能否擁抱電動飛行 公務航空

王濟橋

在2019年的巴黎航展上，空客、波音、達索、GE航空、羅羅、賽峰和聯合技術這7家全球頂尖企業的首席技術官共同發布了推動航空業可持續發展的聲明，并承諾將合作研發全新的電動飛機和推進技術，加速推動航空業進入“第三時代”。而他們口中的“第三時代”指的是航空器繼活塞時代、渦輪時代后的電動時代。由此可見，如今全球航空業已處于電動飛機革命的風口浪尖。

但由于受到技術限制，短期內電動飛機大面積應用于商用航空領域還有一系列問題有待解決。然而，也有一些有識之士提出，在公務航空領域，電動飛機將有望率先實現應用。如果這一設想變為現實，那么電動飛機將有望使城市空中交通計劃從一個頗具前景的概念轉變為未來的空中高速公路。

電動飛機的研發熱潮

如今，航空業對于電動飛機的研發熱情是前所未有的。歐洲知名咨詢公司羅蘭貝格曾在一份市場調查報告中寫道：“電推進技術開啟了航空航天業新的創新時代，這是過去幾十年所未曾有過的景象?！?/p>

羅蘭貝格在一份調研報告中指出，目前全球共有200多個電動飛機項目正處于研發階段，其中超過一半是2017年以后開始的新項目。同時，這份報告還從使用模式、項目來源地、飛機動力源、推進類型和投資方等幾個角度對在研電動飛機項目進行了分析。

從使用模式來看，在研電動飛機項目的使用模式主要有城市空中出租車（UAM）、通用航空運輸和商用航空運輸這幾類，并且大多數電動飛機都在朝著通用航空或城市空中出租車方向發展。從項目來源地看，美國和歐洲依然是主要的市場。但需要特別指出的是，中國的億航電動垂直起降飛機、巴航工業和優步合作的電動垂直起降飛機也取得了不錯的成績。

從技術方面來看，大多數項目是全電動的，電池是唯一的動力來源，這類飛機的主要目標市場是通用航空市場和城市空中出租車市場。其他一些采用混合電推進技術的項目主要用于干線或支線飛機。

從項目投資方來看，在研項目中，約有60%的項目是由初創公司和一些獨立人士投資的;30%由傳統航空企業投資，其中波音、空客這樣的行業巨頭又占據了近一半的份額;剩下10%的項目由科研院所、政府等投資。從這組數據中不難看出，相比傳統的航空企業，那些更具創新精神的初創公司對于電動飛機更具研發熱情。

一些頗有成效的研究

盡管目前電動飛機的研發如火如荼，但真正取得實質性研發成果的項目并不多，空客伐訶那（Vahana）驗證機就是其中一個。

伐訶那項目是空客位于硅谷的A3研發中心開發的一款單座、自動駕駛電動垂直起降（eVTOL）驗證機，該機寬6.2米、長5.7米、高2.8米，重745千克，計劃于今年推出量產版。

伐訶那驗證機擁有兩組傾轉機翼，每組機翼上裝載有4個45千瓦的電機，配裝3槳葉的螺旋槳。該機于2018年1月31日成功完成首次懸停飛行測試，9月開展懸停-巡航轉換飛行試驗。2019年5月3日，伐訶那驗證機在第58次飛行測試中完成了首次垂直和前向飛行之間完整過渡;2019年6月，伐訶那驗證機在巴黎航展進行了展示;2019年11月14日完成了第138次飛行測試后，項目結束。

作為空客進軍UAM市場的第一款驗證機，空客通過伐訶那項目成功實現了全電動垂直起降飛行和自主飛行，并加深了對eVTOL商業模式的理解，為空客繼續深耕UAM市場奠定了良好的基礎，同時也給其他相關方提供了有益的借鑒。

在空客之外，喬比航空也被業界公認為電動飛機研發領域最具潛力的企業。前不久，該公司剛剛公布了首款5座eVTOL的研發進展。

喬比航空2009年成立于美國加州，與許多初創公司的高調不同，喬比航空一直頗為低調。今年1月，喬比航空在公司官網上發布了一款名為S4的飛機的外觀圖。

事實上，在2015年，喬比公司就已經進行了700次以上的縮比模型試飛，2017年開展了200次以上的第一代全尺寸原型機試飛，實現了超過15分鐘、24.1公里的遠程遙控飛行測試，2019年開展了第二代全尺寸原型機試飛。通過多年的技術積累，喬比航空目前已經明確了第一款量產型eVTOL將采用分布式電推進加傾轉旋翼的布局。

喬比航空近期發布的S4機長6.4米，翼展11.6米，機身采用復合材料和前三點式起落架，能夠在儀表或可視飛行規則下全天候飛行。S4的最大航程可達278公里，巡航速度為242公里/小時。

從已經公布的信息中可知，S4具備幾個非常重要的特質。首先，也是最為重要的，是高安全性設計。S4采用了動力和控制冗余安全設計，從而能夠很好地確保安全，這也是城市空運飛行器的基本要求。此外，靜音設計也是S4的一個亮點。低噪聲是eVTOL的關鍵指標，S4的設計噪聲比直升機低100倍。

在適航取證方面，喬比航空也在進行創新探索。與大多數的eVTOL一樣，S4介于美國聯邦航空管理局（FAA）FAR-23部和FAR-27部規章之間，動力和螺旋槳也必須符合FAR-33部和FAR-35部規章的要求。為此，喬比航空正在與FAA合作編制S4的表明符合性方法，目前相關工作已經完成了70%～80%，其中結構、機械和飛控部分已完成了50%。喬比航空表示，未來S4的適航審定將包括機體和電驅動部門在內，但是頒發的型號合格證將只有一個，并不會針對電驅動系統單獨頒發型號合格證。

能否在公務航空領域率先應用

相比全電推進或混合電推進技術在支線和干線飛機上的使用還有很多技術問題有待解決，eVTOL這類飛行器的商業化應用的難度要相對低一些。

從推進系統來看，采用鋰離子技術的電池、氫燃料電池和混合動力充電技術，可以為飛機提供數小時的飛行動力。電機技術方面也已經有了長足的進步，已有的電池和電機相配合，可以高效轉化為大扭矩、旋翼產生的升力，同時多旋翼的設計也為飛行提供了必要的安全性和更好的飛行性能。此外，諸如復合材料這類的新材料已經開始被應用于電動垂直起降飛行器上，這種新材料的應用可以幫助研制企業不斷優化氣動外形設計，為飛行器提供更大的自由度，且需要的維護更少，進一步提高安全運行水平。與此同時，更先進的航空電子設備也已經開始被應用于電動垂直起降飛行器上，從而幫助飛行員更安全地駕駛飛行器。

正因為技術的不斷進步和發展，業界認為，未來如果電動垂直起降飛機投入市場，那么城市空中交通（UAM）將有望成為現有交通系統中越來越重要的組成部分，尤其將對公務航空產生深遠的影響。

首先，從市場的角度來看，城市空運和區域空中交通（RAM）可滿足商務出行的需要。對于公務機運營商來說，適當地在現有公務機機隊中加入電動垂直起降飛機這類的新型飛機，就能夠解決商務旅客“最后一英里”或“門對門”服務的問題。而對于運營商來說，這類飛機所占的基礎設施空間很小，大多數此類飛機都可以停放在兩條車道上。

其次，對于公務機運營商來說，電動垂直起降飛行器可以直接使用大部分現有的直升機機場。當前很多直升機場具有運營證書和空域使用權，可以立即開始部署eVTOL飛機，這意味著那些公務機用戶可以非常便捷地到達世界上大多數地方。當然，也有一些直升機機場需要改造后才能使用，如增加充電站、混合動力飛機加油站、乘客候機室和其他設施，但改造成本并不會很高。

此外，當地政府可能會修改一些法規，正在使用的直升機機場可能會增加和過渡到使用eVTOL飛機，而那些未使用的直升機機場，也會因使用UAM而獲得經修訂的運營證書和空域權。對于采用eVTOL飛機的公務航空旅行而言，大多數機場已經具有直升機起降設施，可以很容易地對其進行改造以支持UAM。運營良好的機場將UAM與常規機場運營融合在一起，還可以最大程度地發揮其設施的實用性和便利性。

第三，與傳統飛行器相比，垂直起降飛行器的噪聲更小。最近的噪聲特征測試表明，兩座的電動飛機在250英尺的高度懸停時產生的噪聲低于65分貝，在1500英尺高度時產生的噪聲低于35分貝，明顯低于現有的商用旋翼飛機。

第四，電動飛機的航程比較適中。電動飛行可用于執行從10英里到200英里不等航程的各種任務。這一特點十分適合于商務人士解決地面交通擁堵的問題。

第五，相比傳統的飛行器，這類電動飛機具有綠色足跡。全電動或氫/電動飛機的排放量甚至為零，這在航空業日益關注綠色環保的當下，是一個十分重要的優勢。

從具體市場開拓的角度來看，電動垂直起降飛機也大有可為。

首先，這類飛機可以為客戶提供非常便捷的穿梭服務。正如上文所說，對于公務機運營商而言，使用eVTOL飛機或服務能解決“最后一英里”或“門對門”的問題，改變短程航空運輸的潛力。此外，還可以吸引一些企業以包機的形式，將垂直起降飛機用于日常往返服務。

其次，是按需空中出租車服務。在大城市，地面交通擁堵的問題十分常見。正如那些摩天大樓能夠更有效地使用有限的土地資源一樣，城市空運也將利用三維空間來緩解地面交通擁堵問題。因此，公務機運營商就可以將垂直起降飛機作為空中出租車使用，用戶通過呼叫“空中出租車”的方式來進行預訂。

第三，是區域空中交通服務。研究發現，使用UAM進行短途區域間旅行（例如，雷斯頓、弗吉尼亞州到偏遠的巴爾的摩地區的直升機場，或者洛杉磯市中心的直升機場到圣地亞哥郊區的直升機場）是十分有意義的。使用eVTOL進行區域航空運輸將可能顛覆當今的商業航空運輸模式。事實上，未來像喬比航空這樣的初創公司所推出的產品很有可能徹底顛覆人們的出行方式。

當然，任何事都有兩面性。盡管eVTOL的應用可以帶來很多好處，但也有一些問題有待解決。如監管方和運營方如何盡快熟悉這類新產品，確保其運營的安全性？如何為這種新型交通工具開發安全、可靠的基礎設施？目前，美國國家公務航空協會（NBAA）和一些其他相關行業組織正在制定相應的規章。盡管距離大范圍使用eVTOL還有時日，但毋庸置疑，城市空運將對公務航空的未來產生深遠影響。