当电动空中出租车革命到来时，您可能听不到它的声音。电动垂直起降飞行器 (eVTOL) 的一个显著特点是其飞行时的静谧性，在典型的城市交通噪音中几乎不引人注意。与直升机不同，它没有震耳欲聋的 90 分贝“砰、砰、砰”声。相比之下，eVTOL 飞机使用多个小型螺旋桨，其旋转速度仅为直升机旋翼的一半——避免了大型旋转叶片产生的恼人的低频脉冲声。
电动马达比直升机的涡轮发动机更安静，这也帮助将噪音降至最低。“最新的空中出租车设计，例如 Joby 和 Archer 等领先制造商的设计，与直升机相比，噪音水平降低了 20 到 25 分贝，”领导 NASA X-57 Maxwell 电动飞机开发的开拓性工程师 Mark Moore 说。这意味着 eVTOL 对附近的听众来说可能噪音低四到五倍。除了提供更安静的飞行外，这些新机器还应比直升机更安全、更环保、更便宜。Moore 认为，电动空中出租车非常适合航空业所谓的城市空中交通 (UAM) 服务，使通常交通拥堵的旅客能够“利用第三维度逃离地面上的蚂蚁踪迹”。
过去十年中，已成立了二十多家主要的 eVTOL 制造商，其中一些公司正接近获得美国联邦航空管理局或其欧洲对等机构——欧洲联盟航空安全局 (EASA) 的商业认证。每家公司都在致力于其自主研发的飞机设计，但所有公司都有相同的目标：提供不超过 18 至 25 英里的按需空中旅行——这是第一代电池电动 eVTOL 出租车的“最佳”航程范围。这些短途、高速的飞行可以将通勤者运送于市中心和机场之间，或运输货物和包裹。军方可能需要 eVTOL 用于伤员后送或后勤补给。其他潜在用途包括空中救护、捐赠器官运送和警察运输，以及定期班车和生态旅游——当然还有个人飞行汽车。
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分布式电力推进
2016 年，Uber Elevate（拼车公司的空中出租车分支机构）的联合创始人 Moore 和他的同事在一份题为“快进到按需城市空中交通的未来”的开创性白皮书中概述了新兴行业的基本商业模式。它通过宣布必要的技术终于到来，从而激发了新兴的 UAM 行业。Moore 回忆说，“以前的科幻小说”突然变成了一项正在进行的事业。Uber Elevate 很快聚集了潜在的参与者，包括新兴的飞机制造商、航空公司、汽车制造商和运输服务提供商，以及潜在的融资者和垂直起降机场（垂直起降飞机的机场）的运营商。
随之而来的是涉及硅谷亿万富翁和大公司的巨额融资交易，仅在 2020 年第一季度就筹集了超过 10 亿美元。但在经历了一段动荡的炒作和过度扩张时期后，Uber 的空中出租车业务在同年急转直下，迫使该公司将其 Elevate 部门出售给位于加利福尼亚州圣克鲁斯的电动飞机公司 Joby Aviation。然而，到那时，电动空中出租车行业已经建立了一个基于可行技术的连贯商业计划：分布式电力推进。
在分布式电力推进中，多个小型电力推进器（单个螺旋桨，每个螺旋桨都有自己的电动驱动马达）沿着机翼、尾翼或机身放置，它们协同工作以产生推力、升力和控制力。“关键是它们使新型旋翼飞机设计能够满足城市地区的噪音和排放法规，”弗吉尼亚州 Aurora Flight Sciences 公司前首席执行官、航空先驱 John Langford 说。该公司现已被波音公司收购，建造了几架早期的电动飞机和 eVTOL，主要用于五角大楼。
降噪并非这种推进方法的唯一好处。Moore 说，与只有一个或两个旋翼的直升机不同，多个螺旋桨提供了安全冗余。如果一个推进器发生故障，其他推进器可以承担负荷。他指出，与排放化石燃料尾气的直升机涡轮发动机不同，“电动机是低排放或零排放的。”
然而，创造这些飞行器的工程师和设计师不能简单地用电动机替换涡轮机。“在许多情况下，更换为电力意味着性能降低，”Langford 指出。“电池的低能量密度意味着电动飞机最适合短程任务——不到 200 英里，通常远低于这个距离。”但他补充说，eVTOL 的高效率和低维护需求可能意味着更低的运营成本——这对电动空中出租车的支持者来说是一个巨大的吸引力。
因此，所有设计的关键是最大限度地减轻重量，以避免电池负担过重——电池是 eVTOL 系统中最薄弱的环节——尤其是在起飞和悬停期间。目前许多 eVTOL 飞机正在优化，以用 10 到 20 分钟的空中出租车行程（飞行速度可能为 150 英里/小时）取代 60 到 90 分钟的汽车通勤。这就是为什么几乎所有空中出租车设计都采用轻型碳复合材料机身的原因。
空中出租车分类
全球正在研发数百种不同的空中出租车，按其通用设计对其进行分类非常有用。圣何塞 Archer Aviation 公司的首席技术官 Tom Muniz 非常适合提供这种空中出租车分类。他是多家 eVTOL 企业的资深人士，包括 Zee.Aero、Kittyhawk 和 Wisk Aero（后者现已被波音公司所有）。
“最简单的类别是多旋翼 eVTOL，”Muniz 说。“它们类似于标准无人机，因为它们有多个升力螺旋桨，但没有机翼，这限制了航程和速度。”他指出，由于没有机翼产生高空气动力升力的能力，多旋翼飞机往往比其他类型更嘈杂。
德国的 Volocopter 和中国的亿航是两家生产小型多旋翼 eVTOL 的公司。在即将到来的巴黎夏季奥运会上，Volocopter 希望在其双座 VoloCity 演示机上，在最近完工的五个市政垂直起降机场之间运送乘客。与此同时，中国民用航空局最近批准亿航大规模生产其无人驾驶 EH216-S eVTOL，该 eVTOL 可以在携带两名乘客的同时自主运行。
Muniz 解释说，就技术复杂性而言，接下来是“升力-巡航”设计。这些飞机将多旋翼布局与传统的固定翼飞机配置相结合，从而实现更远的航程和更高的速度。通常，飞机周围的一系列朝上的螺旋桨在起飞期间产生垂直升力。Muniz 说，后部的一个或多个固定推进螺旋桨然后将飞机向前推进，过渡到节能的机翼升力。当需要着陆时，升力螺旋桨再次接管。
来自空中客车 UAM（欧洲跨国航空航天公司德国分部）的 CityAirbus NextGen eVTOL 原型机是一款新型升力-巡航空中出租车，预计将于 2024 年底升空。它可容纳一名飞行员和三名乘客，最大航程为 50 英里，巡航速度为 75 英里/小时。另一款升力-巡航 eVTOL 是最近获得认证的上海 AutoFlight 公司的 4,400 磅重、五座 Prosperity。今年早些时候，一架测试飞机完成了中国城市深圳和珠海之间的 20 分钟城际飞行——这段路程开车需要三个小时。
在新空中出租车设计中，一个值得注意的竞争者根本不是 eVTOL，而是 eSTOL——一种电动（或极限）短距起降飞机，由 Langford 目前的公司 Electra.aero（位于弗吉尼亚州马纳萨斯）开发。Electra 的双座混合动力 eSTOL 演示机 EL-2 Goldfinch 类似于一架灵活、低速的农作物喷粉飞机。但 Goldfinch 最近表明，它可以安全地从不到 170 英尺长的简易机场起飞——比标准固定翼飞机所需的跑道短得多。（相比之下，一架满载的塞斯纳 172，一种常见的小型飞机，通常需要约 960 英尺的跑道。）
Langford 解释说，“Goldfinch 沿机翼前缘安装了八个电动螺旋桨，通过将空气吹过机翼来显着提高升力，从而提高了有效空速，进而提高了它们产生的空气动力升力。”他补充说，这种额外的升力“有助于实现超短、低速着陆”。Electra 的“吹气升力”eSTOL 原型机与像客机一样延伸的大型襟翼，以及用于控制的超大水平尾翼稳定器一起，为九座商业版铺平了道路。Langford 说，这种更大的飞机应该能够从 295 英尺长的场地起飞——这种布局可以适应曼哈顿目前的一些河畔直升机场。
Joby 和 Archer
升力-巡航 eVTOL 的一种更复杂的变体是“矢量推力”类型，其中铰接式推进器倾斜以根据需要提供垂直或水平推力，Archer 的 Muniz 说。他指出，他公司的 Midnight 飞行器和 Joby Aviation 的 S4 2.1 eVTOL 是主要的例子。
Archer 的 Midnight 是一款 6,500 磅重的飞行器，可容纳一名飞行员和四名乘客，机翼和尾翼上有十几个朝前的电动螺旋桨。六个倾斜螺旋桨提供垂直起降的升力以及向前运动的推力；六个固定升力螺旋桨仅在垂直飞行期间运行。该公司表示，这款飞行器可以达到高达 150 英里/小时的速度。Joby 的 eVTOL，名为 S4 2.1，是一款 4,800 磅重的飞行器，可容纳一名飞行员和四名乘客，由六个倾斜推进器驱动。*它的最高速度为 200 英里/小时。
这两家公司都加入了美国空军 AFWERX Agility Prime 计划，该计划正在花费数亿美元购买空中出租车，供 NASA 工程师进行测试和评估。Joby 公司飞机 OEM（原始设备制造商）总裁 Didier Papadopoulos 说，去年 9 月，Joby 向爱德华兹空军基地交付了其首架生产原型 eVTOL 飞机。
根据 Joby 的商业模式（基于 Uber 庞大的叫车数据库），空中出租车需要以每乘客英里约 3 美元的成本运营才能盈利。Papadopoulos 说，Joby 计划全天运营，仅有 6 到 8 分钟的短暂停留时间来转移乘客和为电池充电。他补充说，考虑到成本紧张和专业需求，公司工程师正在内部开发飞机的所有组件。Muniz 表示，这种垂直整合的供应链与 Archer 成本较低的方法形成对比，后者使用了许多现成的组件，除了电机、电池和控制计算机。Archer 选择使用特斯拉验证过的“汽车式”圆柱形锂离子电池，而据报道，Joby 则选择了使用更紧凑、更轻巧的袋式电池的锂镍钴锰氧化物电池组。
Moore 将这两款不同来源的机器视为“法拉利与丰田凯美瑞”。这两种飞行器或它们的众多竞争对手中的任何一种能否在旅行公众中获得广泛的客户接受，还有待观察。
*编者注（2024年6月17日）：发布后编辑了这句话，以更正 Joby Aviation S4 2.1 飞机可搭载的乘客人数。