評(píng)估飛行汽車(chē)在可持續(xù)交通中的作用

在20世紀(jì)60年代，動(dòng)畫(huà)情景喜劇The Jetsons，George Jetson在他的家庭大小的飛行汽車(chē)上工作，在旅行結(jié)束時(shí)奇跡般地變成了一個(gè)公文包。

一項(xiàng)關(guān)于飛行汽車(chē)的環(huán)境可持續(xù)性影響的新研究，正式稱(chēng)為電動(dòng)垂直起降飛機(jī)，或垂直起降飛機(jī)，發(fā)現(xiàn)它們不適合Jetsons式的短途通勤。

然而，根據(jù)定于4月9日出版的“ 自然通訊 ”研究報(bào)告，垂直起飛和著陸的便利性(如直升機(jī)與飛機(jī)的高效空氣動(dòng)力學(xué)飛行)相結(jié)合，可以在長(zhǎng)途旅行的可持續(xù)機(jī)動(dòng)性中發(fā)揮作用。。世界各地的幾家公司正在開(kāi)發(fā)VTOL原型。

根據(jù)密歇根大學(xué)可持續(xù)系統(tǒng)中心和福特汽車(chē)公司的研究作者的說(shuō)法，飛行汽車(chē)在擁擠的城市或地理位置受限的地方尤其有價(jià)值，作為乘車(chē)共享出租車(chē)服務(wù)的一部分。

“對(duì)我而言，在某些情況下，VTOL在能源使用和溫室氣體排放方面具有競(jìng)爭(zhēng)力是非常令人驚訝的，”該研究的高級(jí)作者，密歇根大學(xué)環(huán)境學(xué)院可持續(xù)系統(tǒng)中心主任Gregory Keoleian說(shuō)。和可持續(xù)發(fā)展。

他說(shuō)：“完全占用的垂直起降能力可以超越地面車(chē)輛，例如從舊金山到圣何塞或從底特律到克利夫蘭的旅行。”

UM-Ford研究是對(duì)VTOLs的首次全面可持續(xù)性評(píng)估，研究了與地面乘用車(chē)相比，VTOL的能源使用，溫室氣體排放和時(shí)間節(jié)省。盡管垂直起降在飛行期間產(chǎn)生零排放，但它們的電池需要發(fā)電廠產(chǎn)生的電力。

研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)于100公里(62英里)的行程，載有飛行員和三名乘客的滿(mǎn)載VTOL的溫室氣體排放量低于地面車(chē)輛，平均車(chē)輛占用率為1.54。與VTOL相關(guān)的排放量比汽油車(chē)低52%，比電動(dòng)汽車(chē)低6%。

該研究的第一作者，密歇根大學(xué)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學(xué)院的研究生Akshat Kasliwal表示，這些研究結(jié)果可以幫助指導(dǎo)新興移動(dòng)系統(tǒng)在商業(yè)化之前的可持續(xù)部署。

“通過(guò)這些垂直起降運(yùn)動(dòng)，有機(jī)會(huì)相互協(xié)調(diào)可持續(xù)性和商業(yè)案例，”Kasliwal說(shuō)。“不僅乘客的高排放量更適合排放，而且還有利于飛行汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性。此外，考慮到飛行與駕駛相比可節(jié)省大量時(shí)間，消費(fèi)者可以通過(guò)激勵(lì)來(lái)分享旅行。”

在未來(lái)幾十年，全球交通運(yùn)輸部門(mén)面臨著滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的便捷乘客交通需求，同時(shí)減少擁堵，改善安全和減緩氣候變化的挑戰(zhàn)。

電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛可能有助于實(shí)現(xiàn)其中一些目標(biāo)，但受到現(xiàn)有道路擁堵的限制。VTOL可以通過(guò)實(shí)施駕駛出租車(chē)服務(wù)或其他城市和區(qū)域航空旅行服務(wù)來(lái)克服其中一些限制。

一些航空航天公司和創(chuàng)業(yè)公司 - 例如空客，波音，Joby Aviation和Lilium--以及NASA等機(jī)構(gòu)已開(kāi)發(fā)出VTOL原型。這些飛機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵效率促成因素是分布式電力推進(jìn)或DEP，其涉及使用若干小型電驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器。

UM和福特研究人員利用這些來(lái)源和其他人公開(kāi)提供的信息，創(chuàng)建了一個(gè)基于物理的模型，用于計(jì)算電動(dòng)垂直起降的能源使用和溫室氣體排放。

“我們的模型代表了垂直起降空間的一般趨勢(shì)，并使用來(lái)自多項(xiàng)研究和飛機(jī)設(shè)計(jì)的參數(shù)來(lái)指定重量，升阻比和電池特定能量，”Noah Furbush說(shuō)，研究合著者和碩士研究生密歇根大學(xué)工程學(xué)院。

“此外，我們進(jìn)行了敏感性分析，以探索這些參數(shù)的界限，以及其他因素，如電網(wǎng)碳強(qiáng)度和風(fēng)速，”Furbush說(shuō)，他也是UM足球隊(duì)的成員。

該研究開(kāi)始時(shí)，Kasliwal和Furbush是福特的暑期實(shí)習(xí)生。在福特 - 密歇根大學(xué)聯(lián)盟資助的幫助下，學(xué)生們回到安娜堡時(shí)，工作仍在繼續(xù)。

研究人員分析了VTOL飛行的五個(gè)階段的主要能源使用和溫室氣體排放：起飛懸停，爬升，巡航，下降和著陸懸停。這些飛機(jī)在起飛和爬升期間使用大量能量，但在巡航階段相對(duì)有效，以150英里/小時(shí)的速度行駛。因此，當(dāng)巡航階段占據(jù)總飛行里程時(shí)，VTOL在長(zhǎng)途旅行中最節(jié)能。

但對(duì)于短途行程 - 任何小于35公里(22英里)的行程 - 與單人乘坐的垂直起降車(chē)相比，單人乘用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)輛使用的能源更少，產(chǎn)生的溫室氣體排放更少。這是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)槠骄孛孳?chē)輛通勤僅約17公里(11英里)。

研究報(bào)告的共同作者，密歇根大學(xué)環(huán)境學(xué)院的研究生Jim Gawron說(shuō)：“因此，垂直起降比汽油車(chē)更具可持續(xù)性的旅行僅構(gòu)成了在地面上每年行駛的車(chē)輛總里程數(shù)的一小部分。”和可持續(xù)發(fā)展以及羅斯商學(xué)院。“因此，VTOL將在可持續(xù)移動(dòng)系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)和作用受到限制。”

毫不奇怪，VTOL完成了比地面車(chē)輛快100公里的基本行程。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)垂直起降飛行路徑與更高的速度相結(jié)合，相對(duì)于地面車(chē)輛節(jié)省了大約80%的時(shí)間。

“一般來(lái)說(shuō)，飛機(jī)電氣化將在不久的將來(lái)從根本上改變航空航天業(yè)，”Furbush說(shuō)。

該研究的作者指出，還需要解決許多其他問(wèn)題，以評(píng)估垂直起降物的可行性，包括成本，噪音以及社會(huì)和消費(fèi)者的接受程度。