2019-04-13 08:24:01
飞行汽车可以减少排放 更换飞机和释放道路 但不是很快

当Chitty Chitty Bang Bang在50年前发布时,飞行的汽车是一种幻想。现在,这些未来主义车辆正在进入现实的外围。根据发表在“自然”杂志上的一项新研究,对于一些旅行而言,飞行汽车最终可能比电动公路车更环保,减少排放,同时减少日益繁忙的道路上的交通量。

然而,除了汽车有希望的物理学之外,必要技术和实际不确定性方面的差距意味着他们可能无法及时到达能源危机和拥堵的大规模解决方案 - 如果有的话。

如何让汽车飞翔

最初看起来疯狂的是,飞行汽车比公路汽车更有效率,特别是当传统飞机具有像耗油汽车这样的声誉时。但是飞行本身并不是低效的 - 毕竟,鸟类可以在不吃东西的情况下在大陆之间飞行。当然,一辆小型四座轿车不是信天翁,但它也不是波音737。

有很多方法可以使汽车飞行,但大多数方法都有问题,无法起飞。也许最有希望的选择是在本研究中采用的,基于垂直起飞和着陆(VTOL)飞机的物理特性。他们是非常了不起的野兽。

如果您听说过VTOL,可能会想到像Harrier Jump Jet这样的东西,两个巨大的引擎可以指向可以垂直或水平倾斜的推力。但是这些更小更轻的飞行汽车的运行方式不同,许多微型电风扇从许多地方吹出空气。这种快速发展的分布式电力推进(DEP)技术是巡航时效率的关键,它还可以实现更安静的起飞和悬停,因为可以更好地管理多个小噪声源。

机翼和螺旋桨设计也可以优化为长,薄,并具有大量的移动表面,就像鸟类的飞行效率一样。所有这些技术改进的目的是实现最小阻力的最大提升 - 阻止物体通过空气运动并减慢其速度的力。更好的升阻比意味着更低的功耗,从而降低排放。

这些节能创新使巡航变得轻而易举 - 但它们对起飞,悬停或着陆没有多大帮助,而这些起飞仍然是低效的。因此,虽然垂直起降飞行器仍可用于短期城市内旅行和比萨饼交付,但它们无法解决能源危机。

对于100公里的行程,电动飞行器的效率可能比汽油动力车高出35% - 尽管假设乘客人数相同,但效率仍低于电动公路车。然而,可以假设飞行汽车主要用作预定航空走廊的出租车服务,因此可能会持续运送更多人。考虑到这一点,在100公里的旅程中,飞行汽车的排放量比电动公路车的排放量低6%。

随着行程距离的增加,停止启动公路车的效率也会提高,因为必须应对滚动阻力和低效气流。但不幸的是,射程是电动航空的致命弱点。这项研究的目标是长达200公里,这里的飞行汽车表现还算不错。但是,喷气式飞机在飞行过程中可能损失多达70%的重量(尽管每位乘客每小时耗费100千克二氧化碳),但电池在放电时不会变轻。这意味着超过200公里左右,携带电池成为一个明显的缺点。

公认的观点是,电动飞机只能用于短途飞行。它的能量密度很重要,以瓦特小时/千克为单位。目前,最好的电池提供约250 W-h / kg,仅仅是喷气燃料和汽油12,000 W-h / kg的影子。到本世纪中叶,电池可能会达到800 W-h / kg,将可行距离增加到700英里 - 全球航班的一半都在这个距离内。但是,如果没有电池技术的更大创新,来自空气捕获二氧化碳的生物燃料和液体燃料可能需要在长途航空旅行中发挥重要作用。

实践中的问题

在完全专注于飞行汽车的物理学的过程中,本文避开了许多实际问题,在我们将VTOL飞行汽车作为未来可持续交通工具之前必须考虑这些实用性。例如,重要的是要考虑生产,维护和停机时间的碳成本,称为生命周期分析(LCA)。电动汽车因开采锂电池和钴电池等主要材料的能源和环境成本而受到批评。增加飞行所需的基础设施可能会使飞行汽车的问题更加严重。当然,由低碳能源驱动的电网对于使电池驱动的汽车成为我们气候危机解决方案的一部分至关重要。

飞机还具有严格的维护和停机标准,这往往会抵消性能和排放的增加。作为一种全新的飞机,我们无法预测让它们保持空气价值的成本。不可预见的维护并发症可能需要花费数十亿美元 - 请问波音公司。

最后,天气很重要。 35mph的顺风减少了15%的功率使用和排放,但是35英里/小时的逆风使它们增加了25%。必须携带大量额外的电池以避免在遇到合适的着陆点之前潜在的电量耗尽可能抵消排放节省。相比之下,公路车可以在需要时轻松地拉到路边,没有后果。

因此,当涉及到每乘客公里的二氧化碳排放量时,目前这些先进的DEP飞行汽车最好与其公路电动等效物相当,并且在最坏的情况下,比传统燃烧汽车好一点。随着技术和安全的改进,他们可以在我们的无化石燃料的未来中发挥作用,从我们的天空中取出短途飞机并释放充满烟雾的道路。关于每个人的嘴唇的问题是,这些飞行汽车是否能及时准备好,以便对我们非常紧迫的能源危机产生很大的影响。我们可以等30年吗?

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