这是2018年 - 为什么没有电动飞机？

电动汽车和卡车越来越多地出现在美国高速公路上，它提出了这个问题：商业上可行的电动车何时需要到天空？有很多雄心勃勃的努力建立电动架空飞机，包括支线飞机飞机可以覆盖更远的距离．电气化开始使一种航空旅行成为可能许多人一直希望，但还没有看到-飞行车．

制造电动飞机的一个关键挑战是，给定重量的机载能源能储存多少能量。虽然最好的电池每单位重量储存的能量比航空燃料少40倍，但它们有更多的能量可用来驱动运动。最后，对于给定的重量，飞机燃料包含大约14倍的可用能源而不是最先进的锂离子电池。

这使电池相对沉重地用于航空。航空公司已经是担心体重- 施加行李费用部分限制了飞机需要多少。道路车辆可以处理较重的电池，但存在类似的担忧。我们的研究小组有分析了重量 - 能量权衡在电动拾取卡车和拖拉机拖车或者semi-trucks．

本艺术家的NASA实验电机设计的概念沿着翅膀显示了14个电机。美国国家航空航天局

从电动车到飞行车辆

我们的研究基于对车辆行驶所需能量的非常准确的描述，以及锂离子电池所涉及的潜在化学过程的细节。我们发现，一种类似于现在柴油驱动的电动半卡车，充一次电可以行驶500英里，同时能够承载93%的货物。

电池需要变得更便宜，才能使美国卡车转向电力运输的过程具有经济意义。这似乎可能会发生由这件事2020年代早期．

飞行器的距离稍微远一些，因为它们有不同的动力需求，尤其是在起飞和降落的时候。

什么是E-VTOL？

与乘客飞机不同，携带个人套餐的小电池供电的无人机在400英尺以下飞行的短距离飞行已经开始使用。但是携带人员和行李需要10倍甚至更多的能量。

我们研究了一架小型电池供电的飞机有多少能量垂直起飞和着陆需要。这些通常设计为像直升机一样直接发射，通过在飞行期间旋转其螺旋桨或整个翼来转移到更有效的飞机模式，然后过渡回直升机模式进行着陆。他们可能是繁忙的城市地区的有效和经济的方式，避免堵塞的道路。

E-VTOL飞机的能量要求

我们的研究小组建立了一个计算机模型，根据设计的思路计算出一架单人电子垂直起降飞机所需的功率已经在开发．电子垂直起降飞行器就是一个这样的例子，包括乘客在内，它的重量为1000公斤。

旅行中最长的一部分，巡航飞机模式，需要每英里的最少的能源。我们的样本E-VTOL需要每英里大约400到500瓦特，围绕相同的能量电动拾取卡车需要 - 大约两倍的能耗电动轿车客运．

我们的样本e-VTOL需要的能量大约相当于一辆电动皮卡所需的能量——大约是一辆电动乘用车的两倍。

然而，起飞和降落需要更多的动力。我们的分析预测，无论电子垂直起降飞机飞行多远，每次飞行的起飞和降落都需要8000到10000瓦时。这大约是大多数小型电动汽车(如日产聆风)可用能源的一半。

在整个飞行过程中，用目前可用的最好的电池，我们计算出一架设计为携带一个人20英里或更少的单人电子垂直起降飞机需要大约每英里800到900瓦时．That’s about half the amount of energy as a semi-truck, which is not very efficient: If you needed to make a quick visit to shop in a nearby town, you wouldn’t hop into the cab of a fully loaded tractor-trailer to get there.

随着电池在接下来的几年里改善，他们可能能够包装多50%的能量同样重量的电池。这将有助于使电子商务车更适合中短途旅行。但在人们真正开始经常使用电子虚拟商务机之前，还需要一些其他的东西。

这不仅仅是能量

对于地面车辆来说，确定有效的行程范围就足够了——但对于飞机和直升机来说就不需要了。飞机设计师还需要仔细检查功率，也就是储存的能量能以多快的速度得到。这一点很重要，因为在飞机起飞时加速，或在直升机中克服重力向下，比转动汽车或卡车的轮子需要更多的动力。

因此，e-VTOL电池必须能够以大约10倍的速度放电比电动道路车辆的电池。当电池放电更快时，它们会变得更热。当你一边玩游戏一边下载大文件时，你的笔记本电脑风扇就会全速旋转，而当你要求产生更多电量时，汽车电池组就需要更快地冷却。

道路车辆的电池在行驶时不会产生那么大的热量，所以它们可以通过经过的空气或简单的冷却剂来冷却。然而，一架电子垂直起降出租车在起飞时会产生大量的热量，需要很长时间才能冷却下来，而短途飞行甚至可能在着陆时再次升温之前都没有完全冷却下来。相对于电池组的大小，在相同的飞行距离中，e-VTOL电池在起飞和降落时产生的热量是远远超过了电动汽车和半卡车。

卡车和汽车的设计师不需要从根本上改善它们的动力输出或冷却系统。

额外的热量将缩短E-VTOL电池的有用生活，并且可能使它们更容易捕捉火灾。为了保持可靠性和安全性，电机需要专门的冷却系统 - 这需要更多的能量和重量。

这是电动道路和电气飞机之间的关键差异：卡车和汽车的设计者无需从根本上改善其动力输出或其冷却系统，因为这会增加成本而不帮助性能。只有专业化的研究将为电机找到这些重要进步。

我们的下一个研究课题将继续探索改善电子垂直起降机电池和冷却系统的方法，为有效航程提供足够的能量，为起飞和着陆提供足够的能量，而不会出现过热。

一架可搭载两名乘客的实验性电动飞机。美联社图片/Remy de la Mauviniere