航空觀察：城市空中交通市場和電動垂直起降對旋翼機市場的影響

徐德康/國際航空

今年，在美國拉斯維加斯舉行的國際直升機博覽會上（Heli-Expo 2018），城市空中交通市場和電動垂直起降（eVTOL）的飛行器成為熱點話題。

近一兩年來，幾乎每個月都有新的製造商進入這一領域。eVTOL飛行器對未來直升機市場帶來潛在的威脅嗎？

各色創意滿分的 eVTOL方案

早在2016年美國優步公司 （Uber）就開始致力於發展城市飛行器，與飛機製造商合作開始研製多種eVTOL 飛行器。此後，行業內外對eVTOL飛行器的興趣越來越濃厚，目前，有50多種各類布局的 eVTOL飛行器概念正在研製之中。

上圖為空客A3公司 研製的「伐河納」（Vahana），採用了可傾轉式涵道風扇布局。空客公司已經於1月31日開始在美國俄勒岡州試飛 單座的「伐河納」eVTOL飛機

新穎的自行車/座椅式eVTOL概念：如上圖雛鷹公司（Kitty Hawk） 的 「 飛 鳥 」 電 動 飛 行 車 （Flyer）。該飛行器外形類似 於摩托車，安裝有8個旋翼， 重量為100kg，飛行速度達 40km/h，可以從水面垂直 起飛，不需要跑道支持

採用純旋翼布局的方案：如上圖德國Volocopter公司的VC200。VC200是一款超輕型兩座飛行器，16個螺旋槳採用純電力驅動，與普通直升機一樣可垂直起降， 即使部分驅動系統發生故 障，仍可安全降落

上圖是空客直升機公司的「城市空中客車」 4座eVTOL方案。空客公司聲稱在年底前要進行4座 eVTOL「城市空中客車」（City Airbus）驗證機的首次試飛

未來eVTOL對旋翼機市場的影響

相比直升機， eVTOL確有較大的應用便利和經濟性優勢。

波音公司的調查結果顯示，4座eVTOL 飛行器的每座千米使用成本比R44輕型直升機的使用成本要低26％。喬比公司也進行了比較，例如，S2的標價和能量成本（Energycost） 分別為20萬美元及0.05美元，而R22直升機分別為29萬美元和0.53美元 ；混合動力的S4飛機飛行40km的距離只需要消耗2美元的燃油， 而輕型直升機飛行同樣距離卻需要消耗40美元燃油。優步公司也預測，城市飛行器的運營成本僅為渦槳直升機 的1/3。

喬比公司的S2飛機

然而，大多數旋翼機製造商和運營商都對eVTOL表示歡迎而非恐懼的態度，認為eVTOL和傳統旋翼機將是互補而非競爭的關係。

羅賓遜公司認為，未來直升機主要用於完成更長距離的飛行，特別是兩個城市之間的飛行，而eVTOL 主要是在城市內建立起降網路，主要用於短航段的飛行， 適用於將旅客從城市內的一個起降點送到臨近的直升機機場。

羅賓遜R22直升機

另外，eVTOL飛行器更具成本效益優勢且更安靜， 更適合在城市內飛行。所以未來eVTOL平台和直升機必將並肩提供服務，未來城市飛行器可能有30％的用途是輸送零散乘客到機場。

貝爾在Heli-Expo展覽會上展示了他們研發的 eVTOL城市空中飛行器客艙全尺寸概念模型，客艙可以容納4位乘客，還有包括各種電子連接埠，預計將在2020年開始提供服務。

貝爾公司展示的城市空中計程車客艙全尺寸模型

貝爾公司首席執行官米奇·斯奈德表示，未來的eVTOL不僅能夠滿足安全、高效和安靜的要求，並且可以搭載4名乘客，而且能勝任現在輕型直升機所承擔的短程飛行任務，所以兩種交通工具可以彼此形成補充。

電池技術： eVTOL飛行器投入實用的關鍵

電池和感測器技術是城市飛行器應用的關鍵，特別是在電池的能量密度、充電時間、 循環壽命、安全性等性能方面，其中能量密度更是直接決定了eVTOL在空中飛行的時間，也關係到eVTOL飛機尺寸的大小。

目前，業內對於能支持全電動eVTOL的電池技術在時間尺度上存在一定分歧。

賽峰集團執行副總裁認為：

未來20年內能支持eVTOL飛行超過30 min、載荷超過100 kg的全電動架構還無法出現，並認為在相當一段時間內可能還要依賴於燃油發動機驅動發電機的混合動力推進系統。

羅羅公司則樂觀些，認為從需求角度來看，全電驅動的小型eVTOL推進系統比較容易實現，例如，現在已經出現了可以使 eVTOL運載2 ～ 3人、能飛行3～ 4h的電池組。

波音公司的一項研究表明，電池能量密度如果能達到400W·h/kg，就能用於很多在研的小型eVTOL飛機，但是要生產這種能量密度的電池顯然已超出了現有的技術水平，所以目前在研的eVTOL飛機的電池能量密度基本都限定在250W·h/kg量級。

目前優步公司正與美國充電樁公司（ChargePoint） 合作研製充電速率為400kW/h的eVTOL充電樁，可用於垂直起降機場， 以提高eVTOL飛機的利用率、 降低eVTOL飛 機的使用成本。

優步公司還制定了長期目標，到2028年電池的使用壽命為1000次循環、到 2032年為2000次循環，而到 2030年要將電池的成本降到 200美元/(kW·h)。 為了能在優步公司設定的時間框架內達到能量密度的目標，眾多電池廠商開始使用新的化學物質研製電 池，如美國Seeo電池公司正在試驗能量密度達350W· h/kg的鋰聚合物電池，最終目標是研製出能量密度達到400W·h/kg級別的電池。

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