飞行汽车：开启未来空中交通“新纪元”

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飞行汽车，这个曾经只存在于科幻小说中的概念，如今正逐渐变为现实。作为一名长期从事飞行汽车研究的科研工作者，我有幸见证了这一领域从萌芽到蓬勃发展的全过程。

飞行汽车并不是一个全新的概念，它的历史可以追溯到1917年，当时世界上第一辆飞行汽车诞生。然而，真正让飞行汽车焕发生机的是近15年来新能源汽车技术的发展。特别是电动化、智能化技术的突破，赋予了飞行汽车新的形态和功能。分布式电驱动和垂直起降技术的出现，使得飞行汽车从概念走向现实成为可能。

飞行汽车的应用场景非常广泛，主要集中在以下四个方面。一是立体交通，在大城市中，交通拥堵是一个普遍问题。飞行汽车可以拓展城市交通空间，大幅提高出行效率，缓解地面交通压力。二是应急救援，飞行汽车可以搭载应急设备和物资，实现高效的救援和物流救援，特别是在偏远或难以到达的地区。三是低空物流，飞行汽车在低空物流方面有着巨大潜力，如物资运输、外卖、生鲜、医护用品的及时配送等。目前，全国已有超过40条无人机航线，覆盖平原和高原，实现了从前难以想象的配送速度。四是观光体验与商务出行，飞行汽车还可以用于观光体验和商务出行，提供更加便捷和高端的出行方式。

尽管飞行汽车前景广阔，但其发展仍面临诸多挑战。第一，在安全性方面，飞行汽车的安全性是首要问题，涉及系统性设计、智能安全、气动布局设计等多个方面。低噪声的优化设计尤为重要，因为高噪声会严重影响飞行汽车在城市中的应用，我们正在研究低噪声桨叶设计和气动布局优化，以减少噪声污染。飞行汽车在飞行过程中会遇到各种干扰，如风速变化、气流扰动等，我们需要开发鲁棒性强的控制系统，确保飞行汽车在各种条件下都能稳定飞行。

第二，在能源动力方面，能源动力是飞行汽车发展的关键瓶颈。目前，飞行汽车大多采用能量密度约为250-350Wh/kg的动力电池，要实现更长的航程，必须采用更高能量密度的电池。目前，飞行汽车的混合动力系统包括柴油发动机混动、涡轴发动机混动和氢燃料电池混动等，大多适用于地面车辆，但真正适用于飞行汽车的200-600kW的混动系统仍需进一步研发。

第三，在推进系统方面，推进系统是飞行汽车的关键技术之一，包括高效的气动单元和高功率密度的电机。们正在研究分布式多旋翼和涵道旋翼的气动设计和高性能复合材料的制备工艺，以实现轻量化和低噪声的桨叶设计。在高功率密度电机方面，我希望达到100-200kW的功率等级，功率密度能达到7-10kW/kg的目标。为此，我们正在研究超导强磁材料和结构轻量化技术，以实现高功率密度和高效率的电机设计。

第四，在智能行驶技术方面，智能行驶技术是保证飞行汽车安全高效运行的关键，这涉及到复杂的城市环境下的飞行控制、感知、底盘和操控等多个方面。例如我们正在开发动态响应模型，实现对风和近地面干扰的精准预测和控制，开发多域全局规划算法，实现飞行汽车的自主导航和避障。

第五，在智能管控方面，需要构建低空智能网联和智慧空域管理系统，实现空地一体化的监控和信息共享。

飞行汽车的发展离不开政策的支持和市场的推动。近年来，多个国家和地区纷纷出台相关政策，鼓励低空经济和飞行汽车的发展。例如，美国联邦航空管理局发布了关于低空交通的实施方案，英国交通部也推出了“飞行未来”行动计划。在中国，低空经济也被纳入《国家综合立体交通网规划纲要》等重要文件中，政策的推动为飞行汽车的发展提供了有力保障。

据测算，2023年中国低空经济的规模已经超过5000亿元，预计到2026年将达到万亿级产业。权威咨询机构和摩根士丹利预测，飞行汽车在未来20年将有爆发性增长，形成万亿美元级的庞大市场。

展望未来，飞行汽车将成为智慧城市的重要组成部分，推动交通出行方式的革命性变革。作为科研工作者，我深感责任重大，将继续致力于飞行汽车的技术创新和应用推广，为实现这一美好愿景贡献力量。

（作者：项昌乐，系中国工程院院士、大连理工大学党委书记，高雅丽整理）

来源： 光明网-科普中国