吉利沃飞:飞行汽车产业的国际化发展

2022-07-27 13:00郭亮
交通建设与管理 2022年3期
关键词:法规航空汽车

文/郭亮

2022 年,交通运输部、科学技术部联合印发的《交通领域科技创新中长期发展规划纲要(2021—2035 年)》(以下简称《纲要》),首次将“飞行汽车”写入《纲要》,不仅为飞行汽车行业指明了发展方向,也为未来实现产业化提供了政策支撑。

本文将依据清华大学张扬军教授对飞行汽车的战略研究并结合吉利沃飞的发展探索,从飞行汽车产业技术发展路线、国际化标准法规与供应链两方面介绍飞行汽车的发展现状,同时畅想国内外未来飞行汽车应用场景并提出相关产业发展建议。

飞行汽车产业的技术路线

飞行汽车是面向未来低空立体智慧交通的“新通航”运载工具,其应具备“垂直起降”“智能驾驶”与“新能源”三大特征。相较于传统的通航飞行器,“垂直起降”能力使得飞行汽车得以摆脱传统机场带来的空间限制,有利于在通航机场数量严重不足的国内推广应用;“智能驾驶”通过计算机的辅助,实现无顾虑飞行与自动包线保护,将显著降低飞行员驾驶负荷,降低人因影响,并有利于不同构型飞行汽车间飞行标准的统一;以“新能源”作为动力来源,在“双碳”背景下率先实践绿色立体出行愿景,同时且依托分布式电驱动(DEP)带来的低噪音巡航(<60dB),将极大降低高密度城市运营的限制。

飞行汽车的发展以实现“飞机-汽车”无缝切换目标为终局,但受限于当前能源动力、结构材料与智能控制技术水平,一步到位实现“插上翅膀的汽车”在技术上并不现实。同时,航空/飞机领域与公路/汽车领域相关法规、标准与技术规范等也存在较大差异,简单地照搬或兼顾亦不可取。因此,吉利沃飞长空(AEROFUGIA)坚持采取“三步走”的发展战略,以期带动技术与法规的交替上升并不断完善,最终实现真正的无缝切换应用落地。

第一步:垂直起降载人电动飞行器

沃飞长空科技有限公司(吉利集团)总裁郭亮

5 年内,基于当前现有技术,采用垂直起降电动飞行器(根据产品场景不同,可能存在多旋翼、复合翼、倾转动力/倾转机翼等多种实现方式)与新能源地面交通手段结合的多式联运方法,实现立体交通早期落地。同时探索城市内/城市间融合空域高密度调度、多式联运智能空管系统与绿色垂直起降场等配套基础设施,为进一步大规模应用打下基础。

第二步:分体式飞行汽车

15 年内,基于前期垂直载人电动飞行器空中飞行平台、地面智能驾驶底盘与载人胶囊舱分别相结合的方式,实现分体式飞行汽车应用落地。同时,通过分体式平台,提前为一体化飞行汽车验证飞行器与汽车融合智能控制等关键技术,探索航空与公路运输相关法规融合等基础条件。

第三步:一体化飞行汽车

待高能量密度/高功率密度能源电力系统(超过现有水平5~10 倍)、轻质高性能材料与高效结构等关键技术取得突破后,探索一体式飞行汽车研发,满足通过同一平台实现飞行与地面行驶自由切换。

飞行汽车的国际化标准法规与供应链现状

国际化标准法规发展现状

聚焦到第一步,即电动垂直起降飞行器阶段,需实现在城市密集区域上空实现载人商业运营。由于其庞大运行数量、极高的运行频率和复杂的起降环境,为确保运营的绝对安全,其对安全性的追求与传统干线民航相比更加严苛。具体到安全性等级,飞行汽车需坚持民航“事故零容忍”要求(即灾难性事故的概率不大于10-9),显著高于传统通用航空“几乎无事故”的要求(即灾难性事故的概率不大于10-7)。同时飞行汽车研发、测试验证、生产制造与运营维护全流程均需严格遵循适航相关法规与系统工程的标准,适航取证回答监管当局与公众对飞行汽车安全性的密切关切。基于当前法规体系下,全球还没有针对飞行汽车明确统一的法律法规及部门规章体系供参考参照。

飞行汽车作为非传统新类别载人航空器,当前国际主流适航审定机构如美国联邦航空管理局(FAA)与欧洲航空安全局(EASA)已开始起草和发布审定专用条件,但均未形成完整适航法规与完成型号适航审定工作。

飞行汽车供应链发展现状

国产化飞行汽车所需实现自主可控的关键技术主要集中在飞控航电与高性能航空三电系统(电机、动力电池、电机控制器)两大方向。

其中,在飞控航电方面,传统航空器航电系统和飞行控制系统基本被国外巨头垄断,在国产化大型客机的配套亦尚处于追赶阶段,大型国企对于具有更高创新要求的飞行汽车飞控航电方面关注度不足,产业基础较为薄弱;在技术层面上,飞行汽车有别于传统通航飞行器,基本采用电传系统,并结合前沿的态势感知与自动驾驶。国外巨头都在积极布局,且开始逐步出现Honeywell这样的传统巨头,通过与Vertical、Lilium、Volocopter 等企业合作并推出SVO 综合航电系统概念,有逐步垄断市场的趋势。国内近年在大型无人机飞控航电方向积累了大量经验,飞行汽车可有序借鉴。在高性能航空三电系统方面,法国Safran、英国Rolls&Royce、美国Maginix 等企业均已布局航空电机及控制器领域,部分已随机取证。随着近十年电动汽车的快速发展,我国在电机、电机控制器、动力电池等方面建立了全面的生态系统与技术能力,若是通过合理政策引导,存在同步发展甚至弯道超车的可能。

为推动飞行汽车快速发展抢占先机,可通过飞行汽车在应急救灾、空中执法、消防救援乃至军事领域的提前应用,积累运行数据和经验,逐步拓展商用场景。

飞行汽车的未来应用畅想

飞行汽车作为在经济性、安全性、环境友好性全面优于直升机的存在,可以帮助机场、火车站与市中心/地标、城市群间重点城市间的串联,实现干支通联运深入到县级的出行模式。通过客户端选择出发点与到达点,系统自动分配地面与空中行程,实现“门对门”的接驳。同时,在增程“飞行汽车”的帮助下,实现立体无接触的物资转送,极大提升转运效率。在紧急救援领域,飞行汽车可完成陆路到空中的搜索、转运、抛投等救援动作,成为“路空一体”应急体系中不可或缺的一环。

世界范围内,欧洲城市密度比较高,早期飞行汽车可以以远高于陆路运输的效率将区域联通,北美相对分散,因此更为关注取代中、长途汽车里程与部分航空的部分。

为此,对于飞行汽车产业的未来发展提出几点建议:

扶持龙头企业,发挥“头雁效应”

飞行汽车主机企业在产业链中处于核心位置,不仅在研发阶段承担标准制定、参与适航符合性验证及早期商业模式的探索落地等,而且在商用后亦持续发挥规模量产、产业链协同和助推地方形成产业的作用。建议重点扶持主机企业,包括空域政策开放试点、技术成果和试点运营补贴等。

完善相关法规,开展飞行汽车自主适航审定

“突破航空器自主适航审定”已明确列入《纲要》。目前,国内外尚未形成飞行汽车领域的适航法规,建议率先建立飞行汽车领域自主适航法规并开展型号适航审定实践,将为2035 年前实现飞行汽车自主适航审定奠定坚实的基础,构建更加适应服务国家战略需要的适航体系和适航管理能力。

加强技术研发,提升关键技术自主化水平

在飞行汽车领域,高功率高可靠电推进系统、高能量密度高安全性航空动力电池、集群智能化飞行控制技术及相关软硬件是关键核心技术。建议围绕飞行汽车领域航空集群智能飞行控制软硬件(设计软件、控制软件、芯片、核心电路)与三电系统(电机、动力电池、电机控制器)进行研究,鼓励发展国内飞行汽车产业链各环节专精特新企业,快速实现技术突破,确保核心关键技术自主可控,形成产业领导地位。

受限于当前能源动力、结构材料与智能控制技术水平,一步到位实现“插上翅膀的汽车”在技术上并不现实

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