北京理工大学教授杨超
3月28日-30日,以“夯实电动化推进智能化实现高质量发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛(2025)在京隆重召开!本届论坛汇聚20+政府有关部门领导、30+院士专家、100+汽车及相关领域的企业代表,共议汽车产业变革新路径。在30日召开的聚合型论坛上,北京理工大学教授杨超发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:
北京理工大学教授 杨超
各位领导、各位专家:
下午好,我是北京理工大学杨超,非常感谢电动汽车百人会给我们提供这个平台和机会,能跟各位行业里的大拿、专家汇报北京理工大学团队在这块的一些工作。各位都是大咖,我就是一些粗浅的报告。
我今天汇报的题目是《飞行汽车发展现状与产业化思考》。报告分为四部分:
一、需求和意义。
发展飞行汽车是交通发展的必然需要,看一组数据,现在私家车的保有量急剧增加,道路的发展已经远远跟不上私家车的增长速率,这会导致车路资源矛盾,限制了人们的正常出行,车越来越多,路越来越堵,也就要求地面交通资源进一步发展,去发展立体交通,拓展交通空间,往低空去进行变化。
在地面的载具里,小的自行车、电动自行车、汽车、轨道交通,有很多地面载具去实现从近距离、中程,再到远程的发展。在空中,小的无人机可以送外卖,做物流配送,大的方面我们用客机实现远距离配送。但对于低空来说还需要载具体系上的完善。
飞行汽车就在这样的场景下应运而生。飞行汽车的概念是借用清华大学张扬军教授给出的定义:具备低空飞行/陆空两栖运动和垂直起降功能的载具,能满足未来立体交通发展的需求。
宏观的飞行汽车包括电动垂直起降的飞行器,也就是eVTOL,也包括陆空两栖平台,也就是飞行汽车的概念。
刚才靳司长讲了很多政策,2022年交通运输部、科技部首次提出要部署飞行汽车的研发,去年是低空爆发的元年,3月份将低空经济首次写入政府工作报告中,同月工信部四部门发出了文件,鼓励飞行汽车技术的研发,去年11月份中央空管委在六个城市开展eVTOL的试点。
飞行汽车牵引低空经济新业态的涌现。传统通航业已经在中国发展多年,一些通航机场、通航装备制造的产业实际上不太挣钱,或者说基本上都在亏钱,所以我们要利用中国在新能源汽车产业链的优势融合航空新势力,去打造新质生产力,从而拓宽新域立体空间,形成低空经济的新业态。
国内新能源汽车,在整个世界不只是技术上的先进,而且产业链也非常完善,这样飞行汽车就可以借助新能源汽车在产业链的优势进一步发展,不只是从技术层面,也包括整个产业链的融合升级。
飞行汽车的发展将会开启低空智能交通的新时代,如果我们说新能源汽车是现在的支柱产业,智能网联汽车是新兴产业,那么飞行汽车肯定是未来的产业,摩根士丹利这些投资机构、咨询公司都在预测,飞行汽车将会在2040年达到万亿级美元的市场。现在飞行汽车主要还在市场开拓期,很多技术还没有那么成熟,只能进行一些特定场景的示范运营,我们期望在未来某个时代将会开启立体交通发展新的时期。
二、飞行汽车发展现状与挑战。
当前全球对于飞行汽车的方案百花齐放,处于探索阶段,没有定论,我们列出了国内外飞行汽车的一些典型方案,从国外来看,美国特斯拉旗下的Model A,采用一体式多旋翼的方案,美国最早推出一体式折叠翼的Terrafugia汽车,空客和Lilium都有复合翼和倾转旋翼的方案。德国Volocity用多旋翼的方案,还有ALIA、Vertical等都是用不同形式实现载具的设计。
国内的亿航、小鹏汇天、峰飞、时的科技,都有我们自己构型的设计方案,比较火的小鹏汇天的陆地航母,还有我们学校分体式的设计方案,前段时间奇瑞和清华合作的分体式复合翼的方案,还包括一些高校的方案。
设计过程中飞行汽车面临很多技术上的瓶颈,我总结了一下有五方面:
1、构型优选与气动布局。
2、高功重比的动力能源系统。
3、高效电驱推进单元。
4、智能飞行综合控制。
5、空网规划与空域管理。
首先看构型优选与气动布局,我们看到各种代表性的飞行汽车方案其实还是从场景中来,我们针对不同的应用场景找到更适合这样场景的构型形式,以及它的气动布局,比如在高楼林立的城市空间,如果我们想实现垂直起降大载荷的飞行汽车的设计,那么我们一定要考虑它的起飞空间,大的直升机,因为起飞空间要很大,所以可能不太适合,到了空旷的野外,以及实现城际之间的远程运输,这种情况下可能就要考虑长航时和大载重,加上复合翼或倾转旋翼,可能更适合,我们要探索在某种特定场景下找到最适合的方案,也是我们设计飞行汽车最首要的问题。
当我们确定了构型方案和气动布局,下面要解决它最核心的动力问题。
大家都知道,一代动力一代飞机,飞行汽车也是这样,飞行汽车的特点还是要实现大载重,长航时,尤其是它要实现垂直起降,在这个过程中还要时刻进行姿态的调整,整个过程中对于能量的消耗是很大的,如果我们采用单一的能源形式也不是不行,如果想实现长航时,可能现在的电池技术还需要升级,我们的新能源汽车用的电池能量密度方面没问题,但飞行汽车需要大倍率的放电倍率实现垂起,所以要兼顾功率密度和能量密度的电池才是飞行汽车需要的系统,所以在现阶段有可能要用混动的形式作为过渡方案。
针对混动系统,对于大的通航飞机,比如兆瓦级的涡扇和涡桨,实际上它有成熟技术实现多电飞机。小一些的,混合动力汽车也能提供活塞机这样的动力方案,经过调研,在200到600千瓦等级之间,这块应用在低空装备,长航时大载重的系统里的动力系统目前还处在不成熟的阶段,大家都在积极攻关,这也是制约飞行汽车成熟的瓶颈技术。
三是高效的电驱推进单元,我们叫eVTOL,电动推进,所以这里面包括旋翼、涵道,产生动力的电机,旋翼、涵道主要考虑它的声效,尤其在大载重的飞行器上,旋翼还需要考虑大载重特性下的力效,这也是非常难的技术。对于驱动电机来说主要还是它的功率密度,当然,你的功率加大,还要变轻,你的三电系统怎么集成设计变得更优化,这也是未来需要突破的一块技术。
四是智能飞行和综合控制,这主要包括两项,一个是eVTOL的自主飞行,另一块是飞控。现在如果在城市间运行,核心的难题主要是微小障碍物的识别,比如电线、树枝,怎么判别,用现有的激光雷达或相机技术识别出障碍物,这是一项很难的技术。
对于飞行汽车来说,什么时候飞、什么时候跑,陆空模式决策也是一项需要攻克的难题。
最后是飞行控制,搞飞机是很成熟,但在低空环境下有一些特殊性,比如气流扰动,包括在城市环境下的电磁干扰,对于飞控的影响,也是未来飞控需要攻克的一项技术。
想要推广飞行汽车,需要空网规划与空域管理,包括城市数字底座、可视三维环境,需要花很大的经费投入这部分的基础设施建设,这样才能协同各种小无人机、大的飞行器和飞行汽车在固定的起飞通道,做空域管理。这是技术上的一些现状和挑战。
三、产业场景与思考。
大家知道飞行汽车现在还是婴儿阶段的产业,谈一些我们的粗浅看法。我们认为飞行汽车未来的应用场景主要还是立体交通、低空物流、特种作业。对于现代飞行汽车的技术现状,你让它直接to C其实还是有点难度,但我们肯定还是要抓好基本盘,结合政府、当地应用场景去对接,把握住我们的基本盘,然后再慢慢地跟企业合作,推行量产化的飞行汽车。这是我的一些基本看法。
按照这样的思路,面向政府端可以做文旅观光,比如合肥骆岗公园经常有飞行汽车的表演,在黄山、九华山等景区都有很多地方开放飞行汽车往山上运物资。
还有应急救援,比如发生了山火,消防车肯定进不去,需要用eVTOL飞行器去森林救援救火。
刚才领导讲了邮政方面的需求,我们跟邮政和顺丰都进行过多次对接,跟一些车企也做了对接,现在打造载人飞行汽车很难,适航需要很长时间,但能不能从飞行货车的概念先走物流运输。这是打造物流的想法。
未来我们希望飞行汽车能够普及,这样就能大大改善人们的出行,像片子里展出的,三小时路程可以缩短到20分钟,提升人们的一些体验。
最后我还要讲一点,现在对于低空装备和飞行汽车的检测还需要发展,新能源汽车的检测比较成熟,每个主机厂上路之前都需要经过一系列的检测,但飞行汽车在这块还处于空白阶段,如何构建低空装备的标准和检测体系,这也是我们产业需要闭环的一个板块,还需要探索。
最后打个广告,北京理工大学项昌乐院士团队在飞行汽车做了多年工作,我们在合肥成立了合肥无人智能装备研究院,市属单位,新兴研发机构,把我们的一些技术进行产业化落地,这是2022年10月份发布的分体式飞行汽车,包括垂直起降的飞行器,智能座舱以及智能驾驶底盘,今年我们也想在合肥孵化一家公司,继续把飞行汽车进行新一轮迭代,在市场上做产业化的探索。
除此之外,合肥研究院,还包括一些国家项目,开展各个载荷等级垂直起降的飞行器研发,100公斤级、200公斤级、400公斤级的大载重、长航时的技术研发和攻关,也是放在合肥进行产业化落地,还有我们高通过性的轮腿机器人,前两天我们也在中关村论坛进行了展示,得到了央视的报道,主要还是重载的,跟现在的不太一样。
我们自己也有一个团队专门做长航时飞行器的混合动力单元研制,主要是用涡轴机作为原型机做混动系统,现在成熟的是120千瓦和300千瓦的两个功率等级,和亿飞等电动航空企业已经有一些合作。
最后是我们团队设计的飞行汽车,飞行器用的旋翼也是我们团队自主研发的,里面包括大声率、高效率、低噪音的技术,这块也是我们团队的主要业务。
希望在座各位能随时到我们合肥指导考察。谢谢大家。
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