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在新能源汽車行業(yè)仍在充電和自動(dòng)駕駛的技術(shù)議題上紛爭之際，電動(dòng)垂直起降（eVTOL）飛行器公司已做好準(zhǔn)備，目標(biāo)在五年內(nèi)讓空中交通成為現(xiàn)實(shí)。隨著全球?qū)VTOL的法規(guī)認(rèn)證的完善和關(guān)鍵技術(shù)如電池、電控等的發(fā)展，eVTOL已在2023年成為航空領(lǐng)域的革命力量。就如同新能源汽車在過去的日子里，eVTOL正在逐漸改變出行方式的面貌。面對歐美eVTOL企業(yè)的快速崛起，中國企業(yè)也在積極參與這場競賽，期望在這個(gè)領(lǐng)域領(lǐng)先全球。
在1024小鵬科技日上小鵬帶來了小鵬匯天第6代飛行汽車的消息。預(yù)計(jì)2024年量產(chǎn)，并且價(jià)格將控制在100萬以內(nèi)，跟中低端的豪華汽車一個(gè)水平。這款車可以通過折疊螺旋槳來切換飛行、陸行兩種模式，所以既能陸地駕駛又可以安全低空飛行。在車身方面采用了碳纖維單體殼車體，航空鋸材以及集成設(shè)計(jì)等等進(jìn)行了大量輕量化設(shè)計(jì)，相比小鵬P7減重幅度接近50％，僅為960公斤。在操作方面，據(jù)官方表示：第六代飛行汽車將在飛行過程中采用與方向盤解耦的單桿操作方式，陸行時(shí)使用方向盤，飛行時(shí)單桿操作，飛控系統(tǒng)會(huì)輔助駕駛員執(zhí)行駕駛意圖，降低誤操作影響，讓每個(gè)人都可以輕松上手完成飛行。
國內(nèi)eVTOL能否延續(xù)新能源汽車的輝煌？《與非研究院》將帶您一探究竟。
什么是eVTOL？
eVTOL是一種創(chuàng)新的飛行器，它的飛行特性和控制機(jī)制與傳統(tǒng)的直升機(jī)和固定翼飛機(jī)大不相同。主要得益于電氣化的分布式動(dòng)力系統(tǒng)和現(xiàn)代飛控技術(shù)，eVTOL提供了更為簡潔的飛行控制，從而顯著降低了飛行員的工作負(fù)擔(dān)。當(dāng)然，這也意味著飛行員的培訓(xùn)和飛機(jī)的運(yùn)營管理需要滿足新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。
不過，國內(nèi)對eVTOL的理解尚未形成統(tǒng)一。許多人仍然混淆無人機(jī)、飛行汽車、eVTOL和通航飛機(jī)這些概念。就如同人們在早期混淆新能源車和混動(dòng)車一樣。
eVTOL的全稱是Electric Vertical Take-off and Landing，意為“電動(dòng)垂直起降（載人）飛行器”。這其中，"電動(dòng)"意味著它是完全電驅(qū)動(dòng)的，與EV純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)方式類似，而不是依賴燃油像傳統(tǒng)飛機(jī)那樣。"垂直起降"則意味著它可以實(shí)現(xiàn)不依賴跑道的垂直起飛和降落，因此比普通的民航客機(jī)更具靈活性。此外，eVTOL的另一顯著特點(diǎn)是其能夠以400公里/小時(shí)的速度搭載4-5名乘客進(jìn)行300公里的短途飛行。
回溯eVTOL的發(fā)展史，它其實(shí)并不是真正的“新鮮事物”。它的靈感源于20世紀(jì)40年代提出的固定翼飛機(jī)垂直起降技術(shù)，即VTOL。1989年，具有VTOL能力的側(cè)轉(zhuǎn)旋翼機(jī)“魚鷹”首次成功起飛。
eVTOL的核心優(yōu)勢在于其高度的安全性、成本效益、環(huán)境友好性以及智能化。與傳統(tǒng)飛機(jī)相比，多電池系統(tǒng)和多電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)確保了eVTOL在飛行過程中的安全。在經(jīng)濟(jì)性方面，規(guī)?；a(chǎn)和成熟的供應(yīng)鏈預(yù)計(jì)將大大降低eVTOL的成本，使其與網(wǎng)約車的成本相當(dāng)。電動(dòng)化使eVTOL實(shí)現(xiàn)零碳排放，大大減少了噪音，提供了更加優(yōu)質(zhì)的乘坐體驗(yàn)。其智能化特點(diǎn)也意味著它能靈活地在城市的各種場所進(jìn)行起降，從而填補(bǔ)城市交通的空白，同時(shí)也為自動(dòng)駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了有利條件。
另外，與直升機(jī)等傳統(tǒng)空中交通方式相比，eVTOL在安全性、成本和環(huán)境友好性方面都展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。例如，eVTOL的安全冗余可以與大型飛機(jī)媲美。而在成本方面，與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，eVTOL的每分鐘費(fèi)用僅為20到30元。
當(dāng)然，與eVTOL相似，通航飛機(jī)需要足夠的空地作為跑道起飛。但是，中國的通航機(jī)場數(shù)量有限，并且主要位于較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)。這與eVTOL的需求形成鮮明對比。eVTOL只需要一塊草坪或者一塊空地以及一個(gè)充電樁，非常適合低空旅游市場。一旦eVTOL的應(yīng)用得到推廣，我們可以預(yù)見一個(gè)網(wǎng)狀的空中交通格局在城市之間逐漸形成。
eVTOL飛行汽車：下一代空中交通的展望
SMG公司從2016年起推出了AAM實(shí)現(xiàn)程度指數(shù)排名（ARI），對約20至30個(gè)最有潛力的eVTOL飛機(jī)企業(yè)進(jìn)行融資規(guī)模評估。在這一名單中，共有9家企業(yè)公開獲得超過1億美元融資，涵蓋了從美國到中國的各大企業(yè)。
2016年也是eVTOL行業(yè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)槿蚬蚕沓鲂芯揞^Uber提出了其“UberElevate”城市空中出租車計(jì)劃。此計(jì)劃吸引了廣泛關(guān)注，催生了歐美的eVTOL研發(fā)熱潮。此后，基于eVTOL的UAM成為各國政府和資本關(guān)注的焦點(diǎn)。如今，eVTOL的應(yīng)用場景已經(jīng)從單一的客運(yùn)擴(kuò)展到貨運(yùn)、救援、快遞和基礎(chǔ)設(shè)施檢查等多個(gè)方面。
多家機(jī)構(gòu)對eVTOL市場的未來持樂觀態(tài)度。摩根士丹利預(yù)測，到2040年，eVTOL將創(chuàng)造一個(gè)超過1萬億美元的市場。而德國咨詢公司羅蘭貝格更進(jìn)一步，他們預(yù)測到2050年將有超過16萬架“飛行汽車”投入使用，預(yù)計(jì)產(chǎn)生近900萬億美元收入。
eVTOL技術(shù)的潛力也受到了多個(gè)國家政府的重視。在中國，四川、湖南、江西和安徽都已開始對低空空域進(jìn)行改革和試驗(yàn)。而在國外，如澳大利亞的eVTOL初創(chuàng)企業(yè)獲得了政府的支持，日本也在積極規(guī)劃飛行汽車的線路。
盡管eVTOL市場有眾多參與者，但其基本上可以分為兩類：傳統(tǒng)的飛機(jī)制造商和汽車廠，以及專注于eVTOL飛行器的新勢力。傳統(tǒng)的制造商，如波音和豐田，可能會(huì)推動(dòng)市場的普及，但由于公司的體制和戰(zhàn)略等問題，它們可能難以實(shí)現(xiàn)革命性的創(chuàng)新。而專注于eVTOL的新勢力，如億航智能和Lilium，由于其靈活性和創(chuàng)新能力，更有可能在市場中取得領(lǐng)先地位。
最后，核心的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和方向似乎已經(jīng)清晰。億航智能提出的標(biāo)準(zhǔn)是：eVTOL需要能夠垂直起降，避免對跑道的需求，并需要具備中央控制的自動(dòng)駕駛功能，以提高城市空中交通的控制能力。
eVTOL供應(yīng)鏈介紹？
雖然eVTOL在外觀上與傳統(tǒng)的飛行器有所不同，但其背后的技術(shù)復(fù)雜度和所面臨的挑戰(zhàn)都令人矚目。與電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)相比，eVTOL具有獨(dú)特的供應(yīng)鏈和生產(chǎn)需求。盡管有企業(yè)在商業(yè)模式的探索中遭遇了資金和技術(shù)的壓力，但與供應(yīng)鏈伙伴的戰(zhàn)略合作為整個(gè)行業(yè)帶來了新的生機(jī)。eVTOL的核心技術(shù)如動(dòng)力電池、飛控、導(dǎo)航和整機(jī)結(jié)構(gòu)都是其成功的關(guān)鍵。尤其是動(dòng)力電池技術(shù)，作為其中的關(guān)鍵瓶頸，它對于eVTOL的飛行性能和安全性具有至關(guān)重要的意義。
eVTOL供應(yīng)鏈介紹
eVTOL的商業(yè)模式仍在探索中。參考新能源汽車行業(yè)，巨額的資金投入與燃燒，eVTOL的盈利路徑仍是個(gè)未解之謎。然而，隨著eVTOL企業(yè)與不同供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的伙伴建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，供應(yīng)鏈體系已逐漸完善。例如，德國的Lilium公司已經(jīng)與多家合作伙伴簽署了合同，涉及零件供應(yīng)、運(yùn)維、客戶服務(wù)等多個(gè)方面。
新能源汽車動(dòng)力電池與eVTOL電池技術(shù)指標(biāo)對比
電池技術(shù)
eVTOL，作為三維交通電動(dòng)化的應(yīng)用場景延伸，其核心技術(shù)涵蓋了電池、電機(jī)、飛控和機(jī)體。目前，最大的技術(shù)瓶頸在于動(dòng)力電池。與汽車相比，eVTOL垂直起降的特性對電池功率密度的需求遠(yuǎn)高。關(guān)鍵在于每公斤電池如何存儲(chǔ)更多能量，同時(shí)提供飛行所需的大功率。此外，考慮到空中交通的特點(diǎn)，eVTOL對電池的安全性、快速充電和在復(fù)雜環(huán)境下的性能有更高要求。動(dòng)力電池企業(yè)因此面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
動(dòng)力系統(tǒng)
eVTOL的動(dòng)力系統(tǒng)走在了技術(shù)的前沿。采用分布式推進(jìn)系統(tǒng)，eVTOL通過使用電池替代傳統(tǒng)的燃油，簡化了其動(dòng)力系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)變不僅提高了效率，還降低了復(fù)雜性，從而使維護(hù)成本更低。電池的引入和分布式系統(tǒng)確保了更高的冗余度，增強(qiáng)了整體的飛行安全性。T-Motor產(chǎn)品系列在市場上表現(xiàn)出色，從小型無人機(jī)到大型飛機(jī)，都為客戶提供了全面的解決方案。但隨著eVTOL的新需求，高壓動(dòng)力套裝的需求預(yù)計(jì)將急劇增加，這也是國內(nèi)市場未來需要關(guān)注的重點(diǎn)。
飛控系統(tǒng)
飛控系統(tǒng)是無人機(jī)和eVTOL的心臟。它負(fù)責(zé)飛行器的感知、控制和決策功能。盡管現(xiàn)有的飛控系統(tǒng)解決方案在其他應(yīng)用中已經(jīng)相當(dāng)成熟，但eVTOL的特殊要求還有待進(jìn)一步滿足。西班牙的Embention公司正致力于滿足這一需求，推出了新的經(jīng)認(rèn)證的飛控器?？紤]到eVTOL未來在城市的大規(guī)模運(yùn)行，其飛控系統(tǒng)的自主性也必須達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。
通訊系統(tǒng)
隨著技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)通訊正從傳統(tǒng)的無線電C2鏈路轉(zhuǎn)向現(xiàn)代的4G/5G通信方式。5G網(wǎng)絡(luò)的普及預(yù)示著它很可能成為無人機(jī)的主要通訊工具。大型科技公司如華為和中興已經(jīng)看到了這一潛在的市場，并與合作伙伴進(jìn)行了初步的嘗試。盡管5G網(wǎng)絡(luò)在空中的應(yīng)用仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，但這方面的研究和發(fā)展勢頭正強(qiáng)。
導(dǎo)航系統(tǒng)
導(dǎo)航系統(tǒng)對于任何飛行器來說都是至關(guān)重要的。高精度的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)往往價(jià)格昂貴，但是隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，MEMS傳感器開始獲得更多的關(guān)注。eVTOL普遍采用這些MEMS傳感器和GNSS，并通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，確保高性能和魯棒性。市場上已經(jīng)有一些解決方案供應(yīng)商在這一領(lǐng)域嶄露頭角，為eVTOL提供高質(zhì)量的導(dǎo)航解決方案。
整機(jī)結(jié)構(gòu)
eVTOL機(jī)體制造已經(jīng)是一個(gè)相對成熟的技術(shù)領(lǐng)域。但由于eVTOL的體積和復(fù)雜性，傳統(tǒng)的無人機(jī)生產(chǎn)商可能面臨一些挑戰(zhàn)。目前，大部分eVTOL機(jī)體都由那些有著豐富適航經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)機(jī)體制造商提供。然而，隨著技術(shù)和市場的進(jìn)步，預(yù)計(jì)將有更多的消費(fèi)級無人機(jī)和汽車制造商涌入這一領(lǐng)域。雖然這為整個(gè)行業(yè)帶來了更多的機(jī)會(huì)，但如何實(shí)現(xiàn)高效、低成本的生產(chǎn)仍然是一個(gè)主要的挑戰(zhàn)。
現(xiàn)代飛機(jī)，特別是eVTOL的電氣系統(tǒng)與以往截然不同。許多企業(yè)正面臨如何有效集成和優(yōu)化這些系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。借助新的數(shù)字工具和解決方案，企業(yè)正在轉(zhuǎn)向數(shù)字化，這將極大提高其運(yùn)營效率。例如，西門子的Xcelerator產(chǎn)品組合正在助力eVTOL制造商實(shí)現(xiàn)這一數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過數(shù)字孿生和數(shù)字線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)全過程的集成和優(yōu)化。
從資本關(guān)注到商業(yè)量產(chǎn)，還有哪些挑戰(zhàn)？
在過去兩年，全球eVTOL行業(yè)引起了資本圈的密切關(guān)注，同時(shí)不少公司獲得了投資：
比如上海時(shí)的科技在成立短短幾個(gè)月內(nèi)即完成了數(shù)千萬美元的融資。
VOLANT上海沃蘭特航空技術(shù)，盡管僅成立一個(gè)月，已獲得雷軍旗下順為資本的百萬美元投資。
上海峰飛航空科技完成了1億美元的A輪融資，創(chuàng)下了國內(nèi)eVTOL行業(yè)的單筆融資記錄。
國際方面，德國的Lilium與QELL完成合并，登陸納斯達(dá)克；美國的Archer和Joby Aviation均通過上市方式獲得資金；而中國的億航智能已經(jīng)是美國上市的eVTOL企業(yè)先驅(qū)。
筆者認(rèn)為，有幾大技術(shù)發(fā)展助推了這一趨勢：
1.電動(dòng)汽車帶動(dòng)了“三電”技術(shù)供應(yīng)鏈的成熟，特別是在中國。
2.智能手機(jī)的發(fā)展使得低成本、小型化的智能控制成為可能。
3.無人機(jī)技術(shù)的普及也為eVTOL技術(shù)團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)提供了機(jī)會(huì)。
為了滿足廣大消費(fèi)者的需求，eVTOL的生產(chǎn)成本必須大大降低。而中國在eVTOL領(lǐng)域擁有無可比擬的優(yōu)勢：先進(jìn)的“三電”技術(shù)、航空供應(yīng)鏈以及大量的工程師人才。
綜合看來，中國的eVTOL子系統(tǒng)將依賴現(xiàn)有的無人機(jī)和航空配套產(chǎn)業(yè)。放眼全球來看，有很多國外的主機(jī)廠，尤其是在科研階段，已經(jīng)在考慮使用國內(nèi)廠家的產(chǎn)品了，甚至有些模塊已經(jīng)開始在國內(nèi)采購。國內(nèi)eVTOL的核心子系統(tǒng)布局將主要通過依靠原有無人機(jī)和航空配套產(chǎn)業(yè)充當(dāng)核心作用，基于原有的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，其基本具備在未來支撐噸級eVTOL科研階段的產(chǎn)品開發(fā)配套要求，并且有足夠的潛力能夠往適航方向發(fā)展，并且最終實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。讓我們期待這一天的早日到來。
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