2024年中国eVTOL产业链发展现状

本文将对eVTOL航空器的分类、国内头部企业发展现状、国内产业链发展现状、eVTOL 城市群运营试点进展等概况进行梳理,以供参考。

 

eVTOL航空器的分类

全球范围内在研的eVTOL整机型号很多、形态各异,分类方法和维度也很多,可以基于运行模式、载荷分类和用途、动力能源、整机构型等进行分类。比如,可以根据动力形式划分为油电混动、电动、氢燃料电池、氢内燃机、太阳能等。但最常见的还是根据整机构型划分,划分为矢量推进/倾转、升力+巡航/复合翼、多旋翼类eVTOL和其它(eSTOL、eCTOL等)类型。

在城市运行,使用最多的是对起降场地要求最低的eVTOL,eSTOL/eCTOL类航空器要少的多。eVTOL分为以下几类:
(1)矢量推进型(Tilt-X)
在不同使用阶段,通过改变推力方向,实现垂直起降和巡航。其动力可以是源于倾转旋翼/螺旋桨、也可以涵道风扇等。典型机型如Lilium Jet(倾转涵道)、Joby S4(倾转旋翼)、Archer Midnight(倾转旋翼)、华羽先翔“鸿鹄”(倾转旋翼)、沃飞长空AE200-100(倾转旋翼)、DufourAerospace Aero 3(倾转机翼)、小鹏汇天全倾转技术验证样机(倾转机翼)等。这种设计性能潜力最大,速度、航程、爬升率等指标有优势;但机械设计和飞控系统复杂、开发和试飞难度大、研制风险和成本较高,设计和适航取证周期长,对团队工程能力要求高。倾转类构型和复合翼(升力+巡航型)构型相比,它的优势在最大200-300km的城市空中交通任务内并不显著;但如执行更远距离任务,则性能优势越发明显。
(2)升力+巡航型(Lift+Cruise)
升力和巡航用的旋翼和螺旋桨是独立的,分别实现垂直起降和巡航。典型机型如Boeing PAV、Wisk Aero Cora、沃兰特VE25-100、亿维特ET9等。这种设计在性能和成本投入、研发周期和研发风险、对团队工程能力要求等方面取折中结果,是目前最受关注的技术方向。复合翼构型航空器在飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时,能够立即启动独立升力系统,在空中悬停并受控下降着陆,这个功能的实现需要动力系统的准备及响应时间极短,而倾转构型需要数秒到数十秒的倾转过程,无法实现这一保护功能;依靠机翼升力滑翔比旋翼自转悬停着陆也更安全,也即复合翼构型安全特性比倾转(矢量推进型)更优。这种设计是在性能和成本投入、研发周期、对团队工程能力要求等方面取折中结果,是目前最受关注的技术方向。
(3)多旋翼型(Multi-copters)
无巡航用螺旋桨,完全通过控制多旋翼的升力大小实现飞行。典型机型如Volocity、LIFT Hexa、SkyDrive SD-03、亿航EH216-S、零重力ZG-ONE等。这种设计工程技术难度低、研发周期短、投入要求低;但性能和提升空间有限,尤其是航程和速度性能显著低于另外两大类构型,使用场景和商业化前景受限。在噪声控制、地面损伤控制等方面尚无突破性解决方案,初创公司大多采用多旋翼构型。
(4)其它类型eVTOL航空器
如全新设计或基于现有机型改装的电动、氢燃料电池直升机。其成本和自动驾驶特性相对于直升机会有一定提高,但仍然有噪音偏大等问题。典型机型如Rotor Technologies的基于R44改装的R550X;Janut的Journey是一种全新设计的电动高速复合直升机。

 

国内头部企业发展现状

中国的eVTOL/UAM整机发展受到了2016年11月Uber发布《快速驶入按需城市空中交通》白皮书,并引发资本界投资热潮和产业界广泛讨论的影响。2017年中国出现了几个标志性事件:(1)11月13日,吉利汽车集团收购了美国太力公司(Terrafugia),正式进军飞行汽车行业,最终引发了吉利在低空经济和eVTOL领域的一系列布局,比如投资Volocopter、成立合资公司沃珑空泰、启动自研整机项目AE200等。它代表着中国传统行业关注并重资投入进入eVTOL行业,中国eVTOL行业的国际化发展。(2)峰飞航空科技研发团队在上海成立,开始载人eVTOL的研发,并于2021年完成1亿美元融资。它意义是代表着中国科创公司进入eVTOL领域。吉利和峰飞,后来直接影响了时的、沃兰特等企业,以及资本机构的进入。
国内有30家以上企业进入eVTOL整机研发领域。不完全统计,现有15家载人eVTOL整机研发企业完成数千万元以上融资;有15家完成1:1样机下线并投入测试。中国的eVTOL整机企业大部分为科技型初创公司,甚至有5家成立不满3年进入了1:1原型机测试阶段。相比欧美头部企业,中国eVTOL整机企业规模普遍偏小、历史更短、融资规模也更小,更需要得到政府和资本界的支持、全行业的团结互助。
在调研的32家eVTOL整机企业中,采用复合翼方案的有15家(46.9%),采用倾转/矢量推进方案的有11家(34.3%),采用多旋翼方案的有11家(34.4%)。对比美国垂直飞行协会(VFS)的统计,中国整机企业更倾向于采用复合翼方案。

 

国内产业链发展现状

(1)电池
在航空应用领域,动力电池总成最关键的特性是高安全性、轻量化,而eVTOL的起降功率输出特性还要求增强大功率性能。这些特性反映到参数指标上即为电池系统热失控起火概率(高安全性)、电池系统能量密度(轻量化)、电池系统功率密度(高功率)。这些指标与常规动力电池很不一样,航空动力电池需要做全新开发;而由于距eVTOL/UAM航空器大规模量产还需一段时间,整机或电池厂商必须垫付研发费用;由于eVTOL/UAM产量远不能与电动汽车相比,所以,航空用动力电池总成的单价要高的多。由于eVTOL整机开发项目处于快速迭代过程中,也要求配套电池厂商能做到敏捷开发,相对于传统供应商一年以上开发周期,最快的半年做到小批量生产,这对供应商是很高的要求;另外,也要求电池厂商遵循Do311等航空标准和开发流程,也在一定程度上推高了定制化开发的复杂性和成本。尽管如此,国内eVTOL/ UAM用电池依然呈现出激烈的竞争态势,有很多电池厂商愿意为eVTOL/UAM整机项目做定制化开发。

(2)动力系统
得益于中国发达的新能源汽车产业,中国eVTOL/UAM配套的电机、电控等子系统发展具备先天优势和坚实的基础。国内多个整机公司只能从国外购买配套电机和驱动,保障整机产品开发,如采购Safran EngineUS、Magnix电机等。近年来,随着行业的发展火热和日趋成熟,越来越多的电机、电控配套企业愿意加入到航空供应链中。
(3)航电和机载和机体结构配套
中国的民机航电设备研发基础较为薄弱,使用FAA/EASA所接受的ARP4754A的民机航电开发方法和流程,具备适航工程经验的公司很少。这也与过去我国商用飞机、传统通用航空器研发项目较少有关。对于RTCA/EUROCAE相关的要求和标准、方法等,如ARP4761A民用机载系统和设备进行安全性评估过程的指南和方法、ARP4754B/ED-79高度综合化或复杂飞机系统的认证考虑、ARP5150/5151商用飞机安全性评估、Do-297/ED-124综合模块化航空电子系统(IMA)开发指南和认证考虑、Do-254A/ED-80机载电子硬件的设计保证指南、Do-178C/ED-12B机载系统和设备认证的软件考虑,以及Do-160G机载设备环境试验等,我们的行业企业掌握和理解总体上落后于欧美同行,但这种能力只能通过型号项目锻炼真正提升。
(4)基础设施
eVTOL/UAM运营基础设施是与整机对应的另外一个热门赛道,在短时间内聚集了大量参与企业和资本机构,主要有以下几类:(1)起降场/机场设施建设运营单位,大部分是国有单位,如机场集团、政府平台公司,典型的如上海华东无人机基地、安徽通航控股集团;(2)起降场设施规划、设计和建设,典型的如浙江圣翔、天津航大智安、广东新正等;(3)空管系统研发、数据开发和管理、数字化基础设施,典型的如腾讯、粤港澳大湾区数字经济研究院、珠海安擎、空中跳动;(4)空管服务服务单位,按照国家低空空域管理改革统一政策部署,省一级设置综合飞行服务总站,接受强监管,它可以再下设多个A/B类分站提供空管服务。典型企业如河南空管实业发展有限公司、浙江省低空飞行服务中心等。

 

eVTOL城市群运营试点进展

(1)粤港澳大湾区城市群
我国各地积极发展低空经济,粤港澳大湾区的进展最为迅速。大湾区具备应用先行、政策护航的优势,通过培育产业链、基础设施和创新平台,有望成为全球低空经济的引领者。粤港澳大湾区是世界四大湾区之一,聚集了近9000万人口,经济总量超14万亿元,是拥有具有世界影响力的庞大城市群。粤港澳大湾区“9+2”城市群融合发展,是与京津冀、长三角地区并列的全国经济增长发动机。
粤港澳大湾区传统的通用航空产业发达,拥有通航制造业的国家队领导性企业中航通飞,也拥有中信海直、南航通航等直升机运营头部企业。粤港澳大湾区培育了大疆、顺丰丰翼、极飞等无人机头部厂商;也涌现出亿航智能、小鹏汇天、广汽等eVTOL行业参与者,且通过政策和场景先行先试吸引了德国eVTOL制造商Lilium落地。
粤港澳大湾区的低空市场需求非常巨大,且日趋加大,应用场景多元,可以容纳很多家运营企业提供不同的服务:(1)产业类需求:大湾区目前的通航需求主要集中在石油海上平台飞行和港口直升机引航,占据全国90%的业务量。(2)商业需求:观光娱乐、跨境飞行、城际飞行、空中通勤、空中摆渡等新业态模式快速增长。Sky Shuttle和Heliservices等直升机运营公司在香港、澳门、深圳长期开展直升机高端摆渡。(3)公共服务需求:无人机、载人级eVTOL在医疗救护、山区搜救、水下救援、火灾救援等应急领域存在巨大的潜力。(4)区域发展需求:大湾区内部经济发展水平不一,通过空中交通走廊或网络强化核心城市和县域乡村的连接,结合旅游观光等商业模式为县域乡村发展提供新的产业和就业机会,促进低空发展与乡村振兴结合。
(2)长三角城市群
长三角城市群是中国经济水平发展最高的区域,发展eVTOL产业的基础与粤港澳大湾区类似,但也有很多不同。长三角城市群的规模更大,经济体量更大,GDP占到全国的1/5,人口有2.35亿。制造业角度考虑,长三角城市群相比粤港澳大湾区拥有更雄厚的传统航空航天产业集群,也是中国最大的商用飞机研发生产基地,拥有大量的专业技术和管理人才以及众多211/985理工类高校。尤其是,长三角地区的通用航空机场、无人机试验院校、航空航天院校和科研院所数量较多。当前长三角成为中国eVTOL和UAM创业氛围最浓厚、科技创新企业最多的地区,有利于研发企业的试飞测试、研发和试飞的协同。
长三角的eVTOL运行和城市空中交通试点动作还在早期阶段,只在少数城市做过验证试飞或演示飞行活动。合肥组建了全国首个城市“场景创新促进中心”,为创新资源找场景。以“骆岗公园全空间无人体系应用示范项目”为例,2023年12月,亿航EH216-S落地骆岗公园,进行全球商业运行首次飞行演示。