铝应用丨飞行汽车

　　飞行汽车是什么？飞行汽车多指可以借助电力垂直起降的飞行器，兼具直升机、无人机、小型飞机的特点。据国际垂直协会称，截至2023年3月，已有800多个机型作为电动垂直起降飞行器被注册。据摩根士丹利预测，到2040年，全球飞行汽车相关市场规模将达到1万亿美元；到2050年，达到9万亿美元。其中，中国所占比例为23%，仅次于美国的27%。

　　电动飞机技术是一项跨时代的高新技术，和新能源电动汽车的发展路线一样，已成为世界航空工业发展的核心技术，改变了传统的飞机设计思路，从飞机绿色环保、高效节能、智能互联的理念出发，优化整个飞机的设计，极大地提高了飞机的可靠性、环保性、舒适性和可维护性，是未来飞机的发展方向，也是飞行汽车的发展方向。

　　中国加速推动飞行汽车商业化

　　中国正在加速飞行汽车商业化的前期工作。相关部门有可能于2025年左右发放相关许可证，主要是由初创公司进行试飞。飞行汽车的优点是可以利用汽车供应网络采购所用电池。沃飞长空科技有限公司总裁今年5月中旬曾表示，预计中国飞行汽车从2025年或2026年起将正式开启商业化运营，这是一场超越汽车电动化的革命。

　　进行飞行汽车研发的多是初创公司，例如美国的乔比航空公司、英国的垂直航空航天公司。多数企业都希望能开发出无人驾驶的飞行汽车，尽管目前全球尚无先例。

　　在中国公司中，早在2016年亿航智能公司就率先宣布将投身飞行汽车领域；随后浙江控股集团收购了美国飞行汽车生产商特拉富贾公司，还向德国沃洛科普特公司投资；小鹏汽车公司也积极参与研发。中国是汽车电池生产的世界领跑者，在飞行汽车领域具有明显的优势。

　　中国民航局在2022年发布的《民用无人驾驶航空发展路线图（征求意见稿）》中表示，到2025年要开展短距离载人无人驾驶飞行应用示范，随后各公司纷纷主动审报以获取型号合格证。亿航智能等公司在各地开展试飞，中国各公司的试飞次数是世界上最多的，但能否实现商飞还决定于中国民航局是否发放许可，民间企业正在翘首以待，积极准备着。

　　此前有过已在中国取得型号合格证的机型，然而，到了国外就得不到认可。中国公司为了规避这一风险也积极在国外开展试飞。

　　美国飞行汽车技术全球领先

　　空中出租车外观很像小型飞机或直升机，可以垂直起降，能够在城市中心运行，将人们送往机场或度假目的地或其他地方。今年7月18日，美国联邦航空管理局（FAA）发布的《先进空中交通实施规划1.0版本》中，概述了空中出租车及其相关机构需要完成的步骤，确保2028年之前能至少在一个地方建成一个具有竞争力的空中出租车市场，且该市场最早可能从2025年开始小规模运营。

　　FAA的计划非常引人关注，它体现了相关规则制订机构对空中出租车这项技术的信心。FAA表示，该计划旨在为“以可预测且常规”的方式对引进空中出租车提供指导。然而，必须意识到，到2028年时，要确保空中出租车在一个或多个城市上空飞行决非易事，因为这是一项艰巨的任务，不仅对空中出租车制造商有严格的要求，也需要包括地方政府在内的一些机构的密切配合，更难做的工作是，说服民众接受空中出租车是安全的，消除他们对安全性的担忧。这个问题目前已得到部分解决，因为空中出租车在运营之前必须要经过认证，这对保证安全起了至关重要的作用。它包含诸多新技术与系统必须经过认证许可才能上路与升天。此前，波音公司和空客公司也在面对审核、认证时不得不几次推迟其运营计划。乔比航空公司（Joby Aviation）和阿切尔航空公司（Archer Aviation）都希望能在2025年获得认证并开始商业服务，这是两家认证进展最快的美国公司。

　　由于电池容量有限，空中出租车的飞行距离不能太远，因此，初期只能应用于城市和机场之间的通勤。这既在某种程度上提升了安全性，也能在一定程度避免对城市上空的影响。

　　虽然空中出租车面临着一系列困难，如人员不足、基础设施、配套设施、相关法律不全，但FAA的计划体现出相关行业越来越关注空中出租车的发展前景，坚信其运营就在眼前。近年来，几家重要的空中出租车公司都已上市，包括美国的乔比航空公司、阿切尔航空公司，德国的利利厄姆（Lilium）公司和英国的弗蒂考尔航空公司（Vertical Aerospce）。一些空中出租车公司还加深了与主要航空公司和汽车制造商的联系。2023年5月，波音飞机公司收购了威斯克汽车公司（Wisk），该公司正在研发自动驾驶空中出租车。巴西航空工业公司创建了自己的空中出租车公司——伊夫空中汽车（Eve air Mobility）公司。

　　这些企业都在不遗余力地抢占一个未来可能价值数百亿美元的市场。对航空公司来说，空中出租车可以帮助企业赢得更多乘客。FAA局长表示：“随着时间的推移，空中出租车将得到更多公众的接受，但成本却是关键，如果空中出租车只能为富人服务，那可能不太容易被市场接受。”

　　美国首款飞行汽车获FAA批准进行测试。2023年6月，美国FAA核准加利福尼亚州一家初创公司可进行一款飞行汽车测试，这是美国政府许可的可飞行也可在道路上行驶的全电动车，名为“Model A”，是该州阿菜汽车公司（Alet Automotive）研发的，可垂直升降，可乘2名客人，道路续航力约321千米，飞行续航力177千米，车的预计售价30万美元/辆，首批交付预计于2025年12月，道路行驶速度约40千米/小时。

　　韩国首尔-2024年试点2条飞行汽车航线

　　韩国首尔市政府今年5月12日表示，计划于2024年在汝矣岛和蚕室两条航线启动飞行汽车商用化所需的实证项目。

　　据称，首尔市和国土交通部于今年下半年将在开阔地带进行首期实证项目，充分验证城市空中交通（UAM）的总体安全性，2024年起将在首都圈进行第二期实证。第二期实证项目覆盖京仁运河、汉江、炭川水网，首尔市境内有18千米的金浦机场至汝矣岛和8千米的蚕室至水西2条航线，京畿道境内有14千米的韩国国际展览中心至金浦机场航线，仁川市境内为14千米的无人机试验认证中心至桂阳新城航线。城市空中交通是无需跑道垂直升降的绿色出行手段。韩国政府计划该项目于2025年实现商用，目前正在与多家民营企业共同开展研发活动。

　　飞行汽车全铝打造

　　所有的飞行汽车都是用铝合金打造的，有的是用常规铝合金与铝基复合材料打造的，有的主要是用铝基复合材料制备的。铝基复合材料也是一种铝合金，是一类性能更加优秀的铝合金，所以我们说，飞行汽车是全铝的。铝是当下制造飞行汽车综合性能最佳材料。钛合金和镁合金也是较好的航空材料，但综合起来看，还有一些不尽人意的地方，比如钛镁的价格都要比铝的高一些。

　　铝基复合材料的基体为工业纯铝和铝合金，增强体则为非金属材料，一般的体积分数为15%和20%，实用型的铝基复合材料增强体含量很少有大于20%的。铝及铝合金是良好的金属基复合材料，它们的密度小、质量轻、比强度大、熔点不高、有很好的成形加工性能，制造工艺与设备不复杂，易于与增强材料复合进行第二次加工。此外，铝及铝合金还有很好的导电性、导热性和良好的抗腐蚀性能，这些都是复合材料为满足使用要求必须具备的特性，也是铝基复合材料得到快速发展的主要原因。

　　当下铝基复合材料使用的基体有工业纯铝和变形铝合金（如2014、2024、2124、2219、2618、6061、6066、7075、7475）等，一般不使用含Mn、Cr的合金，因为它们会产生脆性相，铸造铝合金常用的基体合金有A356、A357，在粉末冶金变形铝合金中可用上述合金的粉末作材料基体。

　　铝基复合材料增强体有连续的长纤维和不连续的短纤维、晶须和颗粒。他们应具有高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、高抗蚀、耐热、耐磨、热胀系数小、导电、导热、润湿性好、化学相容性好、易成形等特性。所用纤维有硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、芳纶（商品名有Kevlar、Aramid）、硅酸铝纤维、氮化铝纤维等，还有其中间的短纤维、晶须和颗粒（几种纤维增强铝基复合材料性能的比较见表1）。

表1 纤维增强铝基复合材

　　铝基复合材料除具备普通金属基复合材料的比强度和比模量高、线胀系数小、尺寸稳定性好等优点外，还具有密度低、制造工艺设备较简单、成本较低、可进行批量生产等优点。因而铝基复合材料的研制和应用得到迅速发展，特别是颗粒增强铝基复合材料、纤维增强铝基复合材科、硼纤维增强铝基复合材料早已进入商业化生产和应用时期。

　　当前铝基复合材料的应用研究主要集中在颗粒增强铝基复合材料，并取得了很大成就，美国、日本、中国、俄罗斯等国家已进入大规模应用阶段，但中国在研发的某些方面与先进国家相比还有一些差距（颗粒和晶须增强铝基复合材料在非航空航天器上的应用实例见表2）。

表2 颗粒及晶须增强复合铝材的应用实例
　　

飞行汽车一旦商业化，将会形成一个相当大的新兴市场，车的数量很大，单车的用铝量很大，如果单车的净质量按1200千克计算，则铝材及铝基复合材料的采购质量当达到730千克，加上电池及电池框架的用铝量，则每辆车的铝材及铝基复合材料的采购量当大于850千克。飞行汽车在以后的商业化进程中会得到高速发展，大概在2025年～2028年期间，每年的平均增长量可达1万辆，2029年起会以更快的速度发展。
　　

1886年，汽车工业和铝工业先后诞生，经过136年的发展，2022年，中国汽车产销量分别为2702.1万辆和2686.4万辆。2022年，中国原铝产量4043万吨。2022年，中国全铝出租车只有吉利TX5，已在大连市满街跑了，用铝量约400千克/辆，铝的采购量约490千克/辆，车身铝化率97%，车的自身质量下降约30%。这是全世界单车用铝量最多的出租车。2022年，全世界原铝总产量6842万吨，中国的产量占59.1%。

　　在一般汽车用的铝材中以铸造铝合金为主，约占总用铝量的61%以上，而在飞行汽车中，用的铝材中以变形铝合金（含复合铝合金）为主，约占总用铝量的65%以上。