评估飞行汽车在可持续交通中的作用

评估飞行汽车在可持续交通中的作用

在20世纪60年代的动画情景喜剧《杰森一家》中，乔治·杰森开着他的家庭式飞车上下班，在旅途结束时，这辆车奇迹般地变成了一个公文包。一项关于飞行汽车对环境可持续性影响的新研究发现，它们不适合捷豹式的短途通勤。飞行汽车的正式名称是电动垂直起降飞机(VTOLs)。然而，根据这项计划于4月9日发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究，VTOLs可以像直升机那样将垂直起降的便捷性与飞机高效的空气动力学飞行结合起来，在可持续的长距离移动方面扮演一个小角色。世界上有几家公司正在开发VTOL原型机。

密歇根大学可持续系统中心(University of Michigan's Center for Sustainable Systems)和福特汽车公司(Ford Motor Co.)的研究报告作者说，作为拼车服务的一部分，飞行汽车在拥堵的城市或受地理限制的地方将尤其有价值。“对我来说，看到vtol在某些情况下在能源使用和温室气体排放方面具有竞争力是非常令人惊讶的，”该项研究的高级作者、密歇根大学环境与可持续发展学院可持续系统中心主任Gregory Keoleian说。他说:“例如，从旧金山到圣何塞或从底特律到克利夫兰的旅程中，VTOLs的满员率可能超过地面车辆。”

福特大学的这项研究是对汽车行驶里程进行的第一次全面可持续评估，研究了与地面客车相比，汽车行驶里程的能源使用、温室气体排放和时间节省。虽然VTOLs在飞行过程中零排放，但它们的电池需要发电厂发电。研究人员发现，在100公里(62英里)的旅程中，满载一名飞行员和三名乘客的VTOL比平均载客量为1.54的地面车辆排放的温室气体更少。与VTOL相关的排放量比汽油汽车低52%，比纯电动汽车低6%。

该项研究的第一作者、密歇根大学环境与可持续发展学院的研究生Akshat Kasliwal说，这些发现可以帮助指导一个新兴的移动系统在商业化之前的可持续部署。Kasliwal说:“有了这些vtol，就有机会将可持续发展和商业案例相结合。”“高客座率不仅有利于减排，也有利于飞行汽车的经济性。此外，考虑到坐飞机比开车节省了大量时间，消费者可能会被鼓励分享旅程。”

在未来几十年，全球交通部门面临的挑战是，一方面要满足日益增长的方便乘客出行的需求，另一方面要减少拥堵、改善安全和缓解气候变化。电动汽车和自动驾驶可能有助于实现其中一些目标，但现有道路的拥堵限制了这些目标的实现。VTOLs可以通过启用试点出租车服务或其他城市和区域航空旅行服务，潜在地克服其中的一些限制。几家航空公司和初创公司——例如空客(Airbus)、波音(Boeing)、佐比航空(Joby Aviation)和莉莉安(Lilium)——以及美国宇航局(NASA)等机构已经开发出了VTOL原型机。这些飞机的一个关键效率促进器是分布式电力推进(DEP)，它涉及到几个小型电力驱动推进器的使用。

密歇根大学和福特大学的研究人员利用这些来源和其他来源的公开信息，创建了一个基于物理的模型，计算电力vtol的能源使用和温室气体排放。“我们的模型代表了垂直起降空间的总体趋势，使用了来自多个研究和飞机设计的参数来指定重量、升阻比和电池特定的能量，”该研究的合著者、密歇根大学工程学院(U-M College of Engineering)硕士研究生诺亚·弗布什(Noah Furbush)说。“此外，我们还进行了敏感性分析，探索这些参数的界限，以及网格碳强度和风速等其他因素，”弗布什说，他也是密歇根大学足球队的成员。

研究开始时，卡斯利瓦尔和弗布什还是福特的暑期实习生。在福特-密歇根大学联盟的资助下，学生们回到安娜堡后，这项工作仍在继续。研究人员分析了垂直起降飞行器起飞悬停、爬升悬停、巡航悬停、下降悬停和降落悬停五个阶段的一次能源使用和温室气体排放。这些飞机在起飞和爬升过程中消耗了大量能量，但在巡航阶段相对高效，时速可达150英里。因此，VTOLs在长途旅行中是最节能的，当巡航阶段主导了总飞行里程。

但是对于短途旅行——任何小于35公里(22英里)的地方——单人内燃机车比单人VTOLs使用更少的能源，产生更少的温室气体排放。这是一个重要的考虑因素，因为地面车辆的平均通勤距离只有17公里(11英里)。研究报告的撰写者之一、密歇根大学环境与可持续发展学院(U-M School for Environment and Sustainability)和罗斯商学院(Ross School of Business)的研究生吉姆?“因此，VTOLs在可持续移动系统中的贡献和作用将受到限制。”

不足为奇的是，VTOL完成了100公里的基箱飞行，比地面车辆快得多。点对点垂直起降(VTOL)飞行路线，加上更高的速度，与地面车辆相比，节省了大约80%的时间。弗布什说:“总的来说，飞机电气化有望在不久的将来从根本上改变航天工业。该研究的作者指出，还需要解决许多其他问题来评估VTOLs的可行性，包括成本、噪音以及社会和消费者的接受程度。