shì)，詳見表5。

由此可以看出飛行汽車更適合山區(qū)的急救行動(dòng)，特別是雅安地震后，山高路窄的地形對(duì)救援工作造成了巨大阻礙，陸地汽車行駛不通，軍用直升機(jī)和民航數(shù)量有限，且救援設(shè)施不匹配、專業(yè)度不夠，飛行汽車可以省去清理路障和挑選降落位置的時(shí)間，大大提高救援效率，專業(yè)急救類型的飛行汽車還能充分利用黃金時(shí)間進(jìn)行救助。除了地震外，對(duì)山洪、泥石流、崩塌、山體滑坡、洪澇等山區(qū)急救類工作有重大意義[36]。

2.3.3 城市內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)飛行出租車載人場(chǎng)景

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)使用飛行汽車是解決城市早晚高峰交通擁堵的最佳使用場(chǎng)景之一。這里的點(diǎn)是飛行出租車站點(diǎn)，對(duì)于站點(diǎn)的選擇需要依據(jù)交通流量，優(yōu)先在人流量大的站點(diǎn)使用飛行出租車，能最大限度解決交通擁堵問題，根據(jù)公交站點(diǎn)選擇的經(jīng)驗(yàn)，可以優(yōu)先在寫字樓區(qū)、醫(yī)院，大片居民樓住宅附近等人員密集地設(shè)置，如圖5所示，使用場(chǎng)景選擇了具有代表性的居民區(qū)、醫(yī)院、商業(yè)辦公樓和學(xué)校作為站點(diǎn)，飛行汽車可以在任意2個(gè)站點(diǎn)之間載人飛行。

通過對(duì)以上3個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行分析，與路面交通相比，飛行汽車在物流、急救、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)飛行出租服務(wù)方面有明顯優(yōu)勢(shì)，飛行汽車在民用、工業(yè)以及軍事方面存在巨大潛能。由于應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生在人多密集的地方，考慮城市排放標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展垂直起降的純電動(dòng)飛行汽車是最佳選擇。

3 發(fā)展飛行汽車面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

飛行汽車是未來城市交通發(fā)展的新方向，但是飛行汽車研發(fā)比較復(fù)雜，涉及多個(gè)學(xué)科，包括機(jī)械設(shè)計(jì)、控制和智能車輛、大數(shù)據(jù)和人工智能等[42]。除了技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，結(jié)合消費(fèi)者觀點(diǎn)、相關(guān)法律法規(guī)，要將配套設(shè)施安全問題放在第一位。雖然發(fā)展飛行汽車面臨許多技術(shù)和非技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，但在創(chuàng)新發(fā)展大環(huán)境下，飛行汽車也獲得了相應(yīng)的機(jī)遇。

3.1 創(chuàng)新技術(shù)挑戰(zhàn)

中國(guó)是交通大國(guó)，交通擁堵日漸嚴(yán)峻。垂直起飛的飛行汽車更符合中國(guó)交通環(huán)境，垂直起飛對(duì)于飛行汽車在構(gòu)型技術(shù)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)、高效飛行技術(shù)、智能駕駛技術(shù)、智慧管控技術(shù)方面都提出了很高要求。以下是飛行汽車未來發(fā)展面臨的具體技術(shù)難題和相應(yīng)的解決方向[12]。

3.1.1 垂直起降與推進(jìn)時(shí)噪聲大且效能低

傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大，效率低下，而電動(dòng)機(jī)等新型推進(jìn)系統(tǒng)噪聲小、效率高，可以減少飛行汽車噪聲和環(huán)境污染。采用新型推進(jìn)系統(tǒng)，如電動(dòng)旋翼、氣墊推進(jìn)，可以減少飛行汽車的噪聲和振動(dòng)。

3.1.2 車身升阻比小

（1）優(yōu)化車身外形設(shè)計(jì)。通過采用優(yōu)化的車身外形設(shè)計(jì)，如采用流線型車身、翼型車身，可以降低車身風(fēng)阻、提高升阻比。

（2）采用輕量化材料。采用輕量化材料，如碳纖維、鋁合金，可以減輕車身質(zhì)量，提高飛行汽車機(jī)動(dòng)性和效率，進(jìn)一步提高升阻比。

（3）采用高效推進(jìn)系統(tǒng)。采用高效的推進(jìn)系統(tǒng)，如電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)、混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，可以提高飛行汽車飛行速度和效率，進(jìn)一步提高升阻比。

（4）采用飛行輔助技術(shù)。采用飛行輔助技術(shù)，如機(jī)翼展縮、氣動(dòng)布局變形等，可以在不同飛行階段采用不同的飛行方式，以進(jìn)一步提高升阻比。

3.1.3 底盤重、結(jié)構(gòu)碰撞安全性差

（1）優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)。采用合理的底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如框架式結(jié)構(gòu)、翼形底盤可以提高底盤剛度和強(qiáng)度，減輕底盤質(zhì)量，并增強(qiáng)碰撞安全性。

（2）加強(qiáng)底盤保護(hù)。采用合適的底盤保護(hù)裝置，如底盤護(hù)板、擋泥板，可以保護(hù)底盤免受撞擊和磨損。

（3）采用智能控制系統(tǒng)。采用智能控制系統(tǒng)，如圖像感知、智能決策、輔助飛行控制，可以減少飛行汽車碰撞風(fēng)險(xiǎn)，提高碰撞安全性。

3.1.4 低空飛行駕駛安全性問題

（1）加強(qiáng)駕駛員培訓(xùn)。飛行汽車需要特殊的駕駛技能，駕駛員需要接受專業(yè)培訓(xùn)，熟悉飛行汽車操作特點(diǎn)和安全知識(shí)，以提高駕駛安全性。

（2）采用智能輔助駕駛系統(tǒng)。飛行汽車采用智能輔助駕駛系統(tǒng)，如自動(dòng)駕駛、避障技術(shù)等，可以減少駕駛員的操作難度，提高駕駛安全性。

（3）加強(qiáng)低空飛行安全管理。加強(qiáng)低空飛行安全管理，制定相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范低空飛行的安全操作，提高駕駛員的意識(shí)和素質(zhì)，降低飛行事故發(fā)生率。

（4）加強(qiáng)飛行汽車的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。對(duì)飛行汽車進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)存在的安全隱患，確保飛行汽車安全運(yùn)行。

3.2 非技術(shù)方面的挑戰(zhàn)

3.2.1 社會(huì)接受度方面

飛行汽車技術(shù)是一項(xiàng)新穎、前沿的技術(shù)，公眾對(duì)其存在著諸多疑慮和不確定性。在一項(xiàng)關(guān)于飛行汽車乘坐偏好的調(diào)查中，只有21%受訪者表示，他們會(huì)覺得獨(dú)自乘坐自動(dòng)eVTOL車輛安全。而38%受訪者表示，他們會(huì)覺得與另一名不認(rèn)識(shí)的乘客在一起很安全[43]。因此，提高社會(huì)接受度是飛行汽車發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一。

3.2.2 飛行汽車行業(yè)配套方面

飛行汽車未來發(fā)展面臨行業(yè)配套挑戰(zhàn)，例如適航認(rèn)證、航線規(guī)劃、空中行駛規(guī)則、事故責(zé)任劃分、空中執(zhí)法手段等問題，這些都需要得到解決。此外，空中交通還需考慮基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)營(yíng)模式、經(jīng)濟(jì)成本和用戶體驗(yàn)。這些挑戰(zhàn)將對(duì)飛行汽車的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，需要不斷探索和解決[20]。

3.2.3 環(huán)境和能源方面

飛行汽車的發(fā)展需要消耗大量的能源，同時(shí)其排放也會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，特別是使用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行汽車。因此，需要在保證飛行汽車發(fā)展的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)純電動(dòng)技術(shù)的研究也是刻不容緩。

3.3 發(fā)展機(jī)遇

3.3.1 政策支持

政府對(duì)于新興技術(shù)的支持非常重要，飛行汽車作為一項(xiàng)承載大量新興技術(shù)的新型出行工具，得到了各國(guó)政府高度重視和投入。政府支持將為飛行汽車的發(fā)展提供巨大機(jī)遇。

2020年9月，由中央空管委批復(fù)《湖南省低空空域管理改革試點(diǎn)拓展實(shí)施方案》，湖南成為全國(guó)率先開展全域低空飛行試驗(yàn)的省份，為低空空域的運(yùn)行和管理等積累經(jīng)驗(yàn)，為在全國(guó)順利開展低空開放工作提供支撐。另外，江西，安徽等省也加入了國(guó)家低空改革試點(diǎn)省份行列[44]。

2022年3月29日，交通部、科技部聯(lián)合印發(fā)了《交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要（2021—2035年）》[45]，正式把飛行汽車研發(fā)列入規(guī)劃綱要中。從國(guó)家戰(zhàn)略層面部署飛行汽車研發(fā)，為打破飛行器和汽車技術(shù)壁壘、以及空中飛行和地面駕駛技術(shù)壁壘提供了戰(zhàn)略支撐[44]。

2022年10月20日，沃飛長(zhǎng)空的沃飛天馭取得了中國(guó)航空器擁有者及駕駛員協(xié)會(huì)傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)合格證的培訓(xùn)資格，成為該類無(wú)人航空器在國(guó)內(nèi)的第一家培訓(xùn)資質(zhì)授權(quán)單位。

3.3.2 市場(chǎng)需求

人們對(duì)交通出行的需求日益增加，特別是在交通擁堵和城市化進(jìn)程加快的背景下，飛行汽車將成為一種有市場(chǎng)需求的新型交通工具。預(yù)計(jì)未來幾年，飛行汽車市場(chǎng)規(guī)模將不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)需求將繼續(xù)增加。

3.3.3 技術(shù)進(jìn)步

飛行汽車所需要的核心技術(shù)正在不斷發(fā)展和完善，如人工智能、智能駕駛、航空技術(shù)等，這將為飛行汽車的發(fā)展提供更多的機(jī)遇。隨著技術(shù)的進(jìn)步，飛行汽車性能和功能將不斷提高和完善，進(jìn)一步滿足市場(chǎng)需求。

3.3.4 全球環(huán)境趨勢(shì)

在全球產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和“碳中和”的大背景下，飛行汽車研發(fā)和應(yīng)用是一項(xiàng)全新的領(lǐng)域，對(duì)于企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)來說，這是一次充滿商機(jī)的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。發(fā)展純電動(dòng)飛行汽車也能減少碳排放，早日達(dá)到“碳中和”目標(biāo)。

4 總結(jié)與展望

本文研究了飛行汽車的發(fā)展歷程，并闡述了具有代表性的飛行汽車基本情況。對(duì)飛行汽車的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了階段性的分析，并列舉了飛行汽車在物流和地震救災(zāi)場(chǎng)景案例，客觀分析了飛行汽車在新時(shí)期遇到的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

飛行汽車在低空領(lǐng)域應(yīng)用的設(shè)想能大大提高城市運(yùn)作效率，解決應(yīng)急救援和物流運(yùn)輸方面地面空間限制問題，是未來智慧交通系統(tǒng)的重要一環(huán)，符合全面可持續(xù)發(fā)展的理念。因此，飛行汽車的發(fā)展順應(yīng)新時(shí)代生態(tài)，需要在以下4個(gè)方面集中優(yōu)勢(shì)力量：

（1）技術(shù)創(chuàng)新與可靠性提升。飛行汽車需要解決一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，包括飛行控制、自動(dòng)化系統(tǒng)、垂直起降技術(shù)和能源系統(tǒng)。

（2）低空交通系統(tǒng)完善。飛行汽車涉及到空中交通管制、飛行規(guī)劃和通信系統(tǒng)諸多方面，需要確保飛行汽車安全和協(xié)同運(yùn)行。

（3）電動(dòng)化和可持續(xù)發(fā)展。飛行汽車的電動(dòng)化是一個(gè)重要的發(fā)展方向，以降低對(duì)環(huán)境影響并提供更高的能源利用率。電動(dòng)飛行汽車可以采用動(dòng)力電池、燃料電池或混合動(dòng)力系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更清潔、低碳的出行方式。

（4）商業(yè)化與市場(chǎng)推廣。飛行汽車商業(yè)化和市場(chǎng)推廣是實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。除了創(chuàng)新技術(shù)上的突破，還需要建立適應(yīng)飛行汽車發(fā)展的法規(guī)和政策框架，并促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。同時(shí)，教育和公眾意識(shí)的提高也對(duì)飛行汽車的市場(chǎng)接受度和推廣起著重要作用。

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（責(zé)任編輯 明慧）

【作者簡(jiǎn)介】

李松（1996—），女，重慶交通大學(xué)，碩士，研究方向?yàn)橹悄苘囕v運(yùn)動(dòng)控制。

E-mail：1223089711@qq.com