01  引言

 

　　碳纖維密度小，比鋼結構減重50%，比鎂和鋁合金結構減重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，碳纖維這種強度高而密度低的復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對環保節能要求的不斷提高，汽車輕量化逐漸成為發展趨勢。對于燃油車而言，輕量化有助于節能減排。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，輕量化可以提升續航里程。研究表明，若新能源汽車減重100kg，續航里程將提升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計性好，可將汽車零部件集成設計，簡化裝配；增加產品美感，提高產品的差異化競爭力，提升產品附加值。

 

　　由于空中飛行汽車（eVTOLs）主要以電池為動力系統，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計）。除此之外，空中汽車對結構也有嚴格的要求。正因為如此，復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開發的飛行汽車

 

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

 

　　報道稱，在試驗中，由碳纖維增強塑料(CFRP)輕量化的無人原型機在幾分鐘內上升到了約3米的高度，在空中穩定停留了大約一分鐘。該公司表示，希望此技術在2023年實現物流運輸的實用化。

 

　　試驗機全長約3.9米，寬約3.7米，高約1.3米，依靠電池和馬達驅動，使用四個旋轉機翼飛行。由于使用了碳纖維復合材料(CFRP)作為硬殼式車身，所以試驗機的重量被控制在了150公斤左右，據稱它還可以承載300公斤左右的行李。但是此次飛行試驗中并沒有搭載人。

 

　　

 

　　圖2 在千葉縣試驗場試驗的樣機

 

　　

 

　　圖3 飛行汽車全長3.9米，寬3.7米，高1.3米

 

　　四個轉子分別由輸出功率為30kW的電機驅動，轉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部長岡田浩二說：“利用在航空航天和5G領域積累的經驗和技術，將來提供自主飛行所需的管理基礎是本次試制機開發的目標。”

 

　　

 

　　圖4 飛行器的轉子

 

　

 

　　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合材料（CRRP），這款產品長度在4米左右，目前還處于測試階段。

 

　　面對日益擁堵的交通環境，由二維的地面交通升級為三維的空中交通確實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的發展愿景是讓這款飛行汽車在2023前研發成功，不過目前這款產品的飛行時間僅為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的目標是在2025年在大阪萬博會上正式提供服務。在開發中，機體的輕量化是最重要的，東麗公司擁有的碳纖維復合材料(CFRP)為其提供了強有力的支持。

 

　　

 

　　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、大樓屋頂等現有設施進行起降。像汽車一樣簡單的操作，將來可通過智能手機操作和自主飛行，這樣掀起一個移動性革命。

 

　　事實上，該公司的技術得到了全世界的高度評價。該本公司進行的公開載人飛行試驗在世界112個國家被報道，在2022年9月于舊金山舉行的世界最大規模的創業世界杯比賽中，在70多個國家和地區參加的情況下，SkyDrive獲得了亞軍。

 

　　SkyDrive飛行汽車的特點是：

 

　　①由于采用電動，成本低且低噪音；在150米上空飛行時的噪音，直升機為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。

 

　　② 容易駕駛，也可以自動駕駛；

 

　　③因為可以垂直起降，所以可以實現點對點的移動，所需要的基礎設施簡單緊湊。

 

　　

 

　　圖8 SkyDrive飛行試驗

 

　　除此之外，SD-05還有很多其他優勢。例如，機體的零件數在1——2萬件左右。與大型客機的300萬個和直升飛機機的10萬個相比，零件數量大幅度減少。重量也只有普通直升機的三分之一左右，非常輕。因此可以大幅降低制造成本和維護成本，所以運營商可以低成本提供相應的服務。而且因為是電動的，所以CO2排放也為零，環境友好。

 

　　

 

　　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證評估的車輛，但該公司表示，其生產型號將是新版本的SD-XX飛機。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，主要運用電動垂直起降飛行器進行人員或物資在低空城市內或短距城際間的運送。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目的地。

 

　　據摩根士丹利預測，全球飛行汽車市場規模將在2030年達到3000億美元，2040年驟增至1.5萬億美元。