低空經(jīng)濟物理載體——eVTOL發(fā)展現(xiàn)狀

在低空經(jīng)濟領(lǐng)域，繼文章《5G-A如何賦能低空經(jīng)濟？》、《低空經(jīng)濟“大腦”——空管系統(tǒng)發(fā)展趨勢》之后，本次介紹低空經(jīng)濟的重要物理載體——eVTOL的優(yōu)勢、技術(shù)路線、核心系統(tǒng)構(gòu)成、應(yīng)用場景及發(fā)展現(xiàn)狀。

什么是eVTOL?

低空經(jīng)濟是以多場景低空飛行活動為牽引，輻射帶動低空制造、低空飛行、低空保障和綜合服務(wù)等產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的綜合性產(chǎn)業(yè)形態(tài)。發(fā)展低空經(jīng)濟不僅可以緩解城市交通，更好的平衡發(fā)展與安全，還可以拓展經(jīng)濟發(fā)展的新空間，將低空空域轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫每臻g。

無人機、直升機和eVTOL（electric Vertical Take-off and Landing，電動垂直起降飛行器）是實現(xiàn)低空經(jīng)濟的三大物理載體。其中，eVTOL一般指使用儲能電池、電機和螺旋槳推進，同時具備垂直起降能力的新穎獨特設(shè)計航空器。

eVTOL在安全性、高效性、經(jīng)濟性上優(yōu)勢突出。與傳統(tǒng)航空器相比，由于eVTOL采用電力驅(qū)動，不受傳統(tǒng)燃油飛機機械故障的影響，且起降無需依賴機場跑道，因此表現(xiàn)出更加安全、更高效的特點。可使人和貨物以無縫、經(jīng)濟的方式在城市低空快速流動與靈活作業(yè)，能高效開發(fā)城市低空空域資源。相比于無人機，eVTOL在實現(xiàn)了載人載物的基礎(chǔ)上，功能更加廣泛，相比直升機，eVTOL則有低碳環(huán)保、噪聲低、成本低、無需跑道、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。

eVTOL技術(shù)路線

從技術(shù)路線來看，eVTOL常見的構(gòu)型主要有多旋翼、復(fù)合翼、傾旋翼三種技術(shù)路線：

多旋翼：較容易實現(xiàn)，飛行距離有限。沒有機翼或者只有短機翼，有多個旋翼。整個飛行階段完全依賴多個旋翼的動力輸出來提供升力和前行動力。從控制角度和飛機設(shè)計角度是最簡單的一個構(gòu)型，技術(shù)風(fēng)險和研制難度較低。平飛時空氣阻力較大，飛行速度較低，商業(yè)應(yīng)用主要停留在特定場景和低空旅游。

復(fù)合翼：兩套系統(tǒng)分立運作，利用率不高。有機翼，也有獨立的螺旋槳來分別提供升力和巡航推力。但也正因為兩套獨立的系統(tǒng)，導(dǎo)致垂直升力在巡航階段會閑置，效率達(dá)不到最大化利用。技術(shù)風(fēng)險和難度中等。

傾旋翼（也被稱為矢量推力型）：設(shè)計難度高，飛行動力更大、距離更長。結(jié)合了多旋翼和復(fù)合翼的功能。旋翼既提供升力，也提供巡航動力。起飛階段，旋翼像直升機螺旋槳那樣提供升力，到了平飛階段，旋翼可以向前傾轉(zhuǎn)，提供向前的推力。優(yōu)點在于重量較輕，動力較大，飛行速度快、載重比高，缺點在于機械設(shè)計復(fù)雜、控制難度高。從巡航速度、航程、有效載荷來看三種構(gòu)型的性能對比，傾旋翼>復(fù)合翼>多旋翼。

從eVTOL的具體參數(shù)指標(biāo)來看：多旋翼構(gòu)型的eVTOL的航程和巡航速度均要小于另外兩類，其巡航速度通常在150km/h以內(nèi)，航程小于100km，億航EH216-S為多旋翼的典型。傾旋翼（矢量推力）的巡航速度、有效載荷三者之最，巡航速度最快的Joby S4可達(dá)322km/h。

應(yīng)用場景及市場空間短期來看，低空旅游有望成為eVTOL最早落地運營的場景：

1）對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)密度要求低，一條航線只需要一個起降點即可；2）遠(yuǎn)離市區(qū)，民眾對于噪音問題和安全性問題的擔(dān)憂相對較低；3）低空旅游作為低頻場景，用戶對于價格的敏感度相對較低；4）從技術(shù)成熟度角度考慮，目前多旋翼構(gòu)型的eVTOL技術(shù)成熟度最高，但是航程較短，而低空旅游場景對續(xù)航能力要求相對較低。

eVTOL可以降低用戶低空旅游的成本至原來的二分之一，有望打開低空旅游市場空間。根據(jù)中國景區(qū)網(wǎng)，目前我國共有245個風(fēng)景名勝區(qū)，保守估計每個景區(qū)eVTOL數(shù)量為10個。則國內(nèi)僅低空旅游場景對eVTOL的需求量為2450架。假設(shè)單個eVTOL的年起降次數(shù)為2000次，每個飛行器乘客為2人，單人單次票價為525元，則我國低空旅游運營市場規(guī)模有望提升至約50億元。

長期來看，載人客運是eVTOL的發(fā)展方向和核心場景。與公路運輸相比，乘坐空中出租車發(fā)生致命事故的風(fēng)險更低，通行時間平均節(jié)省15-40分鐘，緊急/醫(yī)療運送時間節(jié)省70%以上，并且可以降低二氧化碳排放量。eVTOL現(xiàn)階段最主要的應(yīng)用是替代直升機在測繪、消防救援、電力巡線、警用巡查、安防、醫(yī)療救護、搜救、海上石油鉆井等領(lǐng)域的應(yīng)用。

載人客運雖是eVTOL的核心發(fā)展方向，但在市場成熟前，eVTOL應(yīng)用首先將在低空旅游、貨運物流、城市服務(wù)、消防救災(zāi)等場景中啟動運營，待各項技術(shù)成熟、政策完善和市場接受度提高后，大規(guī)模進入載客運營。

eVTOL在針對50-100公里的出行需求上更具備效率優(yōu)勢。2024年2月27日，峰飛航空科技完成從深圳蛇口郵輪母港飛至珠海九洲港碼頭的試飛，該段航線約50公里，單趟飛行用時約20分鐘，僅為地面交通耗時的1/8。

此外，以上海虹橋交通樞紐到浦東國際機場為例，不管是采用駕車還是地鐵的方案，耗時均在1小時左右，若采用eVTOL方案，耗時僅為原來的1/3?；谀繕?biāo)客戶群體進行測算，預(yù)計eVTOL規(guī)?；\營后，乘坐eVTOL的出行成本將與豪華專車接近（50公里約300-400元），但相比于地面交通eVTOL節(jié)省時間的優(yōu)勢顯著，因此eVTOL有望替代部分乘坐豪華專車出行的需求。根據(jù)2023年全年網(wǎng)約車訂單量、豪華專車占比，以eVTOL長期替代比例50%計算，遠(yuǎn)期城市空中交通場景對eVTOL的需求量約為1.4萬架。

近年來政策提速

近年來，國家圍繞通用航空、無人機、低空經(jīng)濟、綠色制造等先后出臺了一系列政策，奠定了中國城市空中交通發(fā)展和eVTOL航空器應(yīng)用落地的政策環(huán)境。2023年，工信部等四部委聯(lián)合印發(fā)《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要(2023—2035年)》，提出到2025年，電動垂直起降航空器（eVTOL）實現(xiàn)試點運行，設(shè)立低空經(jīng)濟示范區(qū)，開展eVTOL商業(yè)示范運營等。2023年11月，《中華人民共和國空域管理條例(征求意見稿)》明確提出空域用戶定義并提出空域用戶的權(quán)利、義務(wù)規(guī)范，標(biāo)志著我國空域放開有了實質(zhì)性的突破。2023年12月，中央經(jīng)濟工作會議明確將低空經(jīng)濟定位為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。民航局發(fā)布《國家空域基礎(chǔ)分類方法》，將空域劃分為管制空域和非管制空域兩大類，其中非管制空域是傳統(tǒng)通航飛機、新能源航空器、小型無人機飛行空域，也是低空經(jīng)濟發(fā)展的空間。2024年《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》正式實施，標(biāo)志著我國無人機包括無人駕駛載人eVTOL的運行進入“有法可依”的規(guī)范化發(fā)展新階段。

核心系統(tǒng)

eVTOL主機廠主要承擔(dān)的是整機研發(fā)、系統(tǒng)和性能集成、適航取證等重要任務(wù)。eVTOL核心系統(tǒng)主要包括：機體、綜合航電系統(tǒng)、?控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)六大類。根據(jù)Lilium數(shù)據(jù)，eVTOL成本中，推進系統(tǒng)占比約40%，結(jié)構(gòu)和內(nèi)飾占比約25%，航電和?控占比約20%，能源系統(tǒng)占比約10%，裝配件占比約5%。

核心的幾個部分包括：

1）機體：主要采用碳纖維復(fù)材，低成本、高效率的熱塑性復(fù)材或為趨勢。eVTOL復(fù)材使用占比75%以上，主要用于結(jié)構(gòu)件和推進系統(tǒng).其中，超過90%的復(fù)材為碳纖維復(fù)材，其余為玻璃纖維、織物、粘接劑等。在eVTOL材料需求牽引下，低成本、高效率、規(guī)模化綜合設(shè)計和量產(chǎn)技術(shù)未來碳纖維復(fù)材發(fā)展的重要趨勢。

2）動力和能源系統(tǒng)：通常采用分布式電推進，能源形式以純電/混動為主，也有氫動力、燃料電池等研究。分布式電推進?機是隨著電動?機發(fā)展而產(chǎn)生的，由電機驅(qū)動分布在機翼或者機身上的多個螺旋槳或?扇構(gòu)成推進系統(tǒng)為?機提供推力。電機向更大功率、更高功率密度、更輕量化設(shè)計等方向發(fā)展。國內(nèi)外eVTOL主要采用純電動力為主，混合動力和氫燃料也有研究。在航空應(yīng)用領(lǐng)域，動力電池總成最關(guān)鍵的特性是高安全性、輕量化，而eVTOL的起降功率輸出特性還要求增強大功率性能。這些特性反映到參數(shù)指標(biāo)上即為電池系統(tǒng)熱失控起火概率（高安全性）、電池系統(tǒng)能量密度（輕量化）、電池系統(tǒng)功率密度（高功率）。這些指標(biāo)與常規(guī)動力電池很不一樣，航空動力電池需要做全新開發(fā)，而且由于距eVTOL/UAM航空器大規(guī)模量產(chǎn)還需一段時間，整機或電池廠商必須墊付研發(fā)費用，同時，eVTOL/UAM產(chǎn)量遠(yuǎn)不能與電動汽車相比，所以，航空用動力電池總成的單價要高的多。由于eVTOL整機開發(fā)項目處于快速迭代過程中，也要求配套電池廠商能做到敏捷開發(fā)，相對于傳統(tǒng)供應(yīng)商一年以上開發(fā)周期，最快的半年做到小批量生產(chǎn)，這對供應(yīng)商是很高的要求。盡管如此，國內(nèi)eVTOL/UAM用電池依然呈現(xiàn)出激烈的競爭態(tài)勢，有很多電池廠商愿意為eVTOL/UAM整機項目做定制化開發(fā)。得益于中國發(fā)達(dá)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)，中國eVTOL/UAM配套的電機、電控等子系統(tǒng)發(fā)展具備先天優(yōu)勢和堅實的基礎(chǔ)。國內(nèi)多個整機公司只能從國外購買配套電機和驅(qū)動，保障整機產(chǎn)品開發(fā)，如采購Safran EngineUS、Magnix電機等。近年來，隨著行業(yè)的發(fā)展火熱和日趨成熟，越來越多的電機、電控配套企業(yè)愿意加入到航空供應(yīng)鏈中。

3）航電系統(tǒng)：?行器的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。航電系統(tǒng)是現(xiàn)代?行器的重要組成部分，主要功能包括?行控制、通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、顯示等。在eVTOL行業(yè)，全球主流機載航電公司基本都和相關(guān)eVTOL主機廠達(dá)成合作。中國的民機航電設(shè)備研發(fā)基礎(chǔ)較為薄弱，使用FAA/EASA所接受的ARP4754A的民機航電開發(fā)方法和流程，具備適航工程經(jīng)驗的公司很少。這也與過去我國商用飛機、傳統(tǒng)通用航空器研發(fā)項目較少有關(guān)。對于RTCA/EUROCAE相關(guān)的要求和標(biāo)準(zhǔn)、方法等，如ARP4761A民用機載系統(tǒng)和設(shè)備進行安全性評估過程的指南和方法、ARP4754B/ED-79高度綜合化或復(fù)雜飛機系統(tǒng)的認(rèn)證考慮、ARP5150/5151商用飛機安全性評估、Do-297/ED-124綜合模塊化航空電子系統(tǒng)（IMA）開發(fā)指南和認(rèn)證考慮、Do-254A/ED-80機載電子硬件的設(shè)計保證指南、Do-178C/ED-12B機載系統(tǒng)和設(shè)備認(rèn)證的軟件考慮，以及Do-160G機載設(shè)備環(huán)境試驗等，我們的行業(yè)企業(yè)掌握和理解總體上落后于歐美同行，但這種能力只能通過型號項目鍛煉真正提升。

近年來，全球eVTOL主機企業(yè)數(shù)量顯著增長，部分公司成功上市。

2009-2016年全球僅數(shù)家eVTOL企業(yè)。2009年，eVTOL概念出現(xiàn)在了NASA的一則動畫視頻中，同年美國Joby公司成立，是全球最早布局該領(lǐng)域的公司。2016年，Uber提出的空中出租車計劃引領(lǐng)了歐美市場eVTOL的浪潮。自2017年后，陸續(xù)有40多家企業(yè)進入eVTOL行業(yè)。2019-2023年間，陸續(xù)有95家eVTOL國際企業(yè)成功在美股上市。據(jù)統(tǒng)計，目前全球已有百余家eVTOL企業(yè)。

國內(nèi)目前已有30家以上企業(yè)進入eVTOL整機研發(fā)領(lǐng)域。相比歐美頭部企業(yè)，中國eVTOL整機企業(yè)規(guī)模普遍偏小、歷史更短、融資規(guī)模也更小，更需要得到政府和資本界的支持、全行業(yè)的團結(jié)互助。據(jù)《2024年中國eVTOL產(chǎn)業(yè)（低空經(jīng)濟）發(fā)展報告》，在其調(diào)研的32家eVTOL整機企業(yè)中，采用復(fù)合翼方案的有15家(46.9%)，采用傾轉(zhuǎn)/矢量推進方案的有11家(34.3%)，采用多旋翼方案的有11家(34.4%)。對比美國垂直飛行協(xié)會(VFS)的統(tǒng)計，中國整機企業(yè)更傾向于采用復(fù)合翼方案。

2026年國內(nèi)進入密集取證期eVTOL適航取證具有周期長、難度大的特點，是eVTOL商業(yè)化運營的前提條件。全球范圍內(nèi)航空行業(yè)均屬于強監(jiān)管行業(yè)，航空器合法投入使用需要適航當(dāng)局進行適航審定，確保航空器滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。中國民用航空局（CAAC）是我國的適航當(dāng)局，美國和歐盟的適航當(dāng)局分別美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐盟成立的歐洲航空安全局（EASA）。

目前我國針對傳統(tǒng)飛機和無人機均有明確的適航審定規(guī)章，但針對eVTOL尚沒有通用的適航標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國現(xiàn)有對于eVTOL航空器的審定項目按一事一議型處理，每個eVTOL項目單獨制定專用條件，主要參考CCAR-23、CCAR-27，以及歐洲民航局SC-VTOL等要求進行審定。中國、美國以及歐盟的適航取證過程較為類似，航空器要想具備“合法上天”的資格，均需要獲得由民航局頒發(fā)的型號合格證（TC）、生產(chǎn)許可證（PC）和適航證（AC）。

- 型號合格證（Type Certificate，TC）：型號合格證是適航取證過程中難度最大的證件，也是后續(xù)獲得PC證和AC證的基礎(chǔ)，用以證明該航空產(chǎn)品的設(shè)計符合相關(guān)適航規(guī)章和要求。

- 生產(chǎn)許可證（Production Certificate，PC）：完成生產(chǎn)許可取證意味著申請人已經(jīng)建立了滿足適航規(guī)章要求的批量生產(chǎn)質(zhì)量管理體系，能確保交付的每一架航空器均能符合經(jīng)TC證批準(zhǔn)的型號設(shè)計并處于安全可用狀態(tài)。相較于TC證，生產(chǎn)許可證更加側(cè)重于對重復(fù)生產(chǎn)能力的審核。

- 適航證（Airworthiness Certificate，AC）：適航證表明該航空器符合經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)計并且處于安全可用的狀態(tài)，需要注意的是，適航證是針對每一架航空器，而型號合格證和生產(chǎn)許可證均針對的是具體型號。在我國適航證分為標(biāo)準(zhǔn)適航證和特適航證，所有載人eVTOL均需要申請標(biāo)準(zhǔn)適航證。型號合格證在三證中獲取難度最大，取證周期長并且認(rèn)證成本高。根據(jù)民航局《型號合格審定程序》，型號合格審定過程從申請到頒證包括項目受理和啟動、要求確定、符合性計劃制定、符合性確認(rèn)、頒證五個階段。要求確定階段完成審定基礎(chǔ)G-1（FAA同為G-1，EASACRIAO1）是審定過程的重要時間節(jié)點，意味著該型號的系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)路線、安全性目標(biāo)等設(shè)計特征已確定，并決定了后續(xù)適航審定的難度和費用水平。2023年10月12日，中國民航局為億航頒發(fā)了全球首個eVTOL航空器型號合格證。整個過程歷時約3年，為后續(xù)型號審定和取證奠定了堅實基礎(chǔ)。中國民航局在2024年3月22日也為峰飛航空科技研制的V2000CG eVTOL頒發(fā)了TC，成為率先取得TC的噸級以上eVTOL無人駕駛航空器，也是中國民航系統(tǒng)頒發(fā)的首個無人駕駛噸級eVTOL航空器型號合格證。

頭部eVTOL企業(yè)的機型將在2025-2026年大量完成取證，并投入市場化運營，峰飛、沃蘭特、時的、沃飛等企業(yè)eVTOL已受理，預(yù)計2026年獲得取證。萬豐奧威、中直股份等主機廠目前已開始研制工作，未來汽車廠商也有望進入。

主機廠迎融資高峰

eVTOL研發(fā)生產(chǎn)、適航認(rèn)證和商業(yè)化應(yīng)用示范的背后離不開資金的支持。隨著第一梯隊的eVTOL型號陸續(xù)進入適航認(rèn)證和商業(yè)化應(yīng)用階段，后續(xù)需要投入的資金為億元級甚至十億元量級。

今年，eVTOL企業(yè)再次迎來一批融資高峰，時的科技、沃??空、沃蘭特、峰?航空、小鵬匯天等eVTOL整機廠商都發(fā)布了融資消息。其中，時的科技3月宣布完成A輪兩千萬美元獨家戰(zhàn)略投資，沃??空6月完成B輪數(shù)億元融資，并表示該筆融資“創(chuàng)下近兩年國內(nèi)低空經(jīng)濟eVTOL行業(yè)里單筆規(guī)模最大的融資”。從獲得TC的周期及各大整機廠商TC受理的時間來看，第一梯隊的eVTOL企業(yè)的機型將集中在2025至2026年完成取證，并投入市場化運營。

搶占先發(fā)優(yōu)勢尤為重要，因此對于整機廠商而言，融資能力和研發(fā)進度需要兩手抓。這一波融資高峰恰逢eVTOL適航取證加快和陸續(xù)實現(xiàn)訂單交付，億歐梳理了今年融資的eVTOL企業(yè)對于融資資金的用途，普遍將用于進一步推動適航取證和商業(yè)化應(yīng)用落地。

eVTOL整機廠不僅帶動了上游核心零部件以及下游基礎(chǔ)設(shè)施、商業(yè)運營等產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，也推動了各方資本全盤布局。以機體、綜合航電系統(tǒng)、?控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)為代表的eVTOL核心供應(yīng)鏈逐漸受到資本關(guān)注。全生態(tài)的共同繁榮將進一步助推低空經(jīng)濟技術(shù)創(chuàng)新、行業(yè)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)聚集，有利于低空經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的快速成熟。

參考文獻

[1] 騰訊研究院，《2024年中國eVTOL產(chǎn)業(yè)（低空經(jīng)濟）發(fā)展報告》，2024

[2] 億歐，《低空經(jīng)濟億元級融資頻現(xiàn)，不止eVTOL》，2024

[3] 國聯(lián)證券，《eVTOL研究框架》，2024

[4] 頭豹研究院，國聯(lián)證券研究所，《低空經(jīng)濟深度解讀：eVTOL賽道市場規(guī)模和創(chuàng)新價值分析》，2024

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吳冬升 博士