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飛行車大震撼!台灣產業機會在哪裡? (2017-05-24 IEK產業情報網 )

  • 飛車快飛的歡喜情境:飛車快飛,飛車快飛;飛過高山,飛過小溪,不知飛了幾萬里;飛到城裡,飛到家裡,人人飛了真歡喜!
  • 飛行車最近成為全球科技創新焦點:本文所謂的飛行車(Flying Car)是指【具備自主飛行能力且可載人的輕型垂直起降飛行器(L-VTOL)】。飛行車可以用來實現人類飛行的夢想,更可以用來解決全球大都市與城際間壅塞的交通運輸問題,帶來空中交通革命。
  • 飛行車可望提前美夢成真:在嚴謹法規與講究安全的條件下,飛行車預計在2027年實現商業化。在雄心壯志的杜拜舉辦2020年世博會,飛行車可望成為最大科技亮點,2020年開始試營運,提前引爆飛行車的巨大商機,尤其是飛行計程車(Air Taxi)的空中移動服務嶄新商機。



IEKInsight圖示:飛行車按需計程空中移動服務(ODM Aviation)巨大商機
  • 三類廠商爭搶進飛行車商機:全球廠商看到飛行車商機可望形成嶄新巨大的市場,已有十多家廠商正式發表飛行車計畫構想、原型機、甚至開始接受預訂,數款VTOL已經試飛成功。當前有三類大廠爭搶飛行車商機,包括航空界的AirBus、汽車界的豐田與新創界的Uber等等。
  • Uber組成飛行車產業生態鏈:Uber繼2016年10月發布「Fast-Forwarding to a Future of On-Demand Urban Air Transportation」的白皮書,提出以具備自主飛行能力的輕型垂直起降飛行器(L-VTOL)解決都市與城際間壅塞交通運輸問題的構想與完整規劃後,又在2017年4月舉辦『Uber Elevate Summit』,在高峰會中宣布開始與數家廠商合作開發L-VTOL,計畫2020年在美國德州與中東杜拜進行L-VTOL營運服務測試,2023年進行正式營運服務。Uber飛行車正神速進展,已經組成具體的產業生態鏈,按下量產商用與普及的【飛行車啟動按鈕】!
  • 台灣發展VTOL的兩大機會:1、自行研發或與國際廠商合作,發展具獨特性與用途的完整載具與支援系統;並透過自主品牌或整機代工模式來爭取市場。2、在動力系統(馬達與電池模組)、航空電子、輔助駕駛與自主飛行解決方案(包括硬體與軟體)、機體結構等領域,在研發與製造方面成為國際廠商合作開發商與供應商。
  • 台灣要迎接挑戰並聯手作戰:現在距離2020年已不足三年,仍有許多技術挑戰與運作環境基礎建設等議題需要克服,台灣應積極搶攻飛行車的產品與服務應用商機,產官學研各界都要集結資源聯手作戰!



一、飛行車快來了嗎?

(一) 新世代飛行車已出現在視野
飛行車(Flying Car)在最近二年逐漸成為新科技應用焦點。尤其是2016年10月,國際知名的行動叫車服務公司Uber發布一份名為「Fast-Forwarding to a Future of On-Demand Urban Air Transportation」的研究報告後,因為Uber本身的全球知名度,頓時引起更多人對飛行車的注目。其實在Uber之前,多家來自於不同國家的廠商已經在研發或推出類似的新型飛行器。
從功能與運作方式來分析,廣義的飛行車包括兩種類型:第一種是同時具備地面道路行駛與空中飛行能力的兩棲運輸工具,也是名符其實的「飛行車」。第二種則是具有垂直起降功能的輕型飛行器,並不具備地面道路行駛功能。Uber報告中的新型飛行器就屬於這類。為避免混淆,IEK將這一類飛行車稱為輕型垂直起降飛行載具(L-VTOL)或個人垂直起降飛行器(P-VTOL)。這也是本文論述的焦點。
L-VTOL或P-VTOL的特徵包括:
  • 搭載人數有限,通常在1~數人
  • 載具可垂直起降,因此不需要跑道
  • 使用內燃機引擎、純電動或油電混合(Hybrid)推進
  • 具備某種程度自主駕駛或先進輔助駕駛功能,因此在操作上會比傳統小型飛機或直升機更容易
  • 巡航速度在100~300公里/小時,航程可達到一百~數百公里;巡航高度可達數百公尺(無加壓艙)或數千公尺以上(有加壓艙)
  • 整體運作成本(包括載具購置、飛行運作與維護)比傳統直升機更低



(二) L-VTOL/P-VTOL潛在應用市場
垂直起降、更容易駕駛與使用、更低的整體使用成本使L-VTOL/P-VTOL在以下三類應用市場具有龐大的發展潛力:
  1. 中、短程「空中客製需求式移動服務」(ODM Aviation)應用;這也是Uber提出的新型態都市航空運輸服務。以可搭載數位乘客的L-VTOL作為運輸工具,提供比現有地面交通運輸工具(小客車、巴士、地鐵、火車)行駛時間更短,成本比直升機更低,能在擁擠的都會區內起降,可依據客戶需求制定客製化行程的中短程交通運輸服務。空中客製需求式移動服務能在地面交通已經擁擠不堪的大型都會地區與城際間,提供乘客多樣化運輸方式選擇、擴增乘客移動範圍、透過三度空間來增加運輸網絡彈性,進而對整體城市交通網絡建設與城市發展造成正面影響。
  2. 需要快速人員運輸、具有時效性的公眾事務處理應用;包括擔任交通事故、災難救助的醫護與指揮人員運輸工具。例如當交通堵塞的市區街道、遠離市區的高速公路、偏遠離島或山區發生車禍與災難時,可以使用具備自主飛行能力的L-VTOL搭載醫護或災害應變人員快速抵達事故現場,並將傷患快速後送到醫院。目前以色列Urban Aeronautics旗下Tactical Robotics公司(TRL)研發成功的Cormorant(鸕鶿)VTOL就具備這樣的功能,同時也開始拓展這類市場。
  3. 成為私人公司或個人擁有的交通工具,也就是滿足通用航空市場需求。隨著載具發展更成熟、透過學習曲線使建造成本更低,以及在先進的空中交通管制系統開始運作、應用規範更明確之後,L-VTOL/P-VTOL可能會像高級跑車或Tesla豪華電動車一樣,快速吸引頂端客戶群的目光,並成為他們的出行工具。當成本再逐漸降低之後,L-VTOL/P-VTOL也可能成為偏遠地區、山區、島嶼地區居民的主流運輸工具。



圖1、Uber提出以L-VTOL實現空中客製需求式移動服務願景



二、飛行車真的要來了!

(一) 數款L-VTOL與P-VTOL已經試飛成功
在2016年10月Uber提出飛行車應用報告之前,全球各國已經有多家公司在進行有人駕駛或自主式L-VTOL/P-VTOL產品研發。到2017年5月為止,已經有多款載具試飛成功。
  • 中國億航公司在2016年1月美國CES展中,推出電動EHANG 184載人無人機。EHANG 184採用電動8旋翼設計,載重量100公斤,最高時速96公里/小時,續航力23分鐘。
  • 德國e-Volo公司研發電動VC100/200/400型VTOL;其中VC200在2013年11月首次進行無人飛行,在2016年3月完成載人飛行。
  • 以色列Urban Aeronautics旗下Tactical Robotics公司(TRL)研發Cormorant(鸕鶿)垂直起降載人飛行器,2016年已試飛成功,預計2020年投入市場銷售。此型飛機採用內燃機引擎作為動力。
  • 韓國Airship Communication公司在2016年10月公布一台電動多旋翼單人垂直起降飛行器試飛影片。
  • 德國新創公司Lilium Aviation研發Lilium Jet,已獲得1,000萬歐元投資,原型機在2017年4月完成試飛。
  • 美國新創公司Kitty Hawk在2017年4月公開發表Kitty Hawk Flyer個人飛行器。這款多旋翼構型的飛行器只能搭載一人,機體配備浮筒,可在水面起降。Kitty Hawk Flyer在FAA法規中屬於超輕型飛行器,因此駕駛者不需要飛行執照;但只能在限定區域操作。Kitty Hawk的投資者包括Google 創辦人、Alphabet 執行長Larry Page。
  • 美國Dragonfly Pictures Inc.(DPI)公司研發的DP-14 Hawk傷患移送無人飛行載具已經獲得美軍採購。DP-14 Hawk體積小,可以用廂型貨車運送。在實際運作時能搭載一名傷患。飛行時速達130公里/小時,可飛行2.4小時。機上配備LiDAR感測器與飛控電腦,能在複雜環境下進行自主飛行。



圖2、中國億航公司EHANG 184L-VTOL
德國新創公司Lilium Aviation的Lilium Jet原型機在2017年4月20日完成首次試飛,這是一款相當受到矚目的L-VTOL。Lilium Jet為全電動,並使用分散式推進動力設計,由36組小型電動馬達-螺旋槳組作為舉升與推進動力;在起降時,位於主翼上方的電動螺旋槳會旋轉90度來提供升力,機身前方兩側助升螺旋槳組會伸出。因為採用定翼構型設計,Lilium Jet巡航速度高達300公里/小時,遠高於其他採多旋翼構型設計的L-VTOL;同時航程也能達到300公里。Lilium Aviation也在研製另一款承載人數更多的L-VTOL。



圖3、德國Lilium Aviation公司Lilium Jet原型機已試飛成功



(二) 更多L-VTOL會在2020年前完成試飛及開始商務應用
Uber在2017年4月於美國Dallas舉行「Uber Elevate」論壇,召集全球對L-VTOL應用感興趣的企業與人士與會。Uber在會中宣布,計畫從2020年開始,在美國德州與中東杜拜進行L-VTOL營運服務測試,並希望在2023年進行正式營運服務。2020年世界博覽會將在杜拜舉行,Uber希望藉此機會向全球大眾展示創新的L-VTOL與空中計程車服務。
配合上述規劃,Uber也在全球選定多家飛行載具研發製造合作夥伴;包括美國無人飛行器研發公司Aurora Flight Sciences;位於歐洲斯洛維尼亞共和國(SLOVENIA)的小型飛機製造商Pipistrel Aircraft;巴西航空工業公司(Embraer):位於美國德州的小型飛機製造商Mooney International公司;以及全球知名的直升機製造商貝爾直升機公司(Bell Helicopter)。
Aurora Flight Sciences在2017年4月對外公布未來可能被Uber採用的L-VTOL應用情境模擬影片;這款L-VTOL的縮尺模型也已經完成試飛。Aurora同時也在為美軍研發大型的垂直起降無人飛行載具XV-24A。



圖4、Aurora Flight Sciences未來可能被Uber採用的L-VTOL
全球主要客機製造商之一的Airbus集團也正在積極發展自己的L-VTOL。Airbus在其Project Vahana (A3)中提出自主駕駛垂直起降載人飛行器研發規劃(圖5)。Modern Technology Solutions (MTSI)公司已獲得Airbus 「Flight Test and Range」合約,將進行L-VTOL測試。Airbus預計在2017年開始建造全尺寸原型機,並在2020年完成展示用機。Airbus 的Vahana L-VTOL使用8具舉升與推進螺旋槳動力系統,並安裝在可傾斜旋轉的機翼上。



圖5、Airbus Vahana L-VTOL



三、台灣的產業機會在哪裡?

(一) L-VTOL/P-VTOL技術挑戰
像目前已逐漸成熟的電動車與無人駕駛車一樣,原型機試飛成功只是建構商業化產業鏈的開始。無論是要實現Uber提出的都市或城際間空中客製需求式移動服務,更具使用彈性的緊急救難與醫護用飛行器,或是私人公司與個人使用的通用航空器,L-VTOL/P-VTOL仍有許多技術挑戰與運作環境基礎建設等議題需要克服。包括:
  • 在符合航空法規要求下,保證飛行器的使用安全性;同時在推進動力、儲能系統、飛行控制與駕駛、速度與航程、酬載、噪音與污染排放等性能要求上都能夠滿足目標市場應用需求。
  • 建立完整的載具生產供應鏈,包括研發與製造、驗證與測試、標準與規範、運作與維護。同時要將載具購置與維運成本控制在客戶可接受範圍內。
  • 在符合航空法規及滿足地區空域運輸管理能力條件下,建立成熟、穩定的商業模式。
  • 要克服這些挑戰,必須從多種技術方案研發著手,例如:
  • 具有高單位重量輸出功率(kW/kg)及運轉可靠度的電動馬達
  • 安全、可靠、具有高單位體積與單位重量儲能量的儲能系統與充能裝置
  • 用於製造載具的高強度、輕量化材料與製造加工技術
  • 能滿足功能、安全與成本需求的載具構型設計
  • 低汙染與低噪音的動力系統(包含引擎、馬達及螺旋槳)
  • 更簡易、可靠的載具飛行操控方式;具應用潛力、可靠的自主飛行或輔助駕駛解決方案
  • 更有效率的機隊管理與空域交通管制系統

(二) 台灣產業能做甚麼?
面對近期即將出現的L-VTOL/P-VTOL與空中客製需求式移動服務應用商機,台灣產業界的機會在哪裡?又有哪行動是現在可以開始籌畫與執行?
在台灣過去的航空產業發展歷程中,始終未能掌握中小型民用與商用飛機領域中的整機研製商機;因此現階段產業發展重心是成為國際大廠供應鏈中的一環。隨著L-VTOL/P-VTOL商機興起,台灣航空產業也許有機會能改變這種狀況。
未來台灣在發展L-VTOL/P-VTOL產業上有兩大機會:
  • 自行研發或與國際廠商合作,發展具獨特性與用途的完整載具與支援系統;並透過自主品牌或整機代工模式來爭取市場
完整載具研製所涉及的投資風險相當高,不過潛在商業利益也十分龐大。但需要更深入考慮的則是研發投入(特別是人與資金)、可能的產品出海口,以及取得國際航空器飛行認證所需要花費的時間與資源。因此透過早期合作,參與國際公司的整機研製計畫,可能是較可行的選擇。
  • 在動力系統(馬達與電池模組)、航空電子、輔助駕駛與自主飛行解決方案(包括硬體與軟體)、機體結構等領域,在研發與製造方面成為國際廠商合作開發商與供應商
台灣目前在小型飛機與直升機製造,航太零組件(金屬與複合材料),以及汽車電子、電動車動力系統(例如馬達)方面都已有產業基礎及相當的國際市場競爭力。國內研究法人與業界也持續在輕量化高效能馬達、自主駕駛/自動輔助駕駛、高儲能電池、氫能與燃料電池等方面的技術進行研發。依據台灣在車用電子與電動車國際供應鏈發展經驗,如果能在終端載具早期發展階段參與國際合作,會更有機會成為商品化產品供應商。因此台灣可以借助過去在電子、汽車、航太產業領域的經驗與能力,透過成本、品質與合作研發等條件爭取成為國際客戶的最佳合作夥伴。
現在距離2020年已不足三年。如果台灣想要掌握未來可能改變全球航空產業與交通運輸形貌的L-VTOL/P-VTOL產品與服務應用商機,台灣各界應該開始動起來:
  • 業界可以籌組技術與產品研發聯盟、創新服務應用發展聯盟,透過持續與國際主要廠商及新創公司交流,爭取提供零組件與製造服務,甚至是直接投資參與研發計畫等多種方式,擴大參與國際研發計畫與加入逐漸形成的供應鏈。
  • 政府部門可以建立平台協助業界與國際廠商交流;以及透過更充裕的計畫經費支持學、研界,選擇具發展潛力的技術與產品進行研發,以作為支持國內廠商爭取全球商機的後盾。政府部門也應該及早在法規與基礎設施方面做準備,以支持空中客製需求式移動服務發展。


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