空中出租车：限制主要是关于电池，还有更多

小型空中出租车——通常称为垂直起降飞机 (VTOL)——几十年来一直在梦想和愿望清单上。它们在 1960 年代的动画电视连续剧《杰森一家》中广为人知，该剧仅播出了几年，却吸引了一批忠实的追随者，此后一直在重播。Jetson 一家可以乘坐名为 Space Car 的私人空中出租车从一个地方跳到另一个地方，它的燃料和动力装置细节从未明确，但这并不重要。

快进到 21世纪，VTOL 的梦想在明确定义的推进方式(即可充电电池和电动机)下非常活跃。大约有十几家公司正在进行设计，它们的阶段从粗略的原型到准备测试和认证的单元(这是一个非常大的考虑因素)。电源的来源和使用是其设计挑战的主要因素。

传统的气动小型直升机使用单个主旋翼、一个小型尾旋翼，并且通常使用某种前推力发动机。对于这些 VTOL，使用由电动机驱动的电池和转子(风扇)使这些设计在布置这些元件方面具有相当大的自由度，这反映在正在开发的单元中。一些设计使用较少的较大风扇，而另一些则使用大量较小的风扇。

哪种方法“更好”?这是经典的工程权衡方案，每种安排在效率、起重能力、容量等因素方面都有利有弊。没有最佳答案，就像大多数复杂和简单的设计一样。这些权衡必须在 VTOL 目标的范围内进行探索，包括航程、乘客数量(2?4?6?)和巡航速度。

我一直关注这些电动 VTOL (EVTOL) 作为多方面复杂设计挑战的示例，但我发现的大部分材料都没有帮助。有通常“喘不过气来”的文章说这些即将到来，我们的生活将永远改变;有一些不错的概述，但缺乏数字和分析;有一些作者持怀疑态度并提供了充分的理由进行分析。

幸运的是，我在可靠的出版物中看到了一篇技术重点突出的三页文章和两页补充，该文章对关键因素以及它们如何与各种 EVTOL 可能性进行交互提供了深入的了解。首先，它概述了三种基本设计：1)分布在飞机上的多个旋翼;2)升力加巡航，一组旋翼用于垂直飞行，另一组用于巡航;3) 矢量推力，其中飞机的电机子系统用于垂直和水平飞行。

文章还定义和分析了起飞和飞行的关键参数和品质因数，并解释了这些参数如何影响所需的电池能量和功率。其中的因素是“盘负载”，即最大起飞质量与总转子盘面积(千克/平方米)的比率，而水平飞行功率要求受“升阻比”的影响。还有比能量 (W-hr/kg) 和比功率 (kW/kg) 要求，它们表征了垂直起飞所需的能量爆发。另一个明显的因素是能源效率，定义为每单位承载的单位有效载荷的单位距离的能源消耗。

为了使他们的项目“真实”，研究人员查看了五个正在开发的具有不同安排和能力的特定 EVTOL，以便很好地了解潜在性能和所需资源的分布。这是一个复杂的情况，许多因素和自由度之间存在许多相互作用。

好消息和坏消息是，研究人员得出的结论是，所需的电池技术还没有完全成熟，但对于一些性能要求严格受限的 EVTOL 设计来说已经接近了。对于其他人来说，这要远得多。我怀疑本研究中引用的初创企业会有不同的评估。

即使 EVTOL 的纯工程问题得到了解决——而且我不会在这里做出任何预测——它们的真正问题可能在地面上。《华尔街日报》的一篇富有洞察力的文章阐述了所谓的“垂直机场”的选址和运营问题，这些“垂直机场”必须提供充电、基本维护、地面处理、乘客开/关路径等。

说您只需在大后院、办公园区甚至屋顶起飞/降落这些设备很容易但过于简单，但是还有许多实际的“地面”问题必须得到承认、解决和解决，此外到监管部门的批准。构建处理 VTOL 的基础设施并非易事，尤其是在每个模型都有不同的安排和地面要求的情况下。

您对 EVTOL 有何看法?即将到来，还是他们总是“即将到来”?他们的成功或失败是由于电池技术还是“世俗”的垂直机场考虑?