當電動空中計程車革命到來時，您可能聽不到它的聲音。電動垂直起降飛行器 (eVTOL) 的一個顯著特點是其飛行時的靜謐性，在典型的城市交通噪音中幾乎不引人注意。與直升機不同，它沒有震耳欲聾的 90 分貝“砰、砰、砰”聲。相比之下，eVTOL 飛機使用多個小型螺旋槳，其旋轉速度僅為直升機旋翼的一半——避免了大型旋轉葉片產生的惱人的低頻脈衝聲。
電動馬達比直升機的渦輪發動機更安靜，這也幫助將噪音降至最低。“最新的空中計程車設計，例如 Joby 和 Archer 等領先製造商的設計，與直升機相比，噪音水平降低了 20 到 25 分貝，”領導 NASA X-57 Maxwell 電動飛機開發的開拓性工程師 Mark Moore 說。這意味著 eVTOL 對附近的聽眾來說可能噪音低四到五倍。除了提供更安靜的飛行外，這些新機器還應比直升機更安全、更環保、更便宜。Moore 認為，電動空中計程車非常適合航空業所謂的城市空中交通 (UAM) 服務，使通常交通擁堵的旅客能夠“利用第三維度逃離地面上的螞蟻蹤跡”。
過去十年中，已成立了二十多家主要的 eVTOL 製造商，其中一些公司正接近獲得美國聯邦航空管理局或其歐洲對等機構——歐洲聯盟航空安全域性 (EASA) 的商業認證。每家公司都在致力於其自主研發的飛機設計，但所有公司都有相同的目標：提供不超過 18 至 25 英里的按需空中旅行——這是第一代電池電動 eVTOL 計程車的“最佳”航程範圍。這些短途、高速的飛行可以將通勤者運送於市中心和機場之間，或運輸貨物和包裹。軍方可能需要 eVTOL 用於傷員後送或後勤補給。其他潛在用途包括空中救護、捐贈器官運送和警察運輸，以及定期班車和生態旅遊——當然還有個人飛行汽車。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱以支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來繼續產出關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的報道。
分散式電力推進
2016 年，Uber Elevate（拼車公司的空中計程車分支機構）的聯合創始人 Moore 和他的同事在一份題為“快進到按需城市空中交通的未來”的開創性白皮書中概述了新興行業的基本商業模式。它透過宣佈必要的技術終於到來，從而激發了新興的 UAM 行業。Moore 回憶說，“以前的科幻小說”突然變成了一項正在進行的事業。Uber Elevate 很快聚集了潛在的參與者，包括新興的飛機制造商、航空公司、汽車製造商和運輸服務提供商，以及潛在的融資者和垂直起降機場（垂直起降飛機的機場）的運營商。
隨之而來的是涉及矽谷億萬富翁和大公司的鉅額融資交易，僅在 2020 年第一季度就籌集了超過 10 億美元。但在經歷了一段動盪的炒作和過度擴張時期後，Uber 的空中計程車業務在同年急轉直下，迫使該公司將其 Elevate 部門出售給位於加利福尼亞州聖克魯斯的電動飛機公司 Joby Aviation。然而，到那時，電動空中計程車行業已經建立了一個基於可行技術的連貫商業計劃：分散式電力推進。
在分散式電力推進中，多個小型電力推進器（單個螺旋槳，每個螺旋槳都有自己的電動驅動馬達）沿著機翼、尾翼或機身放置，它們協同工作以產生推力、升力和控制力。“關鍵是它們使新型旋翼飛機設計能夠滿足城市地區的噪音和排放法規，”弗吉尼亞州 Aurora Flight Sciences 公司前執行長、航空先驅 John Langford 說。該公司現已被波音公司收購，建造了幾架早期的電動飛機和 eVTOL，主要用於五角大樓。
降噪並非這種推進方法的唯一好處。Moore 說，與只有一個或兩個旋翼的直升機不同，多個螺旋槳提供了安全冗餘。如果一個推進器發生故障，其他推進器可以承擔負荷。他指出，與排放化石燃料尾氣的直升機渦輪發動機不同，“電動機是低排放或零排放的。”
然而，創造這些飛行器的工程師和設計師不能簡單地用電動機替換渦輪機。“在許多情況下，更換為電力意味著效能降低，”Langford 指出。“電池的低能量密度意味著電動飛機最適合短程任務——不到 200 英里，通常遠低於這個距離。”但他補充說，eVTOL 的高效率和低維護需求可能意味著更低的運營成本——這對電動空中計程車的支持者來說是一個巨大的吸引力。
因此，所有設計的關鍵是最大限度地減輕重量，以避免電池負擔過重——電池是 eVTOL 系統中最薄弱的環節——尤其是在起飛和懸停期間。目前許多 eVTOL 飛機正在最佳化，以用 10 到 20 分鐘的空中計程車行程（飛行速度可能為 150 英里/小時）取代 60 到 90 分鐘的汽車通勤。這就是為什麼幾乎所有空中計程車設計都採用輕型碳複合材料機身的原因。
空中計程車分類
全球正在研發數百種不同的空中計程車，按其通用設計對其進行分類非常有用。聖何塞 Archer Aviation 公司的首席技術官 Tom Muniz 非常適合提供這種空中計程車分類。他是多家 eVTOL 企業的資深人士，包括 Zee.Aero、Kittyhawk 和 Wisk Aero（後者現已被波音公司所有）。
“最簡單的類別是多旋翼 eVTOL，”Muniz 說。“它們類似於標準無人機，因為它們有多個升力螺旋槳，但沒有機翼，這限制了航程和速度。”他指出，由於沒有機翼產生高空氣動力升力的能力，多旋翼飛機往往比其他型別更嘈雜。
德國的 Volocopter 和中國的億航是兩家生產小型多旋翼 eVTOL 的公司。在即將到來的巴黎夏季奧運會上，Volocopter 希望在其雙座 VoloCity 演示機上，在最近完工的五個市政垂直起降機場之間運送乘客。與此同時，中國民用航空局最近批准億航大規模生產其無人駕駛 EH216-S eVTOL，該 eVTOL 可以在攜帶兩名乘客的同時自主執行。
Muniz 解釋說，就技術複雜性而言，接下來是“升力-巡航”設計。這些飛機將多旋翼佈局與傳統的固定翼飛機配置相結合，從而實現更遠的航程和更高的速度。通常，飛機周圍的一系列朝上的螺旋槳在起飛期間產生垂直升力。Muniz 說，後部的一個或多個固定推進螺旋槳然後將飛機向前推進，過渡到節能的機翼升力。當需要著陸時，升力螺旋槳再次接管。
來自空中客車 UAM（歐洲跨國航空航天公司德國分部）的 CityAirbus NextGen eVTOL 原型機是一款新型升力-巡航空中計程車，預計將於 2024 年底升空。它可容納一名飛行員和三名乘客，最大航程為 50 英里，巡航速度為 75 英里/小時。另一款升力-巡航 eVTOL 是最近獲得認證的上海 AutoFlight 公司的 4,400 磅重、五座 Prosperity。今年早些時候，一架測試飛機完成了中國城市深圳和珠海之間的 20 分鐘城際飛行——這段路程開車需要三個小時。
在新空中計程車設計中，一個值得注意的競爭者根本不是 eVTOL，而是 eSTOL——一種電動（或極限）短距起降飛機，由 Langford 目前的公司 Electra.aero（位於弗吉尼亞州馬納薩斯）開發。Electra 的雙座混合動力 eSTOL 演示機 EL-2 Goldfinch 類似於一架靈活、低速的農作物噴粉飛機。但 Goldfinch 最近表明，它可以安全地從不到 170 英尺長的簡易機場起飛——比標準固定翼飛機所需的跑道短得多。（相比之下，一架滿載的塞斯納 172，一種常見的小型飛機，通常需要約 960 英尺的跑道。）
Langford 解釋說，“Goldfinch 沿機翼前緣安裝了八個電動螺旋槳，透過將空氣吹過機翼來顯著提高升力，從而提高了有效空速，進而提高了它們產生的空氣動力升力。”他補充說，這種額外的升力“有助於實現超短、低速著陸”。Electra 的“吹氣升力”eSTOL 原型機與像客機一樣延伸的大型襟翼，以及用於控制的超大水平尾翼穩定器一起，為九座商業版鋪平了道路。Langford 說，這種更大的飛機應該能夠從 295 英尺長的場地起飛——這種佈局可以適應曼哈頓目前的一些河畔直升機場。
Joby 和 Archer
升力-巡航 eVTOL 的一種更復雜的變體是“向量推力”型別，其中鉸接式推進器傾斜以根據需要提供垂直或水平推力，Archer 的 Muniz 說。他指出，他公司的 Midnight 飛行器和 Joby Aviation 的 S4 2.1 eVTOL 是主要的例子。
Archer 的 Midnight 是一款 6,500 磅重的飛行器，可容納一名飛行員和四名乘客，機翼和尾翼上有十幾個朝前的電動螺旋槳。六個傾斜螺旋槳提供垂直起降的升力以及向前運動的推力；六個固定升力螺旋槳僅在垂直飛行期間執行。該公司表示，這款飛行器可以達到高達 150 英里/小時的速度。Joby 的 eVTOL，名為 S4 2.1，是一款 4,800 磅重的飛行器，可容納一名飛行員和四名乘客，由六個傾斜推進器驅動。*它的最高速度為 200 英里/小時。
這兩家公司都加入了美國空軍 AFWERX Agility Prime 計劃，該計劃正在花費數億美元購買空中計程車，供 NASA 工程師進行測試和評估。Joby 公司飛機 OEM（原始裝置製造商）總裁 Didier Papadopoulos 說，去年 9 月，Joby 向愛德華茲空軍基地交付了其首架生產原型 eVTOL 飛機。
根據 Joby 的商業模式（基於 Uber 龐大的叫車資料庫），空中計程車需要以每乘客英里約 3 美元的成本運營才能盈利。Papadopoulos 說，Joby 計劃全天運營，僅有 6 到 8 分鐘的短暫停留時間來轉移乘客和為電池充電。他補充說，考慮到成本緊張和專業需求，公司工程師正在內部開發飛機的所有元件。Muniz 表示，這種垂直整合的供應鏈與 Archer 成本較低的方法形成對比，後者使用了許多現成的元件，除了電機、電池和控制計算機。Archer 選擇使用特斯拉驗證過的“汽車式”圓柱形鋰離子電池，而據報道，Joby 則選擇了使用更緊湊、更輕巧的袋式電池的鋰鎳鈷錳氧化物電池組。
Moore 將這兩款不同來源的機器視為“法拉利與豐田凱美瑞”。這兩種飛行器或它們的眾多競爭對手中的任何一種能否在旅行公眾中獲得廣泛的客戶接受，還有待觀察。
*編者注（2024年6月17日）：釋出後編輯了這句話，以更正 Joby Aviation S4 2.1 飛機可搭載的乘客人數。