小型空中出租車——通常稱為垂直起降飛機(jī) (VTOL)——幾十年來(lái)一直在夢(mèng)想和愿望清單上。它們?cè)?1960 年代的動(dòng)畫(huà)電視連續(xù)劇《杰森一家》中廣為人知，該劇僅播出了幾年，卻吸引了一批忠實(shí)的追隨者，此后一直在重播。Jetson 一家可以乘坐名為 Space Car 的私人空中出租車從一個(gè)地方跳到另一個(gè)地方，它的燃料和動(dòng)力裝置細(xì)節(jié)從未明確，但這并不重要。

快進(jìn)到 21世紀(jì)，VTOL 的夢(mèng)想在明確定義的推進(jìn)方式(即可充電電池和電動(dòng)機(jī))下非常活躍。大約有十幾家公司正在進(jìn)行設(shè)計(jì)，它們的階段從粗略的原型到準(zhǔn)備測(cè)試和認(rèn)證的單元(這是一個(gè)非常大的考慮因素)。電源的來(lái)源和使用是其設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的主要因素。

傳統(tǒng)的氣動(dòng)小型直升機(jī)使用單個(gè)主旋翼、一個(gè)小型尾旋翼，并且通常使用某種前推力發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于這些 VTOL，使用由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電池和轉(zhuǎn)子(風(fēng)扇)使這些設(shè)計(jì)在布置這些元件方面具有相當(dāng)大的自由度，這反映在正在開(kāi)發(fā)的單元中。一些設(shè)計(jì)使用較少的較大風(fēng)扇，而另一些則使用大量較小的風(fēng)扇。

哪種方法“更好”?這是經(jīng)典的工程權(quán)衡方案，每種安排在效率、起重能力、容量等因素方面都有利有弊。沒(méi)有最佳答案，就像大多數(shù)復(fù)雜和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)一樣。這些權(quán)衡必須在 VTOL 目標(biāo)的范圍內(nèi)進(jìn)行探索，包括航程、乘客數(shù)量(2?4?6?)和巡航速度。

我一直關(guān)注這些電動(dòng) VTOL (EVTOL) 作為多方面復(fù)雜設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的示例，但我發(fā)現(xiàn)的大部分材料都沒(méi)有幫助。有通常“喘不過(guò)氣來(lái)”的文章說(shuō)這些即將到來(lái)，我們的生活將永遠(yuǎn)改變;有一些不錯(cuò)的概述，但缺乏數(shù)字和分析;有一些作者持懷疑態(tài)度并提供了充分的理由進(jìn)行分析。

幸運(yùn)的是，我在可靠的出版物中看到了一篇技術(shù)重點(diǎn)突出的三頁(yè)文章和兩頁(yè)補(bǔ)充，該文章對(duì)關(guān)鍵因素以及它們?nèi)绾闻c各種 EVTOL 可能性進(jìn)行交互提供了深入的了解。首先，它概述了三種基本設(shè)計(jì)：1)分布在飛機(jī)上的多個(gè)旋翼;2)升力加巡航，一組旋翼用于垂直飛行，另一組用于巡航;3) 矢量推力，其中飛機(jī)的電機(jī)子系統(tǒng)用于垂直和水平飛行。

文章還定義和分析了起飛和飛行的關(guān)鍵參數(shù)和品質(zhì)因數(shù)，并解釋了這些參數(shù)如何影響所需的電池能量和功率。其中的因素是“盤(pán)負(fù)載”，即最大起飛質(zhì)量與總轉(zhuǎn)子盤(pán)面積(千克/平方米)的比率，而水平飛行功率要求受“升阻比”的影響。還有比能量 (W-hr/kg) 和比功率 (kW/kg) 要求，它們表征了垂直起飛所需的能量爆發(fā)。另一個(gè)明顯的因素是能源效率，定義為每單位承載的單位有效載荷的單位距離的能源消耗。

為了使他們的項(xiàng)目“真實(shí)”，研究人員查看了五個(gè)正在開(kāi)發(fā)的具有不同安排和能力的特定 EVTOL，以便很好地了解潛在性能和所需資源的分布。這是一個(gè)復(fù)雜的情況，許多因素和自由度之間存在許多相互作用。

好消息和壞消息是，研究人員得出的結(jié)論是，所需的電池技術(shù)還沒(méi)有完全成熟，但對(duì)于一些性能要求嚴(yán)格受限的 EVTOL 設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)接近了。對(duì)于其他人來(lái)說(shuō)，這要遠(yuǎn)得多。我懷疑本研究中引用的初創(chuàng)企業(yè)會(huì)有不同的評(píng)估。

即使 EVTOL 的純工程問(wèn)題得到了解決——而且我不會(huì)在這里做出任何預(yù)測(cè)——它們的真正問(wèn)題可能在地面上。《華爾街日?qǐng)?bào)》的一篇富有洞察力的文章闡述了所謂的“垂直機(jī)場(chǎng)”的選址和運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，這些“垂直機(jī)場(chǎng)”必須提供充電、基本維護(hù)、地面處理、乘客開(kāi)/關(guān)路徑等。

說(shuō)您只需在大后院、辦公園區(qū)甚至屋頂起飛/降落這些設(shè)備很容易但過(guò)于簡(jiǎn)單，但是還有許多實(shí)際的“地面”問(wèn)題必須得到承認(rèn)、解決和解決，此外到監(jiān)管部門(mén)的批準(zhǔn)。構(gòu)建處理 VTOL 的基礎(chǔ)設(shè)施并非易事，尤其是在每個(gè)模型都有不同的安排和地面要求的情況下。

您對(duì) EVTOL 有何看法?即將到來(lái)，還是他們總是“即將到來(lái)”?他們的成功或失敗是由于電池技術(shù)還是“世俗”的垂直機(jī)場(chǎng)考慮?