单座eVTOL理论上更适合个人的空中旅游观光、体育运动飞行、紧急撤离等场景。该类飞行器有直升机和固定翼飞机无法比拟的特点:准备时间短、无需机场、不易被发现、机动灵活;而这些特点却是少数高净值人员和从事危险工作人员所需要的。对于资金紧张的研制单位来讲,可以降低风险,尽快获得收入,积累更多经验后可适当开展更大的商业运营eVTOL研制。本文中介绍的单座eVTOL是带有封闭式座舱、可乘坐1人的电动垂直起降飞行器不同构型的典型代表,有部分可归类为超轻型飞行器(不需要飞行执照)。飞行器构型涵盖多旋翼、直升机、自转旋翼机、带机翼形式等等,在性能方面,各飞行器基本相近,飞行时间和航程相对而言都比较短。非封闭式座舱的单座垂直起降飞行器在雨雪天气等情况下不适合使用,在高速情况下撞到飞鸟等也没法有效保护乘员,应用有限,但是这类制造简单,全球已有数百种,可谓琳琅满目、数不胜数,很多也称为飞行摩托,本文不做介绍,可参考:飞行摩托设计一览。空客A³项目组当时由印裔主导,Vahana在梵语中的意思是“运载器”,跟英语中Vehicle的意思相同。2016年推出相关概念,采用前低后高的串列式倾转机翼,8个螺旋桨。2018年原型机首飞,之后完成了垂直起飞、倾转机翼转平飞、垂直起降全过程,进行了130多次试飞,2019年12月宣布停止发展。该项目主要成果包括三电系统的设计集成、串列式倾转机翼技术、自动检测和避障技术等,同时也通过数据充分了解了该布局形式的优缺点,为空客下一代eVTOL的设计开发提供重要依据。
VAHANA的巡航升阻比可能没达到预想目标,有报告指出其巡航L/D只有5.92(https://vahana.aero/vahana-configuration-trade-study-part-i-47729eed1cdf),比不过大部分的单机翼eVTOL,这个是其一个运营弱势。项目停止后,一些成员成立了一个电动超短距起降飞机(eSTOL)初创企业Airflow,Airflow于2022年被同样开发eSTOL的Electra公司收购。创造的成就:世界上第一个完成机翼倾转全过程飞行的eVTOL。
图↑ VAHANA首飞
图↑ VAHANA平飞状态
图↑ 未曾试飞过的2号机
该公司此前推出过多个多旋翼竞速飞机(MK1-MK3),考虑了驾驶舱,但实际使用均为无人驾驶。图↑ 竞速无人机
2023年发布MK4概念,盒型主机翼,三翼面布局,无舵面,目前制造了样机,计划2024年3月推出。采用氢气为涡轮推进动力来源,并且通过涡轮发电驱动4个涵道螺旋桨(共轴反转),后方2个涵道可以上下倾转,前方的涵道可以上下和侧向偏转。主要用于竞速飞行,造型也像F1赛车。
图↑ 竞速场景
图↑ MK4设计概念图
图↑ MK4样机
图↑ MK4样机(涵道)
图↑ MK4样机(盒型机翼)比较粗糙
来自西班牙的独有技术设计,转弯抗风时可保持座舱姿态不变,乘坐感受好,前面几篇文章里都有介绍过,这里不再赘述。
图↑ Crisalion Integrity 1
奥地利公司2021年推出的共轴电动直升机概念,可载1人或等量货物。用于舰船近岸补给,或者跨越海峡的运送(如博斯暜鲁斯海峡)。上下旋翼的电机转速可单独控制,每个旋翼由4个动力单元组成,共计8个,以实现冗余,旋翼无变距,动力系统可以整体倾斜实现推力矢量。2023年已经展出了样机,不过这种电机和旋翼结构是否经得住考验,尚且待定。原计划2022年原型机首飞,目前看进度延后了2年。
图↑ FlyNow PAV
Jump Aero JA1 Pulse
该公司的创始人是此前Terrafugia飞行汽车公司的创始人,公司卖给吉利后,自己再创业成立了Jump公司。JA1取名“脉搏”(Pulse),主要是用于第一时间将一位医护人员携带除颤仪送到心脏病人身边开展急救,为后面救护车到来争取时间,提高救援成功率。
图↑ Terrafugia Transition
JA1为尾坐式设计,设计理念类似于Bell公司的APT系列尾坐式无人机,占地面积更小,相比其他飞行器更加的机动灵活。垂直起降时人为站立姿态,平飞时人是趴着的,会有些难受,不过一般而言飞行时间也就几分钟。
图↑ JA1为尾坐式
作为eVTOL元老级的公司,Kittyhawk于2022年9月关闭。不过其Heaviside还是提供了不少行业技术经验。Heaviside为三翼面设计,主翼前掠,一共8个向下倾转的螺旋桨。
Heaviside曾经因为飞控系统问题坠毁过,没有公开进行过载人飞行。原型机已经捐赠给了多家博物馆(Hiller、Wings of History)。图↑ Heaviside在飞行
图↑ 倾转电机机构
就是以前的Opener Blackfly,改了名字,目前还是谷歌联合创始人拉里-佩奇投资的公司。属于103部超轻机,电池在机翼上,不需要飞行驾照即可驾驶飞行,可飞行32km,巡航速度100km/h。最大的不爽就是起飞和降落的时候,头在下脚在上,并且看不到地面,会有恐惧感。Helix开始预订了,2024年6月即可交付,根据配置的不同,售价为19-26万美元。飞行器实际上也属于尾坐式垂直起降。为保证平飞时乘员为正常坐姿,起降状态会出现脚靠上、头靠下的不适状态。图↑ 带着Helix去探险
图↑ 悬停时“头重脚轻”
日本团队开发,2020年Gofly设计大赛获胜者创建的公司。MK5作为产品,没有采用之前的特异构型,该机为串列复合翼布局,总计32个升力螺旋桨,尾部一个推进螺旋桨。为减小悬停和巡航时阻力,16个挂架都进行了减阻整流设计。该机2021年首飞,截至2024年1月还未报道已经完成过渡平飞。
图↑ Gofly大赛获奖作品(飞行摩托)
图↑ Tetra MK-5
法国公司,创始人Franky ZAPATA家境富裕,16岁成为赛车手,20岁为公司负责人,曾经因为发明了Flyboard滑板以及2019年7月14日驾驶Flyboard Air飞行滑板在法国阅兵式上飞越香榭丽舍大街而闻名于世。
图↑ 喷气动力的Flyboard Air
Zapata Airscooter采用燃油动力+电机的混合布局,可加注18.9L燃油,飞行器优势是占地面积小重量轻,3.4mX3.4m,为103部超轻机,用于休闲飞行。其动力系统的布局比较有特色,左右前后的4个较大的螺旋桨为燃油发动机驱动,其他8个小的螺旋桨为电机直接驱动。尾部还有2个用于航向控制的电机螺旋桨。
在欧美,个人飞行器市场、法规、飞行员基础是真实有保障的,中国暂不具备该条件。另一方面来讲,中国游客是世界上旅游出行消费最重要的群体,中国的高净值人群数量也是世界前列,目前低空经济开展得如火如荼,相关法规也在完善中,加上这类小型飞行器适航审定相对较快,不管是在国内还是国外,都将引领新的时尚。