现在是2018年，为什么还没有电动飞机呢?

随着电动汽车和卡车越来越多地出现在美国的高速公路上，人们提出了一个问题:商业上可行的电动汽车何时才能飞上天空?有一些雄心勃勃的努力制造电动飞机，包括支线飞机还有可以覆盖的飞机更远的距离．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-飞行的汽车．

制造电动飞机的一个关键挑战是，在给定重量的机载能源中，能存储多少能量。尽管最好的电池每单位重量储存的能量大约是航空燃料的40倍，但它们的大部分能量可用来驱动运动。最终，对于给定的重量，航空燃料包含大约是可用能量的14倍比最先进的锂离子电池还好。

这使得航空电池相对较重。航空公司已经担心体重——实施行李费用部分原因是为了限制飞机的载重量。道路车辆可以处理较重的电池，但也有类似的担忧。我们的研究小组分析了重量-能量的权衡在电动皮卡和牵引式挂车或semi-trucks．

这幅艺术家概念图展示了NASA实验性电动飞机的机翼上有14个发动机。美国国家航空航天局

从电动卡车到飞行车辆

我们的研究基于对移动汽车所需能量的非常准确的描述，以及锂离子电池所涉及的基本化学过程的细节。我们发现，与今天的柴油动力半卡车类似的电动半卡车，充电一次可以行驶500英里，同时能够承载93%的货运行程。

在开始将美国卡车车队转化为电力之前，电池需要变得更便宜。这似乎可能会发生由2020年代早期．

飞行器要远一些，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?

不像客机,携带个人包裹的小型电池驱动无人机在400英尺以下飞行的短距离飞行已经开始使用。但是运送人和行李需要10倍甚至更多的能量。

我们研究了一架小型电池驱动的飞机能提供多少能量垂直起降需要。这是典型的设计像直升机一样直冲云霄比如，在飞行过程中，通过旋转螺旋桨或整个机翼来切换到更高效的飞行模式，然后在着陆时切换回直升机模式。它们可能是一种高效、经济的方式，可以在繁忙的城市地区穿行，避免拥堵的道路。

e-垂直起降飞机的能量需求

我们的研究小组已经建立了一个计算机模型，按照设计的思路来计算单乘客e-VTOL所需的功率已经在开发．其中一个例子就是包括乘客在内重达1000公斤的e-VTOL。

以飞机模式巡航的航程最长，每英里所需能量最少。我们的样本e-垂直起降每英里需要400到500瓦特时，大约相当于电动皮卡大约两倍的能源消耗电动轿车客运．

我们的样本e-VTOL所需要的能量大约相当于一辆电动皮卡所需要的能量，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。无论e-VTOL飞行多远，我们的分析预测每次起飞和降落合计需要8000到10000瓦时。这相当于日产Leaf等大多数紧凑型电动汽车的一半。

就整个飞行而言，用当今可用的最好的电池，我们计算出一架设计用于搭载一个人20英里或以下的单乘客垂直起降飞机大约需要每英里800到900瓦特时．这大约是半卡车的一半，这不是很高效:如果你需要去附近的城镇快速购物，你不会跳上一辆满载的牵引式拖车的驾驶室去那里。

随着电池在未来几年的改进，它们可能能够装入大约增加50%的能量同样的电池重量。这将有助于e- vols在中短程旅行中更加可行。但是，在人们真正开始定期使用e-VTOLS之前，还需要做一些事情。

不仅仅是能源

对于地面车辆来说，确定有效的旅行距离就足够了，但对飞机和直升机来说则不然。飞机设计者还需要仔细检查能量——或者说储存能量的可用速度。这一点很重要，因为在喷气式飞机上加速起飞或在直升机上对抗重力所需要的动力比转动汽车或卡车的轮子要大得多。

因此，e-VTOL电池必须能够以大约10倍于电动道路车辆电池的速度放电。当电池放电更快时，它们会变得更热。就像当你在玩游戏和下载大文件的同时想要观看电视节目时，笔记本电脑的风扇会全速旋转一样，汽车电池组需要更快地冷却以产生更多的能量。

道路车辆的电池在行驶过程中几乎不会升温，所以它们可以通过空气或简单的冷却剂来冷却。然而，电动垂直起降出租车在起飞时会产生巨大的热量，需要很长时间来冷却——在短途旅行中，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，在相同的飞行距离下，e-VTOL电池在起飞和降落过程中产生的热量是远远超过电动汽车和semi-trucks。

卡车和汽车的设计者不需要从根本上改善它们的功率输出或冷却系统。

额外的热量将缩短垂直起降电池的使用寿命，并可能使它们更容易着火。为了保证可靠性和安全性，电动飞机将需要专门的冷却系统——这将需要更多的能量和重量。

这是电动道路车辆和电动飞机之间的一个关键区别:卡车和汽车的设计师没有任何必要从根本上改善它们的功率输出或冷却系统，因为这将增加成本，而无助于性能。只有专门研究才能发现电动飞机的这些重要进展。

我们的下一个研究主题将继续探索如何提高垂直起降电池和冷却系统的要求，以提供足够的能量，以满足有效航程和起飞和降落的足够动力——所有这些都不会过热。

一架可供两名乘客乘坐的实验性电动飞机。美联社图片/Remy de la Mauviniere