01  引言

 

　　碳纖維密度小，比鋼結(jié)構(gòu)減重50%，比鎂和鋁合金結(jié)構(gòu)減重30%；碳纖維的碰撞吸能效率是鋼的6至7倍、鋁的3至4倍。因此，碳纖維這種強(qiáng)度高而密度低的復(fù)合材料成為車企的不二選擇。

 

　　近年來，隨著我國汽車制造行業(yè)對環(huán)保節(jié)能要求的不斷提高，汽車輕量化逐漸成為發(fā)展趨勢。對于燃油車而言，輕量化有助于節(jié)能減排。汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%。對于新能源汽車而言，輕量化可以提升續(xù)航里程。研究表明，若新能源汽車減重100kg，續(xù)航里程將提升10%-11%，同時降低20%的電池成本和日常損耗成本。

 

　　除了輕量化這一不言而喻的優(yōu)勢外，碳纖維汽車零部件還能提高汽車的各種性能，如安全性能、駕駛性能、減震性能、疲勞耐久性能、耐候性能；由于碳纖維材料可設(shè)計性好，可將汽車零部件集成設(shè)計，簡化裝配；增加產(chǎn)品美感，提高產(chǎn)品的差異化競爭力，提升產(chǎn)品附加值。

 

　　由于空中飛行汽車（eVTOLs）主要以電池為動力系統(tǒng)，所以輕量化在多個方面都是必要的（即制造更輕的部件，并選擇更少部件的設(shè)計）。除此之外，空中汽車對結(jié)構(gòu)也有嚴(yán)格的要求。正因?yàn)槿绱?，?fù)合材料是空中汽車制造商一個明顯的解決方案。

 

　　02  NEC公司的飛行汽車

 

　　

 

　　圖1 NEC開發(fā)的飛行汽車

 

　　日本電氣公司（NEC）在千葉縣新設(shè)立的試驗(yàn)場中，首次對記者公開了其公司開發(fā)的新一代移動工具“飛行汽車”原型機(jī)。

 

　　報道稱，在試驗(yàn)中，由碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)輕量化的無人原型機(jī)在幾分鐘內(nèi)上升到了約3米的高度，在空中穩(wěn)定停留了大約一分鐘。該公司表示，希望此技術(shù)在2023年實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸?shù)膶?shí)用化。

 

　　試驗(yàn)機(jī)全長約3.9米，寬約3.7米，高約1.3米，依靠電池和馬達(dá)驅(qū)動，使用四個旋轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行。由于使用了碳纖維復(fù)合材料(CFRP)作為硬殼式車身，所以試驗(yàn)機(jī)的重量被控制在了150公斤左右，據(jù)稱它還可以承載300公斤左右的行李。但是此次飛行試驗(yàn)中并沒有搭載人。

 

　　

 

　　圖2 在千葉縣試驗(yàn)場試驗(yàn)的樣機(jī)

 

　　

 

　　圖3 飛行汽車全長3.9米，寬3.7米，高1.3米

 

　　四個轉(zhuǎn)子分別由輸出功率為30kW的電機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)子具有可變螺距的功能，用于姿勢控制的是基于模型的PID控制。

 

　　動力采用聚合物鋰二次電池，將96個電池單元每6個匯總為一個“堆棧”，串聯(lián)連接16個堆棧，每個堆棧的容量為10Ah。

 

　　NEC公司國家安全解決方案事業(yè)部長岡田浩二說：“利用在航空航天和5G領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，將來提供自主飛行所需的管理基礎(chǔ)是本次試制機(jī)開發(fā)的目標(biāo)。”

 

　　

 

　　圖4 飛行器的轉(zhuǎn)子

 

　

 

　　圖5 鋰電池箱

 

　　03  日本SkyDrive公司的小型飛行汽車

 

　　日本愛知縣豐田市SkyDrive公司向媒體展示了一架載人（雙人）飛行汽車，車體采用由東麗公司提供的碳纖維復(fù)合材料（CRRP），這款產(chǎn)品長度在4米左右，目前還處于測試階段。

 

　　面對日益擁堵的交通環(huán)境，由二維的地面交通升級為三維的空中交通確實(shí)是一個極佳的解決方案，而此次SkyDrive推出的飛行汽車就能很好的解決這個問題。

 

　　

 

　　圖6 SkyDrive公司SD-03型飛行汽車

 

　　SkyDrive的發(fā)展愿景是讓這款飛行汽車在2023前研發(fā)成功，不過目前這款產(chǎn)品的飛行時間僅為5-10分鐘，如果其飛行時間能夠突破30分鐘，那么將具有極大的市場潛力。SkyDrive的目標(biāo)是在2025年在大阪萬博會上正式提供服務(wù)。在開發(fā)中，機(jī)體的輕量化是最重要的，東麗公司擁有的碳纖維復(fù)合材料(CFRP)為其提供了強(qiáng)有力的支持。

 

　　

 

　　圖7 SkyDrive公司SD-05型

 

　　SD-05的航行不需要道路和鐵路，也不用擔(dān)心堵車或事故造成的延誤。可以利用公園、車站廣場、便利店、購物中心、大樓屋頂?shù)痊F(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行起降。像汽車一樣簡單的操作，將來可通過智能手機(jī)操作和自主飛行，這樣掀起一個移動性革命。

 

　　事實(shí)上，該公司的技術(shù)得到了全世界的高度評價。該本公司進(jìn)行的公開載人飛行試驗(yàn)在世界112個國家被報道，在2022年9月于舊金山舉行的世界最大規(guī)模的創(chuàng)業(yè)世界杯比賽中，在70多個國家和地區(qū)參加的情況下，SkyDrive獲得了亞軍。

 

　　SkyDrive飛行汽車的特點(diǎn)是：

 

　?、儆捎诓捎秒妱?，成本低且低噪音；在150米上空飛行時的噪音，直升機(jī)為80分貝，而飛行汽車為65分貝，甚至比在地面相隔150米處行駛的轎車（69dB）都安靜。

 

　?、?容易駕駛，也可以自動駕駛；

 

　　③因?yàn)榭梢源怪逼鸾?，所以可以?shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的移動，所需要的基礎(chǔ)設(shè)施簡單緊湊。

 

　　

 

　　圖8 SkyDrive飛行試驗(yàn)

 

　　除此之外，SD-05還有很多其他優(yōu)勢。例如，機(jī)體的零件數(shù)在1——2萬件左右。與大型客機(jī)的300萬個和直升飛機(jī)機(jī)的10萬個相比，零件數(shù)量大幅度減少。重量也只有普通直升機(jī)的三分之一左右，非常輕。因此可以大幅降低制造成本和維護(hù)成本，所以運(yùn)營商可以低成本提供相應(yīng)的服務(wù)。而且因?yàn)槭请妱拥?，所以CO2排放也為零，環(huán)境友好。

 

　　

 

　　圖9 SkyDrive將亮相2025大阪世博會

 

　　雖然SD-05是SkyDrive的第一款將接受型號認(rèn)證評估的車輛，但該公司表示，其生產(chǎn)型號將是新版本的SD-XX飛機(jī)。與SD-05一樣，SD-XX將是一種全電動的兩座個人eVTOL，配有八個螺旋槳。SkyDrive表示，SD-XX的最大巡航速度為100公里/小時 (62英里/小時)，飛行時間為20到30分鐘，最大飛行高度為500米 (1640英尺)。

 

　　

 

　　圖10 SkyDrive SD-XX型全碳纖維車身

 

 

　　城市空中出行是未來城市交通的重要組成部分，主要運(yùn)用電動垂直起降飛行器進(jìn)行人員或物資在低空城市內(nèi)或短距城際間的運(yùn)送。城市空中出行將大幅緩解城市的交通壓力，讓人員與物資以更高效更安全的方式到達(dá)目的地。

 

　　據(jù)摩根士丹利預(yù)測，全球飛行汽車市場規(guī)模將在2030年達(dá)到3000億美元，2040年驟增至1.5萬億美元。