美國《航空周刊》編輯：戳破eVTOL行業泡沫

考慮投資一家eVTOL公司？比爾·斯威特曼提出了在您掏出辛苦賺來的錢之前應該問的十個問題。

只要您花些時間關注航空、商業、傳統媒體和社交媒體，就會聽到電動垂直起降（eVTOL）飛機如何在三到五年內將通勤時間從數小時縮短到數分鍾的説法。

上述段落的問題在於，它幾乎可以在2018年以來的任何時候寫出，包括那個「三到五年」的部分。

在零利率政策時代，eVTOL（也稱為城市空中出行或UAM）業務雖然一直備受關注，但尚未實現回報，因為投資者在追求高額回報的過程中，被誘惑投資於從股市到加密貨幣再到無聊猿NFT等各種領域。然而，隨着金融市場的收緊，投資者將開始提出問題。以下是真正需要問的十個問題：

1、為什麼還沒有人展示過一次充電即可完成25英里往返、且攜帶相應負載的eVTOL飛行？

1909年，路易斯·布萊里奧僅憑25馬力的動力就成功飛越了英吉利海峽。為什麼至今還沒有任何eVTOL製造商完成類似的壯舉呢？

Joby公司已經實現了134海里的電動飛行距離，但這是在沒有負載、在封閉電路上完成的，且僅包含一次能耗較大的起飛和降落。

續航問題有兩個根源：eVTOL雖然環保，但效率並不高。一臺擁有36英尺旋翼直徑的小型直升機，其旋翼面積是擁有六個6英尺直徑旋翼的eVTOL的六倍，而垂直飛行所需的功率與旋翼面積成反比。攜帶如此多的發動機功率和電池容量會增加整個飛行過程中的重量，而對於擁有獨立升力和推進系統的eVTOL來説，停止升力的旋翼會增加阻力。

將一架本身效率就不高的飛行器與電池動力相結合——而當今電池的能量密度（瓦時/千克）相比碳氫燃料有30:1的劣勢——就產生了一個問題。能夠提供足夠能量密度以完成包含四次垂直飛行段的25英里往返任務的電池，目前還根本不存在。

在有人展示這一參考任務之前，eVTOL仍然處於等待路易斯·布萊里奧飛越英吉利海峽的等效階段。

2、你對電池技術能夠提供足夠的功率密度，以及承受頻繁、深度、快速充放電的能力有何信心？

我們應該對不斷發展的電池技術抱有希望嗎？

鋰離子電池（L-ion）對旅行的影響可與蒸汽機和內燃機相提並論。電池技術仍在不斷發展，但自從插電式電動汽車達到大多數消費者可以接受的續航里程以來，並沒有確切跡象表明能量密度會再次實現如此大的飛躍。目前，該行業正專注於降低成本、提高耐用性和解決安全問題。

然而，eVTOL不僅需要能量密度。汽車推進系統的工作循環較為輕松，在恆定速度下僅使用其功率的一小部分。相反，eVTOL的工作循環不僅更加緊張，而且經常出現峰值。在電池術語中，這被定義為C倍率。1C倍率表示電池將在一小時內放電完畢；10C倍率則將在六分鍾內放電完畢，而C/2倍率則需要兩小時。

2024年初，橡樹嶺國家實驗室的一篇論文研究了eVTOL電池在起飛和降落期間產生的高C倍率。研究人員指出，「在公開文獻中，關於在這些極端功率條件下研究鋰離子電池的實驗數據集非常有限。」研究人員確定，eVTOL電池需要45秒的15C能量脈衝來提供起飛動力。在模擬eVTOL運行的測試中，最先進的電池在經過85次循環后顯示出性能大幅下降。

3、你憑什麼認為你能夠制定一個確定的認證時間表？

當前的設計是否能夠從原型演變為生產車輛？

迄今為止飛行的eVTOL實際上是「X型飛機」，在尺寸和複雜性上與其他VTOL飛機和直升機相當。這種高盤載、具有電力和飛行關鍵集成飛行/推進控制的過渡型飛機在商業飛行中是完全新穎的。

蘇格蘭諮詢公司Sophrodyne Aerospace的空氣動力學家理查德·布朗博士對高負載多旋翼配置進行了計算流體動力學（CFD）模擬。他的研究表明，通過多個旋翼的流管相互作用是複雜的，每個旋翼在前進速度變化時對其相鄰旋翼的影響都不同。高負載系統在快速下降時容易進入渦環狀態，並且與地面的相互作用將是複雜的，伴有不均勻的外流模式，包括高速噴射流。

eVTOL車輛的開發者打算通過緊密集成的飛行和推進控制系統（IFPCS）來管理這種複雜性，該系統不僅必須可靠，而且必須高度響應。

如果電機發生故障，IFPCS必須確定是哪個電機發生了故障，並通過減少車輛相對側象限的功率來進行補償，同時增加剩余旋翼的功率以保持水平飛行。如果遇到湍流，IFPCS需要應用差動功率，而不會錯誤地將這種現象解釋為由故障引起的——這可能導致過度修正的循環。

如今，即使是像Textron Denali這樣的傳統飛機，從推出到認證似乎也需要十年的時間——因此，為eVTOL報出少於這個時間似乎有些雄心勃勃。

4、放棄當前的能量儲備規則是否合理（或安全）？

如果在到達垂直起降場之前電池耗盡，會發生什麼？

弗吉尼亞州費爾法克斯的垂直飛行協會戰略總監邁克·赫希伯格稱，提議的城市空中出行（UAM）飛行儲備規則——白天計劃飛行時間外額外儲備30分鍾電量，夜間45分鍾——是「行業殺手」。相反，他呼籲制定基於性能的規則，因為eVTOL可以「在任何地方着陸」，比如街道或田野。

當然，如果eVTOL在電池耗盡后降落在道路上，將會阻塞交通，直到其充電完畢，而乘客則面臨數小時的延誤。城市開放區域及其周圍存在障礙物。大規模事件（如機場上空突然出現的暴風）可能意味着數十架eVTOL在同一區域尋找緊急着陸點。減少儲備將意味着任何操作故障都會使飛行員面臨許多選擇，而沒有時間選擇最壞中的最佳方案。

5、這種商業模式與優步截然不同，那麼它是如何運作的？運營商和支持業務（垂直起降場、空中交通管理）如何獲得收益？

eVTOL真的會成為「飛行出租車」嗎？

優步讓車主/司機承擔資本、運營、維護和保險成本，並將導航外包給第三方平臺。城市空中出行運營不能這樣運作，而必須支持三個不同的業務。

城市空中出行模式首先從運營和支持車輛的公司——公共航空承運人——開始，並僱傭飛行員。第二組企業是「向城市空中出行提供服務的企業」（PSU）。PSU將負責為城市空中出行劃定的低空域、空中交通管理、天氣和危險監控以及飛行規劃，包括垂直起降場時段的分配。第三組公司將運營垂直起降場，並且有跡象表明，一些投資者已經在確保可能地點的權利。

然而，城市空中出行在一方面必須像優步一樣：動態定價。否則，按小時、按天和按季節劃分的城市出行市場不太可能實現盈利。這三組公司將通過費用結構共享收入。

6、飛行員將從何而來？

你會花費10萬美元接受eVTOL飛行培訓嗎？（CAE）

城市空中出行（UAM）至少需要初期配備飛行員。即使未來的車輛實現無人駕駛，也仍然需要接受過飛行員訓練的監督人員。（它們永遠不會實現完全自主——將有一個龐大的人類監督系統來指揮它們。）

大約60年來，隨着軍事飛行員隊伍的縮減和航空公司的擴張，低薪的初級職位和昂貴的培訓課程一直是一個可行的模式，因為飛行員們寄希望於未來能夠駕駛大型噴氣式飛機。UAM領域將需要太多的飛行員，以至於這種模式無法適用，那麼如果飛行員擔心UAM商業計劃的下一階段是讓他們失業，他們怎麼會願意花費10萬美元接受培訓呢？

7、人們會願意乘坐eVTOL嗎？

乘客們（大多數情況下）會毫無畏懼地登上客機。同樣的情況也適用於eVTOL嗎？

如果你看過宣傳用的計算機生成圖像，其中通勤者們在安靜的玻璃壁艙內平穩騎行，悠然地飛越交通堵塞和擁擠的火車，這個問題可能看起來有些愚蠢。

當然，無論是乘坐小型飛機還是天氣情況，都並不總是如此，但並非每個人都知道這一點。在那種條件下飛行過的人口比例如此之小，以至於市場研究幾乎沒有意義。重要的是要記住，eVTOL將在低空飛行，通常是在雲層中，無法看到地面。雨，更不用説冰雹了，將會讓人明顯感受到它的存在和聲音。輕量級的eVTOL在風暴、高樓或城市熱氣流引起的湍流中會顛簸。這可能會比乘客預期的更加刺激。

温室艙內的供暖和空調將受限於電池所能提供的能量。

8、eVTOL如何能在運營初期就達到或超過Part 135或直升機的安全水平？

直升機的事故率是大型商用飛機的10倍，每小時致死率是大型商用飛機的17倍。eVTOL的情況將如何？

在eVTOL服務的早期，它們將成為新聞焦點。在城市環境中，各種網絡攝像頭將在白天捕捉到大多數運營情況，而eVTOL用户將直播他們的體驗。事故是不可避免的——問題是公眾能接受的事故率是多少？

Part 135運營——30座以下的公共運輸飛機和直升機——的事故率是大型商用飛機的10倍，每小時致死率是大型商用飛機的17倍。按照這個比率，1000架eVTOL每年只會發生一起致命事故——但由於行程時間更短，加上低空飛行和天氣因素，eVTOL運營相比平均Part 135服務將面臨更高的固有風險。

與直升機的比較則更不容樂觀。2020年飛行安全基金會對乘客直升機安全性的研究（不包括緊急醫療服務和其他非運輸活動）顯示，其致命事故率是Part 135平均水平的6倍。按照這個比率，一個由1000架eVTOL組成的機隊（這是eVTOL支持者認為一個大都市區域典型的較低數量）每年將發生10.8起致命事故，即大約每月一起。

2017年引發eVTOL熱潮的Uber Elevate報告設想，eVTOL的致命事故率可以降低到「Part 135平均水平的四分之一，使VTOL的安全性達到駕駛的兩倍」。然而，它並沒有説明如何實現這一點。支持者引用了具有多個發動機和推進器的「冗余」以及高水平的自動化——但冗余總是伴隨着它令人不快的夥伴——複雜性。功能越多，自動化系統就越難判斷哪里出了問題並採取正確的糾正措施。

9、城市空中出行（UAM）任務與空中交通管理將是動態且複雜的。如何確保其可靠性？

未來的空域環境可能既複雜又動態。（美國國家航空航天局）

如果電動垂直起降（eVTOL）運營如行業預期和商業模型需求那樣擴展，任務管理將是一項艱鉅的挑戰。在近乎實時的情況下，乘客的出行請求將生成一個擬定的飛行計劃和費用報價，而付費預訂則將分配車輛、確定飛行計劃（避免與其他計劃衝突）並預留垂直起降場的時段。如果一個都市區有1,000架eVTOL每小時執行多次飛行任務，那麼可能每秒都會產生一個新的飛行請求。

如果在這個複雜的序列中發生破壞性事件，會有多少其他事件因此受到影響？假設一架eVTOL在高需求的市中心垂直起降場出現故障，需要更換零件才能飛行。系統經濟性不支持在數百個停機坪和港口儲備零件，更不用説維護人員了。

如果它在那里停滯90分鍾，那麼原計劃在這段時間內使用該停機坪的五架或更多車輛將被迫地面等待。進而，每架等待的車輛都會阻礙原計劃在其等待的停機坪上執行的飛行任務。而這些車輛中的每一架都預訂了隨后的幾個航班，現在這些航班都必須重新規劃。系統中的平均異常情況會擾亂少於還是多於一個的其他任務？如果答案是「多於」，那麼你將面臨一個指數級增長的問題。

10、城市空中出行被宣傳為解決城市擁堵的方案。但真的是這樣嗎？

eVTOL真的能緩解我們道路上的擁堵嗎？

這是一個規模問題。倫敦希思羅（LHR）機場2023年最繁忙的一天——即最需要減少擁堵的那一天——是12月22日，當天服務了25萬名乘客。歷史上，LHR的始發和終到交通與中轉乘客的比例穩定為2:1，因此eVTOL需要容納超過16,600名乘客，才能替代10%的鐵路或公路交通。以80%的載客率計算，四乘客eVTOL需要執行超過5,200次起降才能達到這一目標。這意味着在06:00至23:00之間，平均每24秒就有一次起降——但還會存在早晚高峰。即使不考慮高峰時段，並假設每次周轉時間為十分鍾，該運營也需要200多架飛機和30個eVTOL停機坪——更現實的數字可能是50個或更多。有人想聽聽英國國家空中交通服務局（NATS）對此的看法嗎？

即使城市空中出行網絡每天能夠運送數萬人，大城市的通勤人數也是以百萬計的。一列滿載的地鐵列車運送的人數相當於200多架eVTOL。需要多少架eVTOL才能對地面擁堵產生顯著影響？

這表明，eVTOL充其量只是為富人提供的工具，以不菲的能源成本將城市商業中心與主要道路和鐵路網絡之外的偏遠地區連接起來。這其中的社會利益何在？

文章來源  作者：BILL SWEETMAN