表1 纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材

注：f—纖維；w—晶須。

表2 顆粒及晶須增強(qiáng)復(fù)合鋁材的應(yīng)用實(shí)例

飛行汽車是什么？飛行汽車多指可以借助電力垂直起降的飛行器，兼具直升機(jī)、無人機(jī)、小型飛機(jī)的特點(diǎn)。據(jù)國際垂直協(xié)會(huì)稱，截至2023年3月，已有800多個(gè)機(jī)型作為電動(dòng)垂直起降飛行器被注冊(cè)。據(jù)摩根士丹利預(yù)測(cè)，到2040年，全球飛行汽車相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1萬億美元；到2050年，達(dá)到9萬億美元。其中，中國所占比例為23%，僅次于美國的27%。
　　電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)跨時(shí)代的高新技術(shù)，和新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展路線一樣，已成為世界航空工業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計(jì)思路，從飛機(jī)綠色環(huán)保、高效節(jié)能、智能互聯(lián)的理念出發(fā)，優(yōu)化整個(gè)飛機(jī)的設(shè)計(jì)，極大地提高了飛機(jī)的可靠性、環(huán)保性、舒適性和可維護(hù)性，是未來飛機(jī)的發(fā)展方向，也是飛行汽車的發(fā)展方向。
　　中國加速推動(dòng)飛行汽車商業(yè)化
　　中國正在加速飛行汽車商業(yè)化的前期工作。相關(guān)部門有可能于2025年左右發(fā)放相關(guān)許可證，主要是由初創(chuàng)公司進(jìn)行試飛。飛行汽車的優(yōu)點(diǎn)是可以利用汽車供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)采購所用電池。沃飛長空科技有限公司總裁今年5月中旬曾表示，預(yù)計(jì)中國飛行汽車從2025年或2026年起將正式開啟商業(yè)化運(yùn)營，這是一場(chǎng)超越汽車電動(dòng)化的革命。
　　進(jìn)行飛行汽車研發(fā)的多是初創(chuàng)公司，例如美國的喬比航空公司、英國的垂直航空航天公司。多數(shù)企業(yè)都希望能開發(fā)出無人駕駛的飛行汽車，盡管目前全球尚無先例。
　　在中國公司中，早在2016年億航智能公司就率先宣布將投身飛行汽車領(lǐng)域；隨后浙江控股集團(tuán)收購了美國飛行汽車生產(chǎn)商特拉富賈公司，還向德國沃洛科普特公司投資；小鵬汽車公司也積極參與研發(fā)。中國是汽車電池生產(chǎn)的世界領(lǐng)跑者，在飛行汽車領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　中國民航局在2022年發(fā)布的《民用無人駕駛航空發(fā)展路線圖（征求意見稿）》中表示，到2025年要開展短距離載人無人駕駛飛行應(yīng)用示范，隨后各公司紛紛主動(dòng)審報(bào)以獲取型號(hào)合格證。億航智能等公司在各地開展試飛，中國各公司的試飛次數(shù)是世界上最多的，但能否實(shí)現(xiàn)商飛還決定于中國民航局是否發(fā)放許可，民間企業(yè)正在翹首以待，積極準(zhǔn)備著。
　　此前有過已在中國取得型號(hào)合格證的機(jī)型，然而，到了國外就得不到認(rèn)可。中國公司為了規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)也積極在國外開展試飛。
　　美國飛行汽車技術(shù)全球領(lǐng)先
　　空中出租車外觀很像小型飛機(jī)或直升機(jī)，可以垂直起降，能夠在城市中心運(yùn)行，將人們送往機(jī)場(chǎng)或度假目的地或其他地方。今年7月18日，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）發(fā)布的《先進(jìn)空中交通實(shí)施規(guī)劃1.0版本》中，概述了空中出租車及其相關(guān)機(jī)構(gòu)需要完成的步驟，確保2028年之前能至少在一個(gè)地方建成一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的空中出租車市場(chǎng)，且該市場(chǎng)最早可能從2025年開始小規(guī)模運(yùn)營。
　　FAA的計(jì)劃非常引人關(guān)注，它體現(xiàn)了相關(guān)規(guī)則制訂機(jī)構(gòu)對(duì)空中出租車這項(xiàng)技術(shù)的信心。FAA表示，該計(jì)劃旨在為“以可預(yù)測(cè)且常規(guī)”的方式對(duì)引進(jìn)空中出租車提供指導(dǎo)。然而，必須意識(shí)到，到2028年時(shí)，要確保空中出租車在一個(gè)或多個(gè)城市上空飛行決非易事，因?yàn)檫@是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，不僅對(duì)空中出租車制造商有嚴(yán)格的要求，也需要包括地方政府在內(nèi)的一些機(jī)構(gòu)的密切配合，更難做的工作是，說服民眾接受空中出租車是安全的，消除他們對(duì)安全性的擔(dān)憂。這個(gè)問題目前已得到部分解決，因?yàn)榭罩谐鲎廛囋谶\(yùn)營之前必須要經(jīng)過認(rèn)證，這對(duì)保證安全起了至關(guān)重要的作用。它包含諸多新技術(shù)與系統(tǒng)必須經(jīng)過認(rèn)證許可才能上路與升天。此前，波音公司和空客公司也在面對(duì)審核、認(rèn)證時(shí)不得不幾次推遲其運(yùn)營計(jì)劃。喬比航空公司（Joby Aviation）和阿切爾航空公司（Archer Aviation）都希望能在2025年獲得認(rèn)證并開始商業(yè)服務(wù)，這是兩家認(rèn)證進(jìn)展最快的美國公司。
　　由于電池容量有限，空中出租車的飛行距離不能太遠(yuǎn)，因此，初期只能應(yīng)用于城市和機(jī)場(chǎng)之間的通勤。這既在某種程度上提升了安全性，也能在一定程度避免對(duì)城市上空的影響。
　　雖然空中出租車面臨著一系列困難，如人員不足、基礎(chǔ)設(shè)施、配套設(shè)施、相關(guān)法律不全，但FAA的計(jì)劃體現(xiàn)出相關(guān)行業(yè)越來越關(guān)注空中出租車的發(fā)展前景，堅(jiān)信其運(yùn)營就在眼前。近年來，幾家重要的空中出租車公司都已上市，包括美國的喬比航空公司、阿切爾航空公司，德國的利利厄姆（Lilium）公司和英國的弗蒂考爾航空公司（Vertical Aerospce）。一些空中出租車公司還加深了與主要航空公司和汽車制造商的聯(lián)系。2023年5月，波音飛機(jī)公司收購了威斯克汽車公司（Wisk），該公司正在研發(fā)自動(dòng)駕駛空中出租車。巴西航空工業(yè)公司創(chuàng)建了自己的空中出租車公司——伊夫空中汽車（Eve air Mobility）公司。
　　這些企業(yè)都在不遺余力地?fù)屨家粋€(gè)未來可能價(jià)值數(shù)百億美元的市場(chǎng)。對(duì)航空公司來說，空中出租車可以幫助企業(yè)贏得更多乘客。FAA局長表示：“隨著時(shí)間的推移，空中出租車將得到更多公眾的接受，但成本卻是關(guān)鍵，如果空中出租車只能為富人服務(wù)，那可能不太容易被市場(chǎng)接受。”
　　美國首款飛行汽車獲FAA批準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。2023年6月，美國FAA核準(zhǔn)加利福尼亞州一家初創(chuàng)公司可進(jìn)行一款飛行汽車測(cè)試，這是美國政府許可的可飛行也可在道路上行駛的全電動(dòng)車，名為“Model A”，是該州阿菜汽車公司（Alet Automotive）研發(fā)的，可垂直升降，可乘2名客人，道路續(xù)航力約321千米，飛行續(xù)航力177千米，車的預(yù)計(jì)售價(jià)30萬美元/輛，首批交付預(yù)計(jì)于2025年12月，道路行駛速度約40千米/小時(shí)。
　　韓國首爾
　　2024年試點(diǎn)2條飛行汽車航線
　　韓國首爾市政府今年5月12日表示，計(jì)劃于2024年在汝矣島和蠶室兩條航線啟動(dòng)飛行汽車商用化所需的實(shí)證項(xiàng)目。
　　據(jù)稱，首爾市和國土交通部于今年下半年將在開闊地帶進(jìn)行首期實(shí)證項(xiàng)目，充分驗(yàn)證城市空中交通（UAM）的總體安全性，2024年起將在首都圈進(jìn)行第二期實(shí)證。第二期實(shí)證項(xiàng)目覆蓋京仁運(yùn)河、漢江、炭川水網(wǎng)，首爾市境內(nèi)有18千米的金浦機(jī)場(chǎng)至汝矣島和8千米的蠶室至水西2條航線，京畿道境內(nèi)有14千米的韓國國際展覽中心至金浦機(jī)場(chǎng)航線，仁川市境內(nèi)為14千米的無人機(jī)試驗(yàn)認(rèn)證中心至桂陽新城航線。城市空中交通是無需跑道垂直升降的綠色出行手段。韓國政府計(jì)劃該項(xiàng)目于2025年實(shí)現(xiàn)商用，目前正在與多家民營企業(yè)共同開展研發(fā)活動(dòng)。
　　飛行汽車全鋁打造
　　所有的飛行汽車都是用鋁合金打造的，有的是用常規(guī)鋁合金與鋁基復(fù)合材料打造的，有的主要是用鋁基復(fù)合材料制備的。鋁基復(fù)合材料也是一種鋁合金，是一類性能更加優(yōu)秀的鋁合金，所以我們說，飛行汽車是全鋁的。鋁是當(dāng)下制造飛行汽車綜合性能最佳材料。鈦合金和鎂合金也是較好的航空材料，但綜合起來看，還有一些不盡人意的地方，比如鈦鎂的價(jià)格都要比鋁的高一些。
　　鋁基復(fù)合材料的基體為工業(yè)純鋁和鋁合金，增強(qiáng)體則為非金屬材料，一般的體積分?jǐn)?shù)為15%和20%，實(shí)用型的鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)體含量很少有大于20%的。鋁及鋁合金是良好的金屬基復(fù)合材料，它們的密度小、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度大、熔點(diǎn)不高、有很好的成形加工性能，制造工藝與設(shè)備不復(fù)雜，易于與增強(qiáng)材料復(fù)合進(jìn)行第二次加工。此外，鋁及鋁合金還有很好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和良好的抗腐蝕性能，這些都是復(fù)合材料為滿足使用要求必須具備的特性，也是鋁基復(fù)合材料得到快速發(fā)展的主要原因。
　　當(dāng)下鋁基復(fù)合材料使用的基體有工業(yè)純鋁和變形鋁合金（如2014、2024、2124、2219、2618、6061、6066、7075、7475）等，一般不使用含Mn、Cr的合金，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生脆性相，鑄造鋁合金常用的基體合金有A356、A357，在粉末冶金變形鋁合金中可用上述合金的粉末作材料基體。
　　鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)體有連續(xù)的長纖維和不連續(xù)的短纖維、晶須和顆粒。他們應(yīng)具有高強(qiáng)度、高模量、高剛度、抗疲勞、高抗蝕、耐熱、耐磨、熱脹系數(shù)小、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、潤濕性好、化學(xué)相容性好、易成形等特性。所用纖維有硼纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、芳綸（商品名有Kevlar、Aramid）、硅酸鋁纖維、氮化鋁纖維等，還有其中間的短纖維、晶須和顆粒（幾種纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料性能的比較見表1）。
　　鋁基復(fù)合材料除具備普通金屬基復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量高、線脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)外，還具有密度低、制造工藝設(shè)備較簡(jiǎn)單、成本較低、可進(jìn)行批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因而鋁基復(fù)合材料的研制和應(yīng)用得到迅速發(fā)展，特別是顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材科、硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料早已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用時(shí)期。
　　當(dāng)前鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用研究主要集中在顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，并取得了很大成就，美國、日本、中國、俄羅斯等國家已進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段，但中國在研發(fā)的某些方面與先進(jìn)國家相比還有一些差距（顆粒和晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在非航空航天器上的應(yīng)用實(shí)例見表2）。
　　飛行汽車一旦商業(yè)化，將會(huì)形成一個(gè)相當(dāng)大的新興市場(chǎng)，車的數(shù)量很大，單車的用鋁量很大，如果單車的凈質(zhì)量按1200千克計(jì)算，則鋁材及鋁基復(fù)合材料的采購質(zhì)量當(dāng)達(dá)到730千克，加上電池及電池框架的用鋁量，則每輛車的鋁材及鋁基復(fù)合材料的采購量當(dāng)大于850千克。飛行汽車在以后的商業(yè)化進(jìn)程中會(huì)得到高速發(fā)展，大概在2025年～2028年期間，每年的平均增長量可達(dá)1萬輛，2029年起會(huì)以更快的速度發(fā)展。
　　1886年，汽車工業(yè)和鋁工業(yè)先后誕生，經(jīng)過136年的發(fā)展，2022年，中國汽車產(chǎn)銷量分別為2702.1萬輛和2686.4萬輛。2022年，中國原鋁產(chǎn)量4043萬噸。2022年，中國全鋁出租車只有吉利TX5，已在大連市滿街跑了，用鋁量約400千克/輛，鋁的采購量約490千克/輛，車身鋁化率97%，車的自身質(zhì)量下降約30%。這是全世界單車用鋁量最多的出租車。2022年，全世界原鋁總產(chǎn)量6842萬噸，中國的產(chǎn)量占59.1%。
　　在一般汽車用的鋁材中以鑄造鋁合金為主，約占總用鋁量的61%以上，而在飛行汽車中，用的鋁材中以變形鋁合金（含復(fù)合鋁合金）為主，約占總用鋁量的65%以上。