清华张扬军教授：飞行汽车应先载物再载人

2021-07-28 11:52:30　来源: 5G访谈 举报 分享至 分享至好友和朋友圈 《新基建访谈》是网易科技推出的重磅访谈栏目，邀请中外院士、顶级科学家、顶级企业家和投资人一起，共同探讨新基建的未来趋势以及数字经济的发展态势。历经两年发展，新基建访谈已经成为该领域的王牌栏目，迄今超过30多名院士、企业家参与访谈。 核心提示 01 飞行汽车应先载物再载人。 02 未来所有汽车将飞起来，到2050年左右实现立体智慧出行。 03 飞行汽车是发展新能源航空的重要抓手和突破口。 04 飞行汽车未来应满足 “高”、“低”、“大”等基本性能要求。 05 飞行汽车是汽车与航空电动化、智能化跨界融合的结合点和创新载体，将引领汽车和航空新发展。 出品|《新基建访谈》 采访|丁广胜 整理|园园 高安全、高能效、低噪声、低成本，是飞行汽车的主要议题和未来发展关键。 本次网易科技《新基建访谈》就飞行汽车发展和关键技术的话题采访了张扬军教授，与他进行了一次深入的交流。张扬军是清华大学车辆与运载学院教授，教育部长江学者特聘教授，清华大学特种车辆与动力研究所所长，汽车安全与节能国家重点实验室常务副主任，清华大学通用航空技术研究中心主任，中国空天动力联合会新型能源动力专委会主任。张扬军教授因飞行汽车的相关研究工作获2019年度莱特兄弟奖章，为该奖章自1927年设立以来中国首位获得者。 飞行汽车作为面向城市空中交通和未来立体智慧出行的交通运输工具，在张扬军教授看来，其发展有两个核心推动力，第一个是从根本上解决城市地面交通拥堵的需求牵引；第二个是新能源汽车技术发展的推动──车辆电动化和智能化技术水平的提高为飞行汽车发展奠定技术和产业基础。 在需求侧，解决城市地面交通拥堵问题是飞行汽车的历史使命，也意味着其中孕育了巨大的商业市场。在技术侧，新能源汽车发展极大的推动了车辆电动化技术水平并降低了成本，使飞行汽车发展有了产业基础。 张扬军教授认为，未来所有汽车都将飞起来，高安全、低噪声、高效率是前提。直升机的经济性难以满足大规模使用对交通工具成本的控制要求。飞行汽车规模化发展必须要实现低成本，所以它的生产和供应链要充分利用汽车行业。 据张扬军教授预测，2020-2030年，飞行汽车将开启城市空中交通时代；2030-2050年，逐渐进入飞行汽车商业化运营时代；2050年后，将实现城市立体智慧交通，飞行汽车兼具空中飞行与地面行驶的功能。 “安全”是交通工具发展的首要前提，安全也是访谈中被张扬军教授提及最多的词汇。“飞行汽车发展面临最大的挑战在于低空复杂瞬变气象环境对飞行安全性的影响。要解决这个问题首要就是实现对低空气象环境信息的感知，而这个“感知”比汽车对交通流的感知难得多，数据量也大得多。” 张扬军教授告诉《新基建访谈》，飞行汽车性能主要涉及垂直起降平台构型、低空飞行智能驾驶、新能源动力推进等三大技术领域。新能源动力功重比低和安全性问题，是当前飞行汽车性能研发面临的最主要问题和技术挑战。 张扬军教授还在访谈中指出：“在飞行汽车发展初期，较好的应用场景是物流运输，为载人运输打好基础”。 以下为张扬军教授第一人称讲述： 1、什么是飞行汽车 飞行汽车的传统概念是汽车“飞”起来，现代飞行汽车的概念拓展为面向城市空中交通和未来立体智慧出行的交通运输工具，且面向城市空中交通的电动垂直起降飞行器eVTOL将是飞行汽车发展的一个重要阶段。 从历史起源来说，1886年人类有了汽车，1903年莱特兄弟飞机上天。基于汽车活塞发动机，我们实现了人类飞行的梦想。自从有了汽车和飞机以来，其实人们就开始探索把汽车和飞机结合起来。1917年在北美航空展上，出现把机翼和汽车车体结合起来的尝试，我们一般称其为飞行汽车历史上的第一步。 如今，汽车电动化、智能化技术的发展，为航空电动化和智能化技术的发展奠定了较好的基础，导致航空飞行器设计正在发生革命性的变化。基于电动化技术的垂直起降飞行器eVTOL可以实现分布式推进，大幅提高安全性、有效降低噪声和成本；而智能化技术的应用不仅可提高eVTOL的安全性，更是有效降低了eVTOL规模化、大众化应用的飞行驾驶瓶颈和障碍。 因此说飞行汽车是航空与汽车跨界融合发展的结合点，是航空技术电动化、智能化的必然发展，未来还将空地一体化。有很多人说当前面向城市空中交通的eVTOL并不具备地面行驶属性，为什么还称为飞行汽车？！我个人认为，这主要是基于两个原因：第一个原因是从城市空中交通的规模来说，将比传统通用航空的规模大1到2个数量级，称“飞行汽车”可以让人们将其与传统通用航空的规模区分，体现“新通航”的大规模业态优势；第二个原因是从城市空中交通的发展看，城市空中交通未来还将与地面交通融为一体实现立体智慧出行，也就是未来的eVTOL还将具有地面行驶功能，现在的eVTOL飞行汽车是未来飞行汽车发展的一个重要历史阶段。未来飞行汽车的地面行驶属性必将得到实现和强化，人类将在全新的智慧出行交通体系下重新回归和实现关于汽车“飞”起来的梦想。 从汽车的发展来看，汽车电动化、智能化以后下一个台阶是什么？是陆空一体化，即未来的汽车将“飞”起来。我们正在跨进电动汽车的时代，即将迎来智能汽车的时代，陆空一体的飞行汽车时代将是汽车电动化、智能化之后的一个必然发展结果。 飞行汽车是汽车与航空电动化、智能化跨界融合的结合点和创新载体，将引领汽车和航空新发展。 2、安全问题重中之重 飞行汽车作为面向城市空中交通和未来立体智慧出行的交通运输工具，应满足 “高”（高安全、高效率）、“低”（低噪声、低成本）、“大”（大载荷、大规模）等三大基本性能要求。 飞行汽车性能主要涉及垂直起降平台构型、低空飞行智能驾驶、新能源动力推进等三大技术领域。目前有关飞行汽车性能的技术研究，主要集中在垂直起降平台构型和低空飞行智能驾驶这两大技术领域，专门针对飞行汽车新能源动力的研究较少，主要是基于现有汽车新能源动力技术和产品进行选型、系统集成和应用。 新能源动力功重比低导致飞行汽车有效载荷低、航程短，飞行汽车采用新能源动力还将带来电安全、热安全、氢安全等新的航空安全性问题。新能源动力功重比低和安全性问题，是当前飞行汽车性能研发面临的最主要问题和技术挑战。 飞行汽车的安全性，是一个极其重要的问题，也是我们最关心的问题。不同于电动汽车，飞行汽车对电池和电机有更高的可靠性与安全性要求。目前大家可能比较关注的是电动化系统功重比低，导致飞行汽车载荷低、航程短，但安全性问题更重要。由于电动化对于航空来说是一个全新的领域，目前应该说关于电机、电池等关键部件以及电动化系统的安全性设计和适航性研究非常欠缺，现有的电动化系统要达到航规级的安全性要求，还需要做大量的工作。 我在各个场合都强调飞行汽车必须要高安全，低空飞行安全性是飞行汽车性能的核心，就像智能汽车有潜力减少汽车事故一样，低空飞行智能驾驶技术将有效提高飞行汽车的安全性。优步发布的《城市空中交通白皮书》 认为飞行汽车将比传统汽车更安全，通用飞机每乘客公里死亡人数即致死率是私人驾驶车辆的2倍，而飞行汽车通过分布式推进和辅助智能驾驶，可将该比率至少降至通用飞机的1/4，即飞行汽车的安全性可提高至私人驾驶车辆的2倍。 飞行汽车在起降时会接近地面、建筑物和人员，虽可能有空域限制并需注意其他飞行汽车或低空飞行器，但总体上飞行汽车低空飞行智能驾驶技术所面临的障碍环境没有地面行驶汽车复杂，然而气象环境会严重影响低空飞行的安全性。与智能汽车无人驾驶技术相同，飞行汽车低空飞行智能驾驶功能主要包括感知、决策和控制3个部分。对低空气象环境的感知、决策与控制以及在遇到不确定情况或错误时，飞行汽车无法像地面行驶汽车一样停在路边，必须提供短期恢复模式确保安全降落停靠，这是飞行汽车低空智能驾驶技术面临的最主要挑战。 飞行汽车要进入城市，并实现规模化应用，除安全以外的另一个重要前提就是要低噪声。第三是要高效率，效率高才能满足大众出行的经济性要求。最后就是要低成本，规模化的交通工具一定要实现低成本。依托汽车工业的技术基础、设计思路和供应链，将有效降低飞行汽车的制造和使用成本。 3、现在的关键不是载人而是物流 我们说飞行汽车作为面向城市空中交通的新型交通工具，目前进入了一个新的发展阶段。但总体来说，飞行汽车的发展，目前还处从研究探索走向商业化应用的早期阶段。飞行汽车作为一种新型交通工具投入使用，涉及飞行汽车设计制造、适航认证、城市管理和低空空域管理等多个方面，需要研究和制定相应的法规标准和监管体系。 飞行汽车的发展需要建立相应的生态，怎么建立飞行汽车发展应用的生态？我个人认为在目前还面临规则等许多瓶颈的情况下，飞行汽车的应用应该先载物后载人。物流是飞行汽车当前示范应用的最佳场景，既可以实现大规模应用，同时对安全性等的要求相对较低。物流应用过程中积累的数据和经验将为飞行汽车提高安全性提供重要的基础。载人示范应用，先从应急救援等专业特种领域开始，然后走向大众运输领域，可能是一个比较合适的载人示范应用途径。 4、关于未来飞行汽车的发展和畅想 20世纪以来的百年多飞行汽车实践探索，通过汽车与飞机的结合，设计同时具备地面行驶和空中飞行功能的汽车，这个阶段让汽车“飞”起来主要是基于人类飞行梦想的激励。 进入21世纪，交通拥堵成为各大城市普遍面临的难题。传统的建高架路和地下隧道等举措，已难以有效解决城市拥堵的交通流网络化效应问题，迫切需要利用城市三维空域来缓解地面交通拥堵问题，而电动推进、智能驾驶和通信网络技术的发展，为发展城市空中交通奠定了较好的技术基础。飞行汽车作为面向城市空中交通的新型交通工具，也由最初个人梦想家的小范围实践，发展到受航空和汽车两大领域重视，并被资本市场和新兴科技公司关注的热点。飞行汽车同时也是发展新能源航空的重要抓手和突破口。 飞行汽车近期重点为空中交通商业示范运行，预计2030年左右我们将迎来城市空中交通时代。这个时期的技术和应用场景更优先支持飞行汽车的空中飞行功能属性、突出飞行模式优势。随着汽车和航空电动化、智能化技术的跨界渗透与融合发展，智能交通设施的不断发展和完善，未来飞行汽车的地面行驶功能属性必将得到实现和强化。未来所有汽车将飞起来，到2050年左右实现立体智慧出行。人类将在全新的智慧出行交通体系下重新回归和实现关于汽车“飞”起来的梦想。 (完） 延伸阅读