評估飛行汽車在可持續(xù)交通中的作用

在20世紀60年代，動畫情景喜劇The Jetsons，George Jetson在他的家庭大小的飛行汽車上工作，在旅行結(jié)束時奇跡般地變成了一個公文包。

一項關(guān)于飛行汽車的環(huán)境可持續(xù)性影響的新研究，正式稱為電動垂直起降飛機，或垂直起降飛機，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 ”研究報告，垂直起飛和著陸的便利性(如直升機與飛機的高效空氣動力學飛行)相結(jié)合，可以在長途旅行的可持續(xù)機動性中發(fā)揮作用。。世界各地的幾家公司正在開發(fā)VTOL原型。

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

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

他說：“完全占用的垂直起降能力可以超越地面車輛，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VTOLs的首次全面可持續(xù)性評估，研究了與地面乘用車相比，VTOL的能源使用，溫室氣體排放和時間節(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)，對于100公里(62英里)的行程，載有飛行員和三名乘客的滿載VTOL的溫室氣體排放量低于地面車輛，平均車輛占用率為1.54。與VTOL相關(guān)的排放量比汽油車低52%，比電動汽車低6%。

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

“通過這些垂直起降運動，有機會相互協(xié)調(diào)可持續(xù)性和商業(yè)案例，”Kasliwal說。“不僅乘客的高排放量更適合排放，而且還有利于飛行汽車的經(jīng)濟性。此外，考慮到飛行與駕駛相比可節(jié)省大量時間，消費者可以通過激勵來分享旅行。”

在未來幾十年，全球交通運輸部門面臨著滿足日益增長的便捷乘客交通需求，同時減少擁堵，改善安全和減緩氣候變化的挑戰(zhàn)。

電動汽車和自動駕駛可能有助于實現(xiàn)其中一些目標，但受到現(xiàn)有道路擁堵的限制。VTOL可以通過實施駕駛出租車服務或其他城市和區(qū)域航空旅行服務來克服其中一些限制。

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等機構(gòu)已開發(fā)出VTOL原型。這些飛機的一個關(guān)鍵效率促成因素是分布式電力推進或DEP，其涉及使用若干小型電驅(qū)動推進器。

UM和福特研究人員利用這些來源和其他人公開提供的信息，創(chuàng)建了一個基于物理的模型，用于計算電動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，并使用來自多項研究和飛機設計的參數(shù)來指定重量，升阻比和電池特定能量，”Noah Furbush說，研究合著者和碩士研究生密歇根大學工程學院。

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

該研究開始時，Kasliwal和Furbush是福特的暑期實習生。在福特 - 密歇根大學聯(lián)盟資助的幫助下，學生們回到安娜堡時，工作仍在繼續(xù)。

研究人員分析了VTOL飛行的五個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。這些飛機在起飛和爬升期間使用大量能量，但在巡航階段相對有效，以150英里/小時的速度行駛。因此，當巡航階段占據(jù)總飛行里程時，VTOL在長途旅行中最節(jié)能。

但對于短途行程 - 任何小于35公里(22英里)的行程 - 與單人乘坐的垂直起降車相比，單人乘用內(nèi)燃發(fā)動機車輛使用的能源更少，產(chǎn)生的溫室氣體排放更少。這是一個重要的考慮因素，因為平均地面車輛通勤僅約17公里(11英里)。

研究報告的共同作者，密歇根大學環(huán)境學院的研究生Jim Gawron說：“因此，垂直起降比汽油車更具可持續(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)展以及羅斯商學院。“因此，VTOL將在可持續(xù)移動系統(tǒng)中的貢獻和作用受到限制。”

毫不奇怪，VTOL完成了比地面車輛快100公里的基本行程。點對點垂直起降飛行路徑與更高的速度相結(jié)合，相對于地面車輛節(jié)省了大約80%的時間。

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

該研究的作者指出，還需要解決許多其他問題，以評估垂直起降物的可行性，包括成本，噪音以及社會和消費者的接受程度。