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| 本文作者： 鐵流 | 2015-12-09 15:30 |
談起電動汽車，想必大家都不陌生——“高端大氣上檔次”的特斯拉電動車在媒體爆炒下無人不知，無人不曉；“低調(diào)土鱉有內(nèi)涵”的比亞迪混電/電動車雖然名聲不如特斯拉顯赫，卻在廣東成為出租車和公交車進(jìn)入人們的日常生活，甚至還有比亞迪的電動公交車出口美國。
前不久，埃隆馬斯克提出要造電動飛機(jī)，可參考雷鋒網(wǎng)消息：《馬斯克又要發(fā)大招：建造電動超音速飛機(jī)》——
“包括飛機(jī)和輪船的所有交通工具都將全電動化——不只是半電動的混合動力，而是完全的電動化，”馬斯克說道，“這是完全沒有問題的?！?/strong>
電動飛機(jī)是黑科技？
其實(shí)電動飛機(jī)并不是黑科技，國內(nèi)外早有一系列成熟的產(chǎn)品。
（E-Spyder）
E-Spyder由中國某公司設(shè)計(jì)，于2009年在美國EAA展示。E-Spyder是一款超輕型單座鋰電池電動飛機(jī)，動力裝置為一臺20千瓦的電機(jī)，續(xù)航時間40分鐘。
（E-430）
E-430由中國某公司設(shè)計(jì)，采用近似動力滑翔機(jī)的外形設(shè)計(jì)，高度流線形低阻機(jī)身使飛行能耗降到最低。機(jī)頭安裝的動力系統(tǒng)主要包括電動機(jī)和三葉復(fù)合材料螺旋槳。整機(jī)采用全復(fù)合材料，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
E-430空重255千克（包括蓄電池），最大起飛重量430千克；最大平飛速度150千米/小時，巡航速度95千米/小時。標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航時間2小時，最大續(xù)航時間3小時。
因電費(fèi)比航空燃油便宜，飛機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性好。目前，飛機(jī)已通過了德國適航認(rèn)證。
（RX1E）
RX1E由沈陽航空航天大學(xué)設(shè)計(jì)，于2012年11月面世。該機(jī)以稀土永磁同步電動機(jī)為動力，高能鋰電池為能源，整機(jī)使用復(fù)合材料，一次充電飛行45-60分鐘，最大時速160千米/小時，最大起飛重量480千克。RX1E于2013-2015年獲得適航證和生產(chǎn)許可證，并已量產(chǎn)，售價(jià)為98萬人民幣。試生產(chǎn)的首批18架已與客戶簽約，并已部分交付客戶，被用于飛行訓(xùn)練，將來可能還會用于旅游觀光。
（E-Fan）
E-Fan由空客設(shè)計(jì)，續(xù)航時間為45分鐘至1小時，最大時速218千米/小時，雙電機(jī)總功率為60千瓦，最大起飛重量580千克。2015年，E-Fan成功飛越英吉利海峽。
因此，電動飛機(jī)雖然聽起來科幻感十足，但并非黑科技，中國和歐洲早已有一些列成熟產(chǎn)品，有的早已亮相展會，有的拿到了適航證和生產(chǎn)許可證，有的已經(jīng)交付客戶使用。
鋰電池電動力系統(tǒng)
鋰電池電動力系統(tǒng)由鋰電池組輸出直流電，DC一DC轉(zhuǎn)換器對電壓和電流進(jìn)行調(diào)制，然后輸送給DC一AC轉(zhuǎn)換器逆變器，再輸送給交流電機(jī)，或者輸送給脈沖寬度調(diào)制器，最后輸送給直流電機(jī)。電機(jī)帶動螺旋槳推動飛機(jī)飛行，整個系統(tǒng)的運(yùn)行由綜合控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。為保障鋰電池組的性能和有效工作，需要具備條件電池單體的高性能和一致性，低電阻連接設(shè)計(jì)，電池包良好的散熱結(jié)構(gòu)，電池包管理系統(tǒng)等。
高性能與一致性看起來簡單，而國內(nèi)新能源汽車創(chuàng)業(yè)公司大都選擇日韓電池的原因卻往往就在這里。
鋰電池電動力系統(tǒng)最大的不足是鋰電池比能量數(shù)值有限。
具體來說，鋰電池和汽油的比能量數(shù)值分別為：0.15—0.25kWh/kg和12—12.5kWh/kg，碳?xì)淙剂鲜浅簹渫獗饶芰繑?shù)值最高的燃料，即使只有30%的能量被利用上，比能量仍高達(dá)3.6—3.7kWh/kg，相當(dāng)于鋰電池的20倍。
電動力系統(tǒng)存在偏重的問題。
電動力系統(tǒng)和機(jī)體結(jié)構(gòu)的重量系數(shù)達(dá)到0.70—0.85，約為常規(guī)飛機(jī)的2倍。另外，電動飛機(jī)還存在性能差，環(huán)境適應(yīng)性差，安全性、可靠性有待驗(yàn)證等問題。目前的電動飛機(jī)僅能滿足最基本的飛行。
誠然，電力具有通用性、靈活性、可再生（相對于煤炭、石油、天然氣）、輸送的便捷性等特點(diǎn)使其在能源上具備先天優(yōu)勢，電力取代化石燃料是時間問題，但現(xiàn)在的技術(shù)水平還無法達(dá)到這一要求。哪怕是軍艦所謂全電推進(jìn)也是用大功率燃機(jī)發(fā)電，而非使用鋰電池。
氣動布局技術(shù)
氣動布局簡單的說就是飛機(jī)的外形，因空氣阻力和氣流升力的影響，不同的外形會對飛機(jī)的性能造成很大的影響。
比如RX1E就采用了常規(guī)氣動布局，常規(guī)布局可以把飛機(jī)的長寬比做到很大，利于發(fā)揮大機(jī)翼和長發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢。而RX1E類似于滑翔機(jī)的設(shè)計(jì)，在電機(jī)動力有限的情況下給RX1E提供了升力。
另外，軍機(jī)的氣動設(shè)計(jì)會更加復(fù)雜，比如成飛的J10就采用了中距耦合鴨式布局；達(dá)索的幻影2000采用了無尾三角翼布局；洛馬的F22因?yàn)槠浒l(fā)動機(jī)F119獨(dú)步天下，選擇了常規(guī)布局。
（F22）
因電動飛機(jī)在巡航時速度較低，飛行雷諾數(shù)低，而在高空長航時飛機(jī)飛行環(huán)境復(fù)雜（密度、溫度、高空風(fēng)等），大翼展機(jī)翼的氣動彈性問題難解決，因此，電動飛機(jī)的氣動設(shè)計(jì)要求比常規(guī)動力飛機(jī)苛刻，要達(dá)到極低能耗和極高效率。
氣動設(shè)計(jì)是無數(shù)次成功或失敗的經(jīng)驗(yàn)積累，飛機(jī)模型要在風(fēng)洞中反復(fù)測試，在試飛和交付用戶后不斷改進(jìn)，這些都要花費(fèi)巨大的時間成本和資金成本。
具體來說，頂級的風(fēng)洞只有中、美、俄才有，而且因?yàn)轱L(fēng)洞巨大的耗電量，往往會配屬專門的核電站為風(fēng)洞供電。而經(jīng)過風(fēng)洞驗(yàn)證的氣動外形，會被用在原型機(jī)上，原型機(jī)在試飛過程中會根據(jù)實(shí)際情況改進(jìn)氣動設(shè)計(jì)，比如J20于2011年曝光，迄今為止以制造7架原型機(jī)，最新的2017和最初的原型機(jī)在氣動設(shè)計(jì)方面已經(jīng)有很大的改進(jìn)。另外，原型機(jī)試飛是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)樾碌臍鈩釉O(shè)計(jì)存在太多不確定因素，很有可能發(fā)生機(jī)毀人亡的事故。
（J20）
氣動設(shè)計(jì)和技術(shù)驗(yàn)證的門檻很高——韓國舉國之力也很難完成，T50教練機(jī)只能找洛馬做設(shè)計(jì)，吹風(fēng)洞。以至于洛馬曾經(jīng)將韓國“國產(chǎn)”的T50教練機(jī)，作為洛馬的產(chǎn)品，并放在洛馬的官網(wǎng)上和其他洛馬設(shè)計(jì)的飛機(jī)一同展示。（當(dāng)然，T50教練機(jī)的氣動設(shè)計(jì)難度和玩具一樣的電動飛機(jī)完全不是一個難度的）。
誠然，如同玩具般的電動飛機(jī)的氣動設(shè)計(jì)門檻遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與J20、F22這類4代戰(zhàn)機(jī)相提并論，對波音、洛馬、中航工業(yè)這樣的老牌航空巨頭來說更是小兒科的事情。
但對從未設(shè)計(jì)過飛機(jī)，技術(shù)積累為零的航空工業(yè)門外漢來說，如果不參照已有的成熟產(chǎn)品或公開的技術(shù)成果，或者像韓國人那樣找航空巨頭幫忙，一切要從零開始摸索的話，憑一己之力搞定電動飛機(jī)整條產(chǎn)業(yè)鏈可謂難于上青天。即使最后做出來了項(xiàng)目研發(fā)周期被大幅拉長，項(xiàng)目大幅延期是必然的。
材料和結(jié)構(gòu)
因電動飛機(jī)的動力系統(tǒng)存在重量偏大，功率偏低的問題，電動飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)就必須要比常規(guī)動力飛機(jī)更強(qiáng)，重量更輕。比如RX1E、E-Fan、E-430等都采用復(fù)合材料制造，機(jī)身空重普遍在200千克到300千克。
而電動飛機(jī)，特別是高空長航時的電動飛機(jī)本身的一些特性非常不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如超大尺寸/大撓度機(jī)體、大展弦比/大面積機(jī)翼、電動力系統(tǒng)部件集成安裝等。這些特點(diǎn)使在設(shè)計(jì)上很難有效滿足強(qiáng)度、剛度和氣動彈性等基本要求。
因此，結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)也是制約電動飛機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
新型高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，如各種先進(jìn)復(fù)合材料、高強(qiáng)度柔性薄膜；實(shí)現(xiàn)更高效率的全新的結(jié)構(gòu)形式，如薄壁盒形梁/管形梁、桁架結(jié)構(gòu)、蜂窩/泡沫夾芯結(jié)構(gòu)；突破結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極限，包括尺度（如超長、超薄等）、形狀和承載能力等。如果無法突破上述關(guān)鍵技術(shù)，那么電動飛機(jī)將因?yàn)槌責(zé)o法起飛，或因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足而在空中解體。
另外，航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)也對電動飛機(jī)至關(guān)重要。
包裝成高科技的特斯拉汽車
特斯拉電動飛機(jī)最大的困境在于缺乏核心技術(shù)。
雖然對于電動飛機(jī)的具體信息還有待披露，但以電動汽車來看，特斯拉電動車在技術(shù)方面著實(shí)乏善可陳，馬斯克在技術(shù)研發(fā)上的實(shí)力顯然大幅遜色于其炒作能力和資本運(yùn)作能力。
2014年，馬斯克表示“如果我們的目標(biāo)是創(chuàng)造令人驚艷的電動車，而我們的知識產(chǎn)權(quán)僅僅被用來抑制后來人，那我們的行為則是在違反我們的初衷。”于是特斯拉汽車公司宣布開放其所擁有的280項(xiàng)技術(shù)專利，相比之下，中國部分企業(yè)2013年獲批專利數(shù)量為：
比亞迪股份有限公司(340項(xiàng)專利)、華為終端有限公司（288項(xiàng)專利）、奇瑞汽車股份有限公司（276項(xiàng)專利）。
顯然，特斯拉汽車公司所擁有的技術(shù)專利數(shù)量顯然比不上比亞迪一年獲批的專利數(shù)（注意：是獲批，不是申請）。而和華為、中石化、中興等更是相距甚遠(yuǎn)......（當(dāng)然，不可否認(rèn)，特斯拉還比較年輕，這里要講的是特斯拉的技術(shù)專利還不成熟）
再看專利質(zhì)量，特斯拉汽車公開的技術(shù)專利大多是關(guān)于氣動避震、電傳操控等方面，實(shí)際上傳統(tǒng)汽車廠商在這方面研究深度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過特斯拉汽車，好比中國將J5的技術(shù)資料公布于世，對洛馬、蘇霍伊、達(dá)索來說毫無技術(shù)價(jià)值可言......
而特斯拉真正具有競爭力的充滿后現(xiàn)代和科幻風(fēng)的外觀——但馬斯克說得很明白，“只共享技術(shù)專利”，對于外觀設(shè)計(jì)專利......你懂得。
當(dāng)然，馬斯克的成就是無可否認(rèn)的，這位致力于改變世界的男人在創(chuàng)新技術(shù)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)依舊是可圈可點(diǎn)的，這里只是就事論事來探討下技術(shù)。
電池技術(shù)上的不足
對電動汽車和電動飛機(jī)，具有高能量密度的電池尤為重要。特斯拉電動車的電池采用的是松下的NCR18650鈷酸鋰電池，一輛車用上8000枚串聯(lián)的NCR18650鈷酸鋰電池。
（NCR18650鈷酸鋰電池）
而鈷酸鋰電池雖然有著非常高的能量密度比，但安全系數(shù)并不高——鈷酸鋰電池在180攝氏度時都就會釋放處氧氣，氧氣導(dǎo)致更加的不穩(wěn)定，進(jìn)而惡性循環(huán)，更多的氧氣導(dǎo)致更加低的起火溫度；另外，鈷酸鋰電池電解液稍有不慎，比如震動、溫度升高就會造成電池內(nèi)部壓力升高，然后發(fā)生爆炸，而脆弱的電池外殼在受到外力撞擊時很容易破裂，導(dǎo)致電解液揮發(fā)起火/爆炸——這是特斯拉實(shí)際起火/爆炸率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
中國工程院院士楊裕生也在近日發(fā)文傳達(dá)了對新能源汽車的看法，里面提到：“蓄電池是含能器件，存在不同程度的危險(xiǎn)性；比能量越高的電池，發(fā)生安全問題的幾率越高，特斯拉不斷燒車，可以為鑒?！?/span>
（自燃的特斯拉）
而特斯拉在電池技術(shù)上的貢獻(xiàn)僅限于電池的排列方式，添加了保險(xiǎn)絲和冷卻劑，說穿了就是因?yàn)殡姵夭话踩?，所以設(shè)計(jì)更多的保障措施來降低風(fēng)險(xiǎn)。
NCR18650鈷酸鋰電池的不安全性+鋰電池組底盤排列使駕駛員處于潛在的火源之上。而底盤發(fā)生碰撞后，便會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。在血與火的教訓(xùn)后，馬斯克對特斯拉底盤加裝鋼板，降低因底盤碰撞發(fā)生起火的概率。
特斯拉汽車想顛覆這個行業(yè)，但以特斯拉汽車在使用中的實(shí)際起火率來看，添加了保險(xiǎn)絲和冷卻劑，加裝鋼板等防護(hù)措施并沒有起到多少作用——
2013年10月1日，特斯拉Model S在路邊起火燃燒；
10月18日，特斯拉Model S在墨西哥高速行駛時失控，撞擊混凝土障礙物后又撞擊樹木，停止后發(fā)生起火、爆炸；
11月6日，特斯拉Model S在美國田納西州士麥那起火燃燒，田納西州公路巡邏隊(duì)稱，當(dāng)天下午這輛電動汽車沖向拖車掛鉤，撞擊底盤后發(fā)生火災(zāi)；
11月15日，特斯拉Model S車主把車停在了自家車庫里充電，凌晨3點(diǎn)左右突然起火......
在2013年，特斯拉Model S總計(jì)賣出21000余輛，相對于較小的總量，自燃概率著實(shí)不低。
（發(fā)生起火事故的Model S）
而以電池起家的比亞迪（王傳福在有色金屬研究院就是研究電池的），雖然汽車技術(shù)相對國際大廠還有相當(dāng)大的差距，但其磷酸鐵鋰電池安全性強(qiáng)，高溫性能好，在350攝氏度以下是相當(dāng)穩(wěn)定，不必?fù)?dān)心起火爆炸。
雖然，比亞迪電池的能量密度不如鈷酸鋰電池，但其安全性卻是鈷酸鋰電池所不能比擬的——
2014年4月13日，一輛比亞迪秦在充電中發(fā)生自燃事故，車尾燒壞，雖然充電線燒毀，但電池完好無損，比亞迪認(rèn)為起火原因在于車主擅自改裝，使用了劣質(zhì)線插引起火災(zāi)；
2014年10月7日，一輛運(yùn)輸20量比亞迪秦的平板車失火，20輛比亞迪焚毀，在烈火中焚燒1小時后電池依舊沒有爆炸。在比亞迪的自燃事故中，鮮有因?yàn)殡姵卦蛞鸬摹?/p>
（平板車燃燒）
馬斯克之所以采用松下的NCR18650鈷酸鋰電池，很大程度上就是為了規(guī)避傳統(tǒng)電動車公司的電池專利訴訟——至少在2014年以前，特斯拉汽車在最核心的電池技術(shù)上并無多大建樹。
能解決電池技術(shù)么？
早在2014年2月，特斯拉就在官網(wǎng)上發(fā)布消息，宣稱要建成“全球最大”的鋰電池工廠。
在原材料方面，雖然美國本土的鋰電產(chǎn)業(yè)鏈并不強(qiáng)，但完全使用美國原材料的話，除了電池負(fù)極外，其他方面并非做不到：
電池的電極方面，美國的正極材料生產(chǎn)商只有2014年剛建成的BASF位于俄亥俄州的正極工廠，但該廠產(chǎn)品顯然不具備性價(jià)比；雖然美國有石墨礦，但并沒有體量大、資歷老的電極負(fù)極工廠，到時恐怕還是要從中國進(jìn)口相對廉價(jià)的石墨負(fù)極材料。
電解液也可以從BASF在美國的Novolyte電解液工廠供貨，膈膜有Celgard，雖然性價(jià)比比較低......
電芯生產(chǎn)技術(shù)方面，據(jù)傳言特斯拉在和日本松下的合作過程中，挖走了一些電芯專家，那么假以時日，特斯拉解決電芯技術(shù)并非不可能。
因此，從技術(shù)角度而言，從中國購買負(fù)極材料后，特斯拉能依托美國的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)鋰電池，但是非常不具有性價(jià)比，在商業(yè)上的可行性并不高，而且在安全性方面也有待時間檢驗(yàn)。另外，相對于比亞迪經(jīng)過市場檢驗(yàn)的磷酸鋰鐵電池，特斯拉在北美的電池工廠預(yù)期要到2017年才能投產(chǎn)。
馬斯克電動飛機(jī)的困境
即使解決了電池技術(shù)，并不意味著就能造電動飛機(jī)，上文提到過電動飛機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)中很多都是需要在傳統(tǒng)飛機(jī)制造業(yè)有一定技術(shù)積累才能做到的，這也解釋了第一波造出電動飛機(jī)的是沈陽航天航空大學(xué)、空客等在傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造方面有一定技術(shù)積累的機(jī)構(gòu)。
而這恰恰是馬斯克的軟肋，如果無法獲得外部的技術(shù)支持，比如借助美國強(qiáng)大的航空工業(yè)實(shí)力，類似于聯(lián)想組裝電腦那樣，從美國航空工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中采購零件組裝電動飛機(jī)。單憑自己閉門造車，要成功打造電動飛機(jī)談何容易。
事實(shí)上，細(xì)心的人都能發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)馬斯克兜售高科技概念之時，其股價(jià)必然瘋漲。而馬斯克，則高位套現(xiàn)退場，就像他對Paypal所作的那樣。隨后和NASA合作“太空X”項(xiàng)目，技術(shù)由NASA提供，而馬斯克負(fù)責(zé)資本運(yùn)作.....“太陽城”、“特斯拉”、“真空管快車”、“電動飛機(jī)”一個又一個高科技概念讓人眼花繚亂，應(yīng)接不暇。
至于這些項(xiàng)目是否會對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步起到多少作用這個還有待時間檢驗(yàn)，可以說馬斯克憑借高科技光環(huán)，在資本市場上反復(fù)套現(xiàn)的技巧讓人驚嘆。當(dāng)然，無可否認(rèn)，他確實(shí)在為促進(jìn)科技進(jìn)步做出貢獻(xiàn)，盡管還是一些看起來“瘋狂”的舉動。
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