飞行汽车发展的战略意义与未来愿景

文/张扬军

（作者张扬军为清华大学车辆与运载学院教授、中国通用航空产业创新联盟副理事长）

飞行汽车是指面向低空智能交通和立体智慧交通的载运工具，主要包括电动垂直起降航空器（eVTOL）和陆空两栖汽车两大类型。飞行汽车将开启低空物流和出行的低空智能交通新时代，是汽车电动化智能化之后的必然发展，是对经济社会具有全局带动和重大影响作用的未来产业。

飞行汽车发展的战略意义

1.飞行汽车将开启低空智能交通新时代，是航空电动化绿色化发展的突破口和重要抓手。

高升力构型、轻质结构、高适应性的智能化陆空两栖平台技术，是飞行汽车平台技术的研究重点和主要发展方向（供图/时的科技）

大众化的载物载人eVTOL 是当前飞行汽车研发的主流。自汽车和飞机问世以来，人们就一直探索将二者结合起来，设计同时具备地面行驶和空中飞行功能的汽车。传统汽车和飞机结合的飞行汽车，结构复杂、使用场景受限，主要是飞行梦想家的小范围实践。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，促使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，大幅提高安全冗余度、有效降低噪声和成本；而智能化技术的应用将突破飞行器规模化和大众化应用的驾驶瓶颈，并有效避免人工驾驶导致的安全性问题。载物载人eVTOL 成为航空业大众化的重大历史机遇，将和汽车一样成为具有大众化属性的交通载运工具。飞行汽车的概念内涵也拓展到载物载人eVTOL 或陆空两栖汽车。大众化的载物载人eVTOL 是当前飞行汽车研发的主流，不仅受到航空和汽车两大领域的重视，且成为新兴科技公司研究和资本追逐的热点。

飞行汽车将开启低空智能交通新时代。美国优步（Uber）公司于 2016 年发布了《快速飞入城市空中交通白皮书》，指出正如摩天大楼可以更有效利用有限的城市土地一样，城市空中交通将利用三维空域缓解地面的交通拥堵。我国实施乡村振兴战略，低空物流被认为是打通农产品上行和工业品下行双向通道的有效措施之一。包含城市空中交通和城乡空中交通的低空智能交通概念也随之应运而生。随着“十四五”通航发展规划陆续出台，促进通航发展的政策举措力度不断加大，国内通航基础设施建设稳步推进，通航运营环境持续改善，低空空域管理改革试点成效显著，通用航空生态体系初步形成。低空载物和载人eVTOL 飞行汽车将开启低空智能交通新时代。低空智能交通的规模将比传统通用航空大1 到2 个数量级，体现出“新通航”的大规模业态优势，将成为低空经济科技革命和产业变革的引领者。

飞行汽车是航空电动化绿色化发展的突破口和重要抓手。如今，电动航空被称为“第三次航空技术革命”，成为航空技术和产业的革新方向。回顾航空发展史，莱特兄弟发明的活塞动力飞机上天，实现了航空器的有动力飞行，被称为“第一次航空技术革命”，标志着人类进入航空时代。二战时期喷气式动力飞机的出现，实现了航空器的高速飞行，被称为“第二次航空技术革命”。电动航空器的出现开启了航空领域新一轮创新与变革热潮，是航空业绿色化发展、应对全球环境挑战的重要举措，也是国际航空科技竞争的制高点。电动航空器的动力系统可分为百千瓦级、兆瓦级和十兆瓦级等功率等级。百千瓦级至兆瓦级的飞行汽车航空电动化动力技术创新与应用，将为十兆瓦级乃至更大功率等级的航空电动化动力系统发展奠定重要基础。

2.飞行汽车是汽车电动化智能化之后的必然发展，路空一体的立体交通时代将颠覆人类出行方式。

地面智能交通与低空智能交通将跨界渗透和融合发展，未来的汽车将“飞”起来。当前人类正在跨入电动汽车时代。我国新能源汽车发展取得了巨大成就，中国成为全球最大的电动汽车市场，电动乘用车累计销量占全球45%，电动公交和电动卡车销量更是占到全球的90%以上，是世界汽车发展转型的重要力量之一。人类即将迎来智能汽车的时代。汽车一直是新技术应用的重要载体，随着信息通信、互联网、大数据、云计算、人工智能等新技术在汽车领域广泛应用，汽车正由人工操控的机械产品加速向智能化系统控制的智能产品转变。预计将在2030 年代迎来地面智能交通时代。目前飞行汽车的技术和应用场景更优先支持eVTOL的空中飞行功能属性、突出飞行模式优势。随着智能交通技术和设施的不断发展，地面智能交通和低空智能交通将跨界渗透和融合发展，eVTOL 的垂直起降和空中飞行功能必将在智能汽车上得到实现和强化，使其逐渐发展为陆空两栖飞行汽车，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。

陆空两栖飞行汽车是汽车电动化智能化之后的必然发展，是未来汽车科技的竞争前沿。由于技术上可行、需求客观存在，且在交通便捷性方面具有不可替代性，立体化的陆空两栖汽车将是汽车未来的必然发展。第一，技术上可行。电动化智能化技术的发展，将突破让汽车飞起来的电动垂直起降和空中智能无人驾驶等eVTOL 核心关键技术，让汽车“飞起来”在技术上完全可行。另外，电动化智能化技术的发展，使飞行汽车作为未来立体交通的大众化载运工具在技术上成为可能。第二，需求客观存在。交通拥堵是人类城市化发展面临的最大瓶颈，传统的修路、架桥和隧道等，不能有效解决交通的网络流效应问题；飞行汽车将道路从地面拓展到低空，可有效解决交通拥堵问题。第三，具有不可替代性。人类总是在不断追求便捷性，飞行汽车能够更方便快捷地实现陆空交通的快速切换，相较于传统的地面和空中交通工具换乘，在交通便捷性方面具有不可替代性。飞行汽车已成为汽车发展的战略方向，是未来汽车科技的竞争前沿，代表了交通领域新一轮科技革命和产业变革的发展方向。

飞行汽车将颠覆人类出行方式，人类将迎来路空一体的立体交通时代。人类历史上每一次交通变革都会带来广泛的经济和社会影响。当今的城市建设已呈三维状态，人们在高楼大厦里生活和工作，但现有的道路和交通设施基本上还是以二维路网为主。陆空两栖飞行汽车时代的来临，将颠覆人类的出行方式，城市交通将由现在的二维交通时代变成路空一体的三维立体交通时代。人们的出行将更便捷更安全、城乡发展将更加融合、资源利用更加高效，将大大提高人们生活的获得感、幸福感和安全感，生活变得更加美好。

3.飞行汽车是对经济社会具有全局带动和重大影响作用的未来产业，将推动相关未来产业集群发展。

飞行汽车是颠覆性未来新技术应用的主要载体和重要场景。低空载物载人eVTOL 和陆空两栖汽车，作为低空智能交通和三维立体交通的载运工具，将融合大量汽车和航空之外的技术，成为新能源、新材料、新一代信息技术等领域颠覆性未来新技术应用的主要载体和重要场景，将带动产业发展史上规模空前的技术创新运动。

飞行汽车是对经济社会具有全局带动和重大引领作用的未来产业。汽车产业是国民经济的支柱产业，规模大、产值高、带动强。电动汽车将发展成为国民经济支柱性产业，智能汽车已成为新一轮战略新兴产业布局必争之地。飞行汽车将为经济社会发展带来根本性的变革，成为支撑未来经济增长的主导性产业、决定未来发展方向的先导性产业、提升未来竞争力的前瞻性产业。

飞行汽车将推动相关未来产业集群发展。随着新一轮科技革命和产业变革向纵深推进，未来产业呼啸而来，布局未来产业成为不容错过的战略机遇。面对百年未有之大变局，美日欧等发达经济体纷纷采取措施培育未来产业，以求在日益激烈的国际科技和产业竞争中占得先机。我国“十四五”规划纲要提出前瞻谋划部署未来产业。三维立体智慧交通的未来场景牵引，飞行汽车与新能源、新材料、新一代信息技术等的融合创新，将推动相关未来产业集群发展，是当今我国能够和国际创新保持同步、为数不多的重大创新机会之一。

飞行汽车发展的瓶颈问题和核心技术

1.规则、市场和技术是飞行汽车发展面临的主要问题。

飞行汽车发展涉及航空器、汽车和交通等不同领域的规则问题。飞行汽车作为电动航空器，从空中飞行的角度，应进行适航审定认证，包括航空器设计的型号合格证和航空器制造的生产许可证，还有单机适航证等；从交通运行管理角度，涉及空域管理和空中行驶规则，包括航线的制定、事故责任划分以及空中执法手段等一系列问题。飞行汽车作为陆空两栖运载工具，从道路行驶的角度，应有机动车出厂合格证，满足汽车道路行驶的安全性技术标准。现有航空器或汽车的相关管理规则没有考虑飞行汽车的新技术应用，难以直接套用于飞行汽车这一新型交通载运工具，需要研究和制定相应的法规标准和监管体系。

飞行汽车发展面临作为新生事物和颠覆性技术推广应用的市场问题。飞行汽车应用推广涉及低空智能交通以及立体智慧交通的基础设施、运营模式、经济成本、用户体验以及公众的接受程度。飞行汽车作为新生事物和颠覆性新技术的应用，将和历史上汽车刚出现时面临的处境类似。19 世纪汽车刚刚问世时被视为洪水猛兽，美国人把汽车称为“魔鬼的车”，欧洲报纸刊登汽车爆炸的漫画恫吓人们不要乘坐汽车，英国甚至在1858 年专门制定实施相关法律来限制汽车的使用。新生事物终究是有强大生命力的，汽车终究代替了马车成为人类的主要交通工具。飞行汽车发展需要建立相应的生态，目前还面临规则和技术等诸多瓶颈的情况下，飞行汽车的应用宜先载物后载人。低空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，对安全性等的要求又相对较低。低空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。

飞行汽车发展面临高安全、低噪声、大规模应用等技术问题。无论是载物载人eVTOL 还是陆空两栖汽车，本质上均为电动垂直起降飞行器。目前典型的垂直起降飞行器为直升机，采用单旋翼且旋翼直径大，导致空间需求大、噪声高，无法满足在城市上空高密度使用要求，且大规模使用成本高昂。飞行汽车采用电动化分布式推进，可有效简化传动结构，降低成本；多旋翼或多涵道风扇分布式推进则可大幅减小推进系统尺寸，降低噪声，提高推进效能并保证安全冗余度。相对于传统直升机，飞行汽车具有结构简单、安全冗余度高、噪声低、成本低和推进效率高等优点，但也需要解决电动化面临的载荷小航程短、电安全热安全氢安全等瓶颈问题。作为面向低空智能交通和三维立体智慧交通的载运工具，飞行汽车还需要解决智能无人驾驶和陆空相容性等关键技术问题。

2.载荷航程、适航安全性和陆空相容性是飞行汽车发展面临的关键瓶颈。

飞行汽车必须具备一定的载荷航程，载荷小、航程短是载物载人eVTOL飞行汽车发展面临的关键瓶颈。飞行汽车按载荷可分为轻型、中型和重型三大类，轻型飞行汽车的有效载荷为100～200kg，可乘坐1～2 人，中型飞行汽车的有效载荷为300～500kg，可乘坐4～5 人，重型飞行汽车的有效载荷则可达1000kg 以上。飞行汽车若用于城市内或城乡间载物或出行，航程需要100km 左右；若是希望应用于城际间载物或出行等应用场景，航程需要大于500km。在同样的动力功率和有效载荷下，垂直起降飞行器航程远小于固定翼飞行器。飞行汽车为电动垂直起降飞行器，采用的新能源动力系统功率密度低，对于动力电池来说是比能量低，载荷小航程短问题更加突出。当前主流电动汽车的续航能力已经达到500km以上，但其动力电池用于载1～2 人的eVTOL，续航时间可能只有20 分钟左右。载荷航程问题成为载物/载人eVTOL 飞行汽车走向实用化首先必须突破的关键瓶颈。

飞行汽车必须满足航空飞行器的适航安全性要求。飞行汽车作为电动航空器，需要满足航空飞行器的适航安全性要求。目前关于电机、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。现有车规级电动化系统要达到航规级安全性要求，还需要做大量工作。低空飞行安全性是飞行汽车的核心性能。与智能汽车有潜力减少交通事故类似，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，通用航空器的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航空器的1/4，即飞行汽车的安全性可提高至私人驾驶车辆的2 倍。飞行汽车的无人智能驾驶适航安全性，对于航空来说是一个全新的领域。

陆空两栖飞行汽车需突破陆空相容性瓶颈。陆空两栖飞行汽车在构型上要突破飞行器与汽车融合、在控制上要突破飞行与地面行驶自由切换等技术瓶颈，立体智慧交通要突破基础设施、运行管理等路空一体化相容性瓶颈。陆空两栖飞行汽车，相对于面向低空智能交通的eVTOL，需要增加底盘功能，以保证飞行汽车良好的地面行驶性能和碰撞安全性，势必导致飞行汽车结构重量大幅度增加。在保证飞行汽车地面行驶具有良好制动性、平顺性与操控性的前提下，大幅度降低底盘重量是飞行汽车实现陆空两栖的关键。另外，传统汽车碰撞安全主要考虑相对车身结构纵向和横向的碰撞冲击，陆空两栖飞行汽车则还需考虑相对车身结构垂向的碰撞冲击问题。

3.动力技术、平台技术和交通技术是飞行汽车发展的三大核心技术。

动力技术是决定飞行汽车载荷航程的核心技术，对飞行汽车适航安全性具有重要影响。动力系统是飞行汽车的“心脏”，发展飞行汽车，动力必须先行。飞行汽车动力主要包括应用于轻型飞行汽车的纯电推进和中重型飞行汽车的混电推进两大类型新能源动力系统，其中混电推进新能源动力的发动机主要是燃料电池、氢氨内燃机和氢氨燃机。电机和电池等是飞行汽车新能源动力系统的核心关键零部件，其技术和产品发展主要来自电动汽车发展的需求牵引。新能源动力系统功率密度低，导致飞行汽车载荷小、航程短，难以满足实用要求，且还存在电安全热安全、低空复杂气象环境、陆空工况等适应性问题。高功率密度、高效率、高适应性的电动化新能源动力技术，是飞行汽车动力技术的研究重点和主要发展方向。

平台技术是决定飞行汽车适航安全性和陆空相容性的关键技术，并对飞行汽车载荷航程具有重要影响。平台技术主要包括飞行汽车的总体设计、结构设计和智能驾驶系统等技术。飞行汽车总体设计主要通过分布式多旋翼推进、分布式多涵道风扇推进及倾转多旋翼或多涵道风扇推进的综合气动布局和平台构型，实现高升力或高推力。飞行汽车结构设计的核心在于轻质车体或机体结构设计技术，主要包括车身或机身轻量化等。对于陆空两栖飞行汽车来说，在构型上需要突破飞行器与汽车融合技术，实现底盘结构轻量化和多维多姿态碰撞安全性。飞行汽车智能驾驶系统与智能汽车驾驶系统技术类似。由于气象环境严重影响低空飞行的安全性，飞行汽车须具备低空气象环境的感知、决策与控制能力，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，必须提供应急恢复模式确保安全降落停靠。对于陆空两栖飞行汽车来说，智能驾驶系统技术需要满足空中和地面智能驾驶的需求，还要突破飞行与地面行驶自由切换等技术瓶颈。高升力构型、轻质结构、高适应性的智能化陆空两栖平台技术，是飞行汽车平台技术的研究重点和主要发展方向。

交通技术是支撑飞行汽车实际使用的关键技术。正如汽车出行需要有道路及道路交通管理体系一样，城市空中交通和城乡空中交通的低空物流或出行，需要有包含气象信息的低空智能交通路网等基础设施和运行管理体系来支撑。低空智能交通网络技术与云技术融合，提供全域态势感知能力，是支撑飞行汽车安全高效运行的关键技术。需要突破地面道路与数字化空路融合技术，建设路空一体的立体智慧出行解决方案和运营体系，为三维立体智慧交通提供支撑和保障。安全高效、云网融合、路空一体的立体化三维智慧交通技术，是飞行汽车交通技术的研究重点和主要发展方向。

飞行汽车发展的近期重点任务与未来愿景

1.飞行汽车发展的近期重点任务

通过战略研究明晰飞行汽车发展的技术路线。新一轮科技革命和产业变革正在不断催生重大颠覆性技术，科技成果转化速度明显加快，产业组织形式和产业链条正在呈现垄断性越来越强的趋势，同时不稳定性和不明确性明显增加。飞行汽车是新生事物，产业形态新、行业跨度大、应用范围广、社会影响深，蕴含着重大战略发展机遇。从国际上看，飞行汽车已成为交通科技领域全球竞争的新焦点。需要加强顶层设计和战略谋划，专项研究我国飞行汽车的发展战略，明晰我国飞行汽车发展的战略方向、发展思路和总体目标，探索实施路径、梳理关键技术、突出重点任务、形成新型体系架构专题研究报告，制定科学的技术路线图及时间表，系统性规划重点领域的创新发展需求，为相关部门、行业和企业制定飞行汽车战略发展规划提供技术支持。

通过专项攻关突破飞行汽车发展的核心技术。新时代中国特色社会主义不但拥有集中力量办大事的体制优势，而且更加注重对未来产业的前瞻布局，更加鼓励对引领性科技创新的探索与攻关。飞行汽车是当今我国为数不多的能够和国际创新保持同步重大创新技术之一。需要结合飞行汽车的战略研究，通过设立飞行汽车研究专项，整合航空、汽车和交通等多个领域的优势资源，构建跨界融合的飞行汽车科技创新体系，开展重大问题的联合攻关，协同突破新能源动力、陆空两栖平台和三维智能交通等关键基础技术，统筹发展地面智能交通与低空智能交通的共性交叉技术。对专项攻关产生的技术成果，要采用“沿途下蛋”的方式，加速飞行汽车相关核心技术在真实场景中的应用和技术迭代。

通过试点示范创新飞行汽车发展的产业形态。与战略新兴产业相比，未来产业所依赖的技术更具前沿性，产业化前景更不确定，但对经济发展的潜在推动力更强。需要强化场景牵引，支持科教资源与创新创业资源集聚，在产业基础雄厚的国内重点地区，建设一批飞行汽车未来产业创新发展试验区。支持试验区率先开展飞行汽车未来产业研究，布局飞行汽车未来产业。鼓励试验区与高水平科研院所、科技领军企业建立利益共享、风险共担的合作机制，共同推进飞行技术研发与场景供给。通过在低空物流、高楼消防和应急救援等领域的试点示范应用，促进产品迭代和配套体系建设，创新适宜飞行汽车发展的产业形态，打造飞行汽车发展的未来产业集群。

2.飞行汽车发展的未来愿景

到2025 年，飞行汽车1.0 发展阶段，载物eVTOL 开始规模化应用，成为城市和城乡低空物流的载运工具。新能源动力功率密度低导致的eVTOL 载荷航程瓶颈问题将获得突破，奠定载物eVTOL 走向实用化的技术基础。载人eVTOL 实现点对点固定航线的低空载人出行示范应用，并在应急救援、紧急医疗服务以及海岛运输等特殊应用场景中发挥独特优势。陆空两栖汽车也有可能在特殊场景进行一定的应用尝试。

到2035 年，飞行汽车2.0 发展阶段，载人eVTOL 开始商业化应用，成为低空智能出行的载运工具。新能源动力和低空智能无人驾驶的适航安全性问题将得到解决，奠定载人eVTOL 商业化应用的技术基础；点对点固定航线的低空载人出行将逐渐实现规模化商业化应用并提供个性化服务，成为解决大中型城市交通拥堵问题的重要途径之一。陆空两栖汽车将在某些场景下开始一定的应用示范。

到2050 年，飞行汽车3.0 发展阶段，陆空两栖飞行汽车实现大众化应用，成为三维立体智慧交通的载运工具。“低空智能交通”与“地面智能交通”的融合问题将得到解决，突破陆空相容性问题而真正实现路空一体的“立体智慧交通”；未来的汽车或将都能飞，陆空两栖飞行汽车将逐渐成为满足人们未来智慧出行需求的主导交通工具。