小型空中出租車——通常稱為垂直起降飛機 (VTOL)——幾十年來一直在夢想和愿望清單上。它們在 1960 年代的動畫電視連續(xù)劇《杰森一家》中廣為人知，該劇僅播出了幾年，卻吸引了一批忠實的追隨者，此后一直在重播。Jetson 一家可以乘坐名為 Space Car 的私人空中出租車從一個地方跳到另一個地方，它的燃料和動力裝置細節(jié)從未明確，但這并不重要。
快進到 21世紀，VTOL 的夢想在明確定義的推進方式(即可充電電池和電動機)下非?；钴S。大約有十幾家公司正在進行設計，它們的階段從粗略的原型到準備測試和認證的單元(這是一個非常大的考慮因素)。電源的來源和使用是其設計挑戰(zhàn)的主要因素。
傳統(tǒng)的氣動小型直升機使用單個主旋翼、一個小型尾旋翼，并且通常使用某種前推力發(fā)動機。對于這些 VTOL，使用由電動機驅動的電池和轉子(風扇)使這些設計在布置這些元件方面具有相當大的自由度，這反映在正在開發(fā)的單元中。一些設計使用較少的較大風扇，而另一些則使用大量較小的風扇。
哪種方法“更好”?這是經(jīng)典的工程權衡方案，每種安排在效率、起重能力、容量等因素方面都有利有弊。沒有最佳答案，就像大多數(shù)復雜和簡單的設計一樣。這些權衡必須在 VTOL 目標的范圍內(nèi)進行探索，包括航程、乘客數(shù)量(2?4?6?)和巡航速度。
我一直關注這些電動 VTOL (EVTOL) 作為多方面復雜設計挑戰(zhàn)的示例，但我發(fā)現(xiàn)的大部分材料都沒有幫助。有通?！按贿^氣來”的文章說這些即將到來，我們的生活將永遠改變;有一些不錯的概述，但缺乏數(shù)字和分析;有一些作者持懷疑態(tài)度并提供了充分的理由進行分析。
幸運的是，我在可靠的出版物中看到了一篇技術重點突出的三頁文章和兩頁補充，該文章對關鍵因素以及它們?nèi)绾闻c各種 EVTOL 可能性進行交互提供了深入的了解。首先，它概述了三種基本設計：1)分布在飛機上的多個旋翼;2)升力加巡航，一組旋翼用于垂直飛行，另一組用于巡航;3) 矢量推力，其中飛機的電機子系統(tǒng)用于垂直和水平飛行。
文章還定義和分析了起飛和飛行的關鍵參數(shù)和品質因數(shù)，并解釋了這些參數(shù)如何影響所需的電池能量和功率。其中的因素是“盤負載”，即最大起飛質量與總轉子盤面積(千克/平方米)的比率，而水平飛行功率要求受“升阻比”的影響。還有比能量 (W-hr/kg) 和比功率 (kW/kg) 要求，它們表征了垂直起飛所需的能量爆發(fā)。另一個明顯的因素是能源效率，定義為每單位承載的單位有效載荷的單位距離的能源消耗。
為了使他們的項目“真實”，研究人員查看了五個正在開發(fā)的具有不同安排和能力的特定 EVTOL，以便很好地了解潛在性能和所需資源的分布。這是一個復雜的情況，許多因素和自由度之間存在許多相互作用。
好消息和壞消息是，研究人員得出的結論是，所需的電池技術還沒有完全成熟，但對于一些性能要求嚴格受限的 EVTOL 設計來說已經(jīng)接近了。對于其他人來說，這要遠得多。我懷疑本研究中引用的初創(chuàng)企業(yè)會有不同的評估。
即使 EVTOL 的純工程問題得到了解決——而且我不會在這里做出任何預測——它們的真正問題可能在地面上?！度A爾街日報》的一篇富有洞察力的文章闡述了所謂的“垂直機場”的選址和運營問題，這些“垂直機場”必須提供充電、基本維護、地面處理、乘客開/關路徑等。
說您只需在大后院、辦公園區(qū)甚至屋頂起飛/降落這些設備很容易但過于簡單，但是還有許多實際的“地面”問題必須得到承認、解決和解決，此外到監(jiān)管部門的批準。構建處理 VTOL 的基礎設施并非易事，尤其是在每個模型都有不同的安排和地面要求的情況下。
您對 EVTOL 有何看法?即將到來，還是他們總是“即將到來”?他們的成功或失敗是由于電池技術還是“世俗”的垂直機場考慮?
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