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輕型電動垂直起降飛行器發展現況

2018-2-13 08:36 PM| 發佈者: SophieWeng@G| 查看: 402| 評論: 0|原作者: 熊治民|來自: 工研院IEK

摘要: 輕型電動垂直起降飛行器,是一種可搭載1~數人,具備垂直起降能力,使用純電動或油電混合動力,並具備某種程度自主駕駛或自動輔助駕駛功能的飛行器。預估2025年全球輕型電動垂直起降飛行器市場規模可達10億美元,年複 ...
一、輕型電動垂直起降飛行器逐漸興起
 

輕型電動垂直起降飛行器(俗稱飛行車Flying Car),是一種可搭載1~數人,具備垂直起降能力,使用純電動或油電混合(Hybrid)動力,並具備某種程度自主駕駛或自動輔助駕駛功能的飛行器。其巡航速度可達到100~300公里,航程可達到數百公里(或飛行時間達2小時以上)。巡航高度可達數百公尺(無加壓艙)或數千公尺以上(有加壓艙)。
 

近年來全球已有10餘家大型或新創公司投入輕型電動垂直起降飛行器研發,部分公司並已成功推出原型機。全球衍生出輕型電動垂直起降飛行器潛在市場需求的驅動因素包括:
 

1.全球各國持續朝向都市化發展;到2030年,全球60%人口會居住在都市內。擁擠的交通、以及交通基礎設施不足將成為城市治理的重要議題。發展城市內部、城市與郊區、城市與城市間的航空運輸方案,是提高整體運輸效能、改善城市土地使用方式的可能方案。
 

2.各國政府與民眾持續關注節能減碳議題;航空器產生的碳排放需要受到控制。具有低排放及高能源使用效率的電動推進航空器,已逐漸成為美國、歐盟航太研究機構與廠商新技術發展重點。
 

3.隨著自駕車與無人飛行載具技術發展與應用產品逐漸成熟,建構低成本、安全可靠、容易操控與使用的個人飛行器(Personal Aerial Vehicles, PAV)已具備工程與經濟上的可能性。
 

輕型電動垂直起降飛行器未來重要應用情境包括:
 

1.方便的中短程「隨招即來」(航空客製需求式移動服務,On Demand Mobility, ODM;類似目前計程車或Uber叫車服務)航空交通服務,運輸時間比現有地面交通運輸工具(小客車、巴士、地鐵、火車)更短,成本比直升機更低。Uber公司在2016年10月發表一份名為”Fast-Forwarding to a Future of On-Demand Urban Air Transportation”的白皮書,並提出SkyCar概念:利用先進的小型垂直起降飛機(VTOL,可搭載3~4人,有人駕駛,但會有自主駕駛輔助系統),形成快速與高效率、低成本、安全的區域(或都會)交通運輸方案。
 

2.需要快速人員運輸、具有時效性的公眾事務處理應用;例如擔任交通事故、災難救助的醫護與指揮人員運輸工具。
 

3.通用航空市場;例如私人交通工具,偏遠地區、山區、島嶼運輸,以及運動娛樂等。

二、輕型電動垂直起降飛行器研發案例
 

過去數年,全球已有多架輕型電動垂直起降飛行器原型機完成試飛。包括:
 

  • 以色列Urban Aeronautics旗下Tactical Robotics公司研發Cormorant(鸕鶿)垂直起降載人飛行器,2016年首次試飛,預計2020年投入市場銷售,售價1,400萬美元。
     
  • 中國億航公司在2016年1月美國CES展中,推出EHANG 184載人無人機。
     
  • 德國e-Volo公司研發VC100/200/400型VTOL;其中VC200在2013年11月首次無人飛行,在2016年3月完成載人飛行。
     
  • 韓國Airship Communication公司在2016年10月公布一台多旋翼單人VTOL試飛影片。
     
  • 德國Lilium Aviation公司Lilium Jet原型機在2017年4月試飛成功。
     
  • 美國Kitty Hawk公司在2017年4月發布Flyer原型機飛行影片。
     
  • 美國Workhorse在2017年6月法國巴黎航空展中,展出該公司研發的SureFly載人飛行器。
     

以下針對Lilium Jet、Flyer及SureFly三款輕型電動垂直起降飛行器進行介紹。
 

1.德國Lilium Aviation公司Lilium Jet
 

德國Lilium Aviation公司在2015年成立,第一個產品是名為Lilium Jet的全電動垂直起降載人飛行器。其特色是使用分散式推進動力設計,由36組小型電動馬達-螺旋槳組作為舉升與推進動力;在起降時,位於主翼上方的電動螺旋槳會旋轉90度來提供升力(圖2),機身前方兩側助升螺旋槳組會伸出(未來量產機型改為配置小型馬達推進系統的固定式前翼)。Lilium Jet最大起飛重量可達600公斤,最大酬載重量200公斤。巡航速度250~300公里/小時,飛行距離達到300公里。這款飛行器已在2017年4月完成首次試飛(圖3)。
 

在Lilium Jet試飛成功後,Lilium Aviation公司頓時獲得全球投資者注目。該公司在2017年9月完成B輪募資,獲得9000萬美元資金,將用來開發更大型、5人座的飛行器,預定2019年進行載人試飛。參與這次新一輪投資的公司包括中國騰訊(Tencent),隸屬於列支敦斯登王室的LGT投資公司,歐洲創投公司Atomico,以及由Twitter聯合創始人Evan Williams創辦的Obvious Ventures公司。
 

Lilium Aviation已規劃未來在美國紐約甘迺迪國際機場到曼哈頓市中心提供載客服務。這段經常塞車的路程,使用電動飛行器只需要花費5分鐘,價格約36美元(目前搭乘計程車費用約56~73美元)。


2.美國Kitty Hawk公司Flyer
 

2017年4 月,位於加州矽谷的新創公司Kitty Hawk對外發布該公司研製、名為Flyer的垂直起降載人飛行器。Kitty Hawk也是在2015年成立,投資人是 Google 聯合創始人、Alphabet 公司 CEO Larry Page 投資的。Kitty Hawk的外型像是放大版的8軸多旋翼無人飛行器;駕駛座在飛行器中央,以類似駕駛機車的方式操作飛行器(圖4)。Flyer重量約為220磅,飛行速度最高可達40公里/小時。Flyer在機體下方配置兩組大型浮筒,因此可以在平靜的水域起降。Flyer的產品定位較屬於運動娛樂載具(例如沙灘車),因此不需要駕照就可以駕駛。Kitty Hawk也在向美國聯邦航空管理局(Federal Aviation Administration, FAA)申請,讓客戶能夠在人煙稀少的地區飛行,而不需要再向FAA申請特殊許可。Kitty Hawk計畫在2017年年底開始銷售Flyer。


3.美國Workhorse公司SureFly


Workhorse在2017年6月法國巴黎航空展中,首次展出該公司研發的SureFly載人飛行器(圖5)。這款雙人座飛行器採用常見的四軸無人飛行載具構型設計;但是為了增加載重量與滿足航程需求,使用油電複合動力系統。一具200hp內燃機引擎可持續發電、再驅動裝置在四軸上的8組電動馬達與螺旋槳。因此SureFly的最大起飛重量可達到1,500lb;最高航速75哩/小時,飛行距離75哩。機上另外安裝2組容量7.5kWh蓄電池,作為引擎或發電機失效時的備用電源。Workhorse公司為SureFly規劃的應用市場包括精準農業、緊急事故處理與救援、城市內運輸,以及軍事應用。Workhorse在巴黎航空展上也公布SureFly的售價:20萬美元。


除了上述已推出原型機的案例外,全球還有許多廠商在進行輕型電動垂直起降飛行器研發(圖6)。包括:
 

  • Airbus已在進行Project Vahana (A3)自主駕駛載人飛行器研發,預計在2017年底會完成原型機,並在2020年完成展示用機。Airbus在2017年3月日内瓦汽車展中也提出展出載人陸空兩用概念機 Pop.Up。Pop.Up由2人座艙、地面車、無人飛行器三類模組組成;乘客進入座艙後,透過陸空模組交互使用來達到最終目的地。
     
  • 矽谷新創公司Zee.Aero已在研發飛行車;Zee.Aero公司由史丹福大學教授Ilan Kroo創辦(Google合夥人可能是主要投資者)。Ilan Kroo在2013年取得名為 Personal aircraft的美國專利(US 8485464)。Zee.Aero創辦目的是將此新型飛行車商業化。
     
  • 美國Joby Aviation研發S2全電動VTOL,預期售價20萬美元。
     
  • Bye Aerospace公司與XTI Aircraft公司合作研發名為「TriFan 600」的6人座油電複合動力垂直起降飛機。
     
  • 美國波士頓 Terrafugia 公司在2013年宣布研發可垂直起降的TF-X飛行車,預計在2025年上市。
     
  • 美國加州DELOREAN AEROSPACE公司研發DR-7飛行器,使用純電力推進,航程120哩。
     
  • 在日本豐田汽車支持下,Carvitator機構旗下工程師正在研發名為SkyDrive的飛行車,並預計在2020年東京奧運會時進行展示。


三、IEKView
 

預估2025年全球輕型電動垂直起降飛行器市場規模可達10億美元,年複合成長率10%以上(IEK預估值)。依據IDTechEx預估,2031年全球載人電動飛行器市場規模將達到240億美元。台灣如果能透過輕型電動垂直起降飛行器技術研發(如動力系統,航空電子,複合材料機體製造等)而進入載人電動飛行器國際供應鏈,並掌握5%市場,則每年將有新台幣360億元以上產值。
 

國內法人與業界在航空材料、高效能馬達與電池、氫能與燃料電池、車用電子與車輛自主駕駛系統、商用無人飛行載具研發上都有具備相關經驗的研發人力。未來台灣在輕型電動垂直起降飛行器相關市場的機會包括:(1)掌握整體載具研發技術,發展利基應用載具;(2)在動力系統(馬達與電池模組)、航空電子、機體零件研發與製造方面成為國際廠商合作開發商與供應商;(3)成為國際相關飛行器製造合作夥伴。
 

依據台灣在車用電子與電動車國際供應鏈發展經驗,如果能在終端載具早期發展階段參與國際合作,會更有機會成為商品化產品供應商。因此台灣可以借助過去在電子、汽車、航太產業領域的經驗與能力,在成本、品質與合作研發上成為國際客戶的最佳合作夥伴。

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