航空航天业转向eVTOL发展，面临电池与性能挑战，探索混合动力解决方案

经过一个多世纪的生产，航空航天业已开始生产越来越大的飞机，并以巨型空客 A380 达到顶峰，如今，航空航天业正越来越多地以大的方式思考小问题。

城市空中交通即将到来，这是一种新现象，其中小型电动垂直起降飞行器（eVTOL，简称空中出租车）旨在让少量乘客在大型拥挤城市上空短距离飞行，所需时间仅为地面飞行时间的一小部分。

但甚至在第一架看起来像肥胖无人机的机器获准投入商业服务之前，它们有效部署的商业案例就在迅速变化，重塑了这一新兴行业的前景。

潜在运营商和客户现在正在定义一些任务，这些任务需要更大的有效载荷和更长的飞行距离，而大多数第一代空中出租车的最大飞行距离为 108 海里（200 公里），而这些空中出租车主要由电池驱动。

除了 eVTOL 制造商中的先行者，如美国的 Archer Aviation 和 Joby Aviation、中国的 EHang 或英国的 Vertical Aerospace（所有这些公司都已巩固了自己的市场地位）之外，不断变化的预期正在对剩下的约 250 个概念中的许多概念的未来提出挑战。

作为明显的市场领导者，Joby 和 Archer 计划最早于明年在阿拉伯联合酋长国推出各自的车型，阿联酋正提供雄厚的资金来支持其成为世界上第一个定期运营空中出租车的强烈愿望，而亿航正在加快推出一系列自动驾驶 eVTOL 飞行器。

飞机租赁商 Avolon 已从 Vertical 订购了 500 架 VX4，Avolon 也是 Vertical 的股东之一。Avolon 表示，其五家“目标运营商”——日本航空、巴西 Gol 航空、亚洲航空、格陵兰航空，以及土耳其 Freebird 航空的所有者 Gözen Holdings——正按照制造商的时间表投入使用，预计将于 2026 年底获得英国认证。

Avolon 投资组合战略高级副总裁马克·滕布莱克 (Marc Tembleque) 表示：“我们现在看到运营商和制造商优先考虑需求更高、服务进入更顺利的用例”，并将日本和巴西列为两个主要市场。

“虽然今天的头条新闻可能比前几年少，但在执行可行应用程序方面所做的工作比以往任何时候都多，这正是行业所需要的。”

几年后，在大量宣布有条件收购大量 eVTOL 的计划后，市场越来越多地认为，如果不进行改进，其受限的性能也将制约它们的未来。

“人们意识到飞机电池寿命的限制将成为一个问题，”专注于支持城市和区域空中交通的基础设施的澳大利亚初创公司 Skyportz 的首席执行官克莱姆·牛顿·布朗 (Clem Newton-Brown) 说。

“全电动车型将适合最初设想的城市内短途出行，”他说，不过这主要适用于人口众多、交通拥堵严重且持续时间长的全球大城市，或者适合观光等短途、紧急的任务。

“例如，在澳大利亚，在建筑物之间进行杰森式跳跃实际上没有什么用处。我们的交通还不够拥挤，”他说。

“在首都城市，我们正准备建造少量垂直起降机场，以通向市中心，重点是滨水区。但我们预计，人们不会在短距离内穿越整个城市。

“政策支持正转向区域连通性。这些垂直机场将为飞行距离更长的飞机提供进入城市的通道。”

德国政府最近就体现了这一点，它犹豫是否向两家知名的 eVTOL 开发商 Volocopter 和 Lilium 提供额外资金，但同时支持两个新的氢动力支线飞机项目。

安杰洛·柯林斯 (Angelo Collins) 是垂直飞行协会 (VFS) 的执行董事，该协会是唯一一个由工程师、科学家和其他致力于推动该领域发展的人员组成的国际技术团体。

它于 1943 年作为美国直升机协会成立，但随着空中出租车准备起飞，它以 VFS 的身份呈指数级增长。

他说，成功的关键不仅在于开发新型飞机，还在于开发能够高效、安全、可行地满足明确需求的机器。

尽管 eVTOL 是新事物，但柯林斯表示这一概念并不新颖，并指出近 90 年前美国曾进行过一次鲜为人知的城市内飞行尝试。

1937 年，由于美国各大城市的道路交通拥堵日益延误了邮件投递，美国邮政部门开始测试旋翼机在邮局和客户之间运送信件。

在永久停止这项服务之前，邮局的车队在芝加哥、新奥尔良和华盛顿特区等城市的屋顶之间来回穿梭了十年。

“邮件最终没有送达，因为他们发现没人真正需要邮件在 30 分钟内送达，”柯林斯说，“这完全取决于价值主张。我要运送什么？为什么飞行时间很重要？

“我们仍处于第一代电动垂直起降飞机阶段。我确实看到了中东和中国的前景，因为他们短期内并不那么以盈利为导向，更愿意承担一些早期损失。

“收入会很高，但我敢说，直到第二代或第三代 eVTOL 出现后，我们可能才能实现盈利。”

目前已提出了 1,000 多个空中出租车概念，估计仍有约 250 个仍在实施中。其中，有少数几个将在 2025 年底或 2026 年开始商业运营，Joby 刚刚完成预生产试飞，Archer 则准备进行试飞。

但下一代 VTOL 初创企业正在迅速赶来并采用混合推进系统，以提供更大的续航里程或承载能力。

“运营商告诉我们，有效载荷对于 eVTOL 商业化至关重要，”Avolon 的 Tembleque 表示。“多运送一名乘客或多运送一些行李比将他们运送到 20 英里外更远的地方有更高的收入机会。”

“随着未来电池化学能提供更高的能量密度，如今为更高的有效载荷设计将使飞机的额外重量转化为明天更大的航程。我们预计有效载荷和速度能力将成为不同车辆之间的重要区别。”

新一代混合动力飞机制造商包括来自加利福尼亚州长滩的奥迪斯航空公司，该市作为前麦克唐纳道格拉斯飞机公司的所在地，拥有丰富的航空航天历史。

Odys 的标志性飞机将是 Alta，这是一款可搭载 9 名乘客和 2 名飞行员的飞机，采用箱形机翼和 16 个螺旋桨，由混合动力系统驱动。

预计飞行距离可达 650 海里（1,210 公里），采用双能源推进，全电力推进时可达 170 海里，使用可持续航空燃料时可达 480 海里，速度可达 300 节（555 公里/小时），高度可达 30,000 英尺。

该公司创始人兼首席执行官詹姆斯·多里斯希望在主要人口中心之间提供区域连通性，同时通过宽敞的客舱以及托运行李和机舱行李的空间改善航空旅行体验。

“最大的未开发市场不是如何将乘客从爱达荷州博伊西市飞往俄勒冈州本德市，”他说，“尽管我确信有人想这么做。最大的未开发市场是洛杉矶飞往旧金山。每有一名乘客乘坐这条航线，就有四名乘客驾驶这条航线。”

多里斯表示，洛杉矶和旧金山之间的航班不一定在洛杉矶国际机场和旧金山国际机场这两个枢纽机场之间飞行，因为这两个城市都有或靠近多个其他机场，包括省级机场，他预计这些城市最终都会拥有位置优越的垂直起降机场。

“我们正在讨论从圣莫尼卡飞往渔人码头，从帕洛阿尔托飞往帕萨迪纳，或者从汉普顿飞往纽瓦克的航空支线航班。这种用例是存在的。

“我们希望尽可能地在人们出发地附近提供服务，以减少或消除他们乘坐 Uber 往返机场的时间和费用。”

一些最引人注目的新型混合垂直起降任务不会运载乘客或飞行员。

在澳大利亚，夏季丛林大火十分常见，而且非常猛烈，而且通常无法通过公路到达。近年来，多架空中加油机在倾倒阻燃剂时坠毁，其中包括一架波音 737 和一架洛克希德马丁 C-130，机上三名机组人员丧生。

总部位于悉尼的 AMSL Aero 公司（其联合创始人 Andrew Moore 和 Siobhan Lyndon 的姓名首字母）最近获得联邦政府资金，以帮助开发自主垂直起降消防飞机。

它将以该公司的 Vertiia 原型机为基础，采用八发动机、轻型箱翼设计，配备氢电动力系统，能够在高达 160kt 的速度下提供高达 540nm 的续航里程。

“气候变化正在增加全球对空中灭火的需求，”摩尔说道，他也是该公司的首席工程师。“尽管空中灭火很有效，但高昂的人力成本和目前白天作业的限制是重大缺陷。

“拥挤的空域、火灾周围能见度降低以及使用老式飞机，这些都造成了危险的作业条件。因此，我们将开发 Vertiia 的一个版本，使乡村消防局人员能够远程预防和扑灭火灾，使用大量自主飞行器，如可以昼夜运作的高科技飞行水桶大队。

“而且由于 Vertiia 具有远距离和零排放的特点，它使我们能够更长时间地执行任务，并且意味着我们不会对导致更多火灾的气候变化问题做出贡献。”

AMSL 已经收到初始订单，订购多达 20 架有人驾驶飞机，用于执行客运、货运和空中救护航班。

但首席执行官马克斯·约克表示，公司目前还没有城市空中交通计划。

“在澳大利亚，有大量服务不足的区域市场。有 28 个城市人口超过 30,000 人，其中 15 个地区有定期航班，13 个地区没有。”

此外，他表示，许多地区社区彼此之间没有联系，而 Vertiia 可以轻松连接这些市场。

“我们根本不使用‘空中出租车’这个词，”约克说。“城市空中交通市场是一个很难攻克的难题。我们认为它会在很晚的时候出现。但当它发展起来时，我们将全力支持它。”

约翰·兰福德 (John Langford) 是另一家初创公司 Electra 的董事长兼首席执行官，该公司总部位于美国，率先推出了可搭载 9 名乘客的混合动力超短距起降 (eSTOL) 飞机，这是一种航程可达 435 海里的固定翼飞机。

在这个零排放飞机不断发展的时代，这并不是一个令人惊讶的发展。但当你考虑到兰福德在 eVTOL 开发方面有着深厚的历史，并在放弃之前帮助开创了这一类型时，你就会感到惊讶。

1989 年，他创立了 Aurora Flight Sciences，该公司专注于开发自动驾驶飞机，包括用于全球气候变化研究的电动和混合动力垂直起降飞机。2017 年，他将 Aurora 出售给波音公司，但继续探索将包括 eVTOL 变体在内的短程飞机商业化。

“我们建造和试飞的 eVTOL 数量比世界上任何其他公司都要多——Aurora 就建造了五六架，”兰福德说。“我们对 eVTOL 技术持乐观态度，但我们做的越多，我们就越不乐观。

“从能源角度来看，垂直升力非常昂贵，而且电池无法提供有用的航程。我们质疑区域航线是否真的需要垂直升力。在美国，很难建造新机场，因此我们希望飞行实用的区域航程，但仍然不依赖跑道，而无需建造垂直起降飞机。”

兰福德承认，航空业注重脱碳并致力于可持续航空燃料，但他表示这还不够。

“我认为我们必须非常积极地寻求替代方案。我对混合动力非常看好。我们有一架 eSTOL 飞机，它是在物理学和经验的结合下制造的，我认为我们最终会得到证明。” 

虽然早期的 eVTOL 制造商正在朝着认证的方向发展，但总部位于英国的全球航空咨询公司 IBA 估计，其他制造商可能需要长达五年的时间才能获得飞行批准，这个漫长的过程可能会迅速消耗掉投资市场中剩余的资本，而投资市场已经变得越来越厌恶风险。

IBA 还预计，关键相关领域将出现重大延误，包括垂直起降机场建设、能源供应和城市运营的空域管理。这还没有解决社区批准这一独立但同样复杂的问题。

空中出租车的航线很短，但它们更广泛的部署甚至生存的飞行路径似乎越来越长。