什么是 eVTOL？
eVTOL 的全称是电动垂直起降，顾名思义，eVTOL 的核心就是电动+垂直起降。eVTOL 最早的概念模型出现在 2010 年左右，2009 年，全球首家 eVTOL 公司 JOBY 成立。2011 年，全球直升机巨头意大利 August Westland 提出 eVTOL 概念。2014 年，美国国际直升机协会（AHA）和美国航空航天协会（AIAA）在弗吉尼亚大会上正式推出 eVTOL 概念。2016 年，Uber 提出 Uber Elevate 空中出租车计划，在欧美市场引发了 eVTOL 的热潮。2016 年 1 月，亿航智能在美国 CES 上发布了全球首款无人驾驶载人 eVTOL 飞行器“EHang 184”。2017 年，垂直飞行协会编制的首份 eVTOL 飞行器目录发布。 2019年，欧洲航空安全局（EASA）针对小型eVTOL飞行器适航认证发布了新的航空管理规定。自此，eVTOL概念得到官方认可，初创公司、汽车、航空业巨头等玩家开始进入eVTOL市场。2019年，中国亿航智能在纳斯达克上市，成为全球首家上市的UAM（城市空中交通）公司。2021年，美国Joby、德国Lilium、美国Archer、英国Vertical Aerospace等公司相继上市，eVTOL商业化进程正在加速。
目前各大主机厂所采用的eVTOL按照飞行原理可分为三种：多旋翼型、复合材料翼型、倾转旋翼型。多旋翼的原理和传统的民用无人机、直升机类似，开发起来相对容易，设计配置简单，稳定性更强，体积小，可在城市环境中灵活部署，对基础设施要求较低；复合材料翼型有两组旋翼，一个垂直旋翼控制起飞和降落，一个水平推进旋翼控制巡航。复合材料的起飞和降落与推进动力系统分离，因此飞行安全性高；倾转旋翼的原理和传统的倾转旋翼类似，对于直升机来说，在起飞阶段，旋翼像直升机螺旋桨一样提供升力，平飞时旋翼向前倾斜提供前向推力，倾转旋翼型在速度和航程方面具有最大的优势，但机械设计过于复杂。但由于传统倾转旋翼直升机事故率较高，在高速飞行过程中旋翼倾转容易出现故障。
所有 eVTOL 技术路线齐头并进，各自锚定适用的需求场景。
多旋翼型原理与传统民用无人机类似，效率较低，目前飞行里程短，短时间内无法广泛应用于低空运输；而多旋翼型冗余度高、稳定性和安全性好，可灵活部署，具有对基础设施要求低、适航风险低、经济性好、市场进入速度快等优势，有望在eVTOL密度低、飞行需求不大的旅游市场率先开拓。
复合翼型起飞降落不依赖推进系统，飞行过程中遇到风切变、失控、失速等情况时，可立即启动独立升力系统，使eVTOL在空中悬停，并可控下降降落。动力系统准备和响应时间很短，因此安全、噪音小、航程可观，复合翼型综合性能优异，安全系数高于其他类型，有望应用于短期救援、紧急医疗转运等领域。
据《不同构型电动垂直起降飞机电源系统安全性评估》（刘巨江，[哈尔滨工程大学学报]，2023），倾转翼构型eVTOL电源系统存在功率冗余度不足的特点，在失去两次推力后，不足以进行推力配平完成垂直降落；飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时，倾转翼机翼型需要几秒到几十秒的倾转过程，倾转翼速度慢，无法实现保护功能。故障概率为1.265×10-6，远高于航空工业对10-9飞行小时的大型客机和大型通用航空飞机制定的特征事故率标准。如果倾转翼eVTOL解决了飞行安全问题，凭借速度快的优势，倾转旋翼复合翼eVTOL未来将是大规模低空城市交通的主力，预计在低空出行政策进一步放开后将开拓更大的市场，潜力巨大。
多旋翼eVTOL：原理源自多旋翼无人机，轻松实现升空巡航，多旋翼设计稳定安全。
根据《2022年电动垂直起降飞机主要进展》（韩宇琪，[空气动力学]，2023），多旋翼eVTOL由多个旋翼提供升力，通过调整每个旋翼的转速来控制姿态和巡航。没有机翼。其原理源自传统多旋翼民用无人机，技术难度极小。以小型四旋翼无人机为例，通过控制不同的旋翼转速，可以实现悬停、垂直升力、俯仰或滚转、偏航等功能。多旋翼eVTOL多为四轴或六轴布局。EH216-S采用共轴双桨16旋翼布局，冗余度高，飞行灵活、稳定、安全。
复合翼型eVTOL：源于复合垂直起降固定翼直升机，电驱动下效率提升
据《复合直升机技术发展分析》（李建波，[南京航空航天大学学报]，2016）报道，早在1954年，前苏联卡莫夫公司的Ka-22就发明了一种复合直升机，采用双旋翼，水平布局，旋翼下方的发动机同时带动螺旋桨，在1961年创下了356km/h的飞行记录。这种复合垂直起降固定翼直升机是复合翼型eVTOL的灵感来源。得益于轻量化的发动机，复合翼型eVTOL相较于传统复合直升机自重减轻，飞行效率提高。
倾转旋翼 eVTOL：空气动力学、动力学和飞行控制问题亟待解决
1972年，NASA与陆军启动倾转旋翼机计划，贝尔直升机公司于1973年赢得开发合同，并将原型机命名为XV-15（V-22“鱼鹰”飞机的原型机），堪称倾转旋翼直升机的鼻祖；倾转旋翼eVTOL的飞行原理与倾转旋翼直升机类似，也继承了倾转旋翼直升机事故率高的特点，自试飞以来，V-22“鱼鹰”飞机共发生5起机身损毁事故，共造成54人死亡。主要原因是倾转旋翼机在飞行过程中存在旋翼机翼气动干扰、旋翼倾转过程中的气动特性、飞行动力学、过渡走廊中的飞行控制等一系列难题。
为什么选择 eVTOL？
低空经济是由各类有人、无人飞行器的各种低空飞行活动所驱动，辐射带动相关领域融合发展的综合经济形态。近年来随着智能无人机的发展，城市空中交通（UAM）在全球兴起，UAM利用短距起降或垂直起降飞行器及相关系统设施实现城市低空空域人员和货物的运输活动，是未来智能交通体系的重要组成部分。
中国城市低空交通是一个管制性较强的行业，中国民航局负责空中交通管理，对国内外民用飞机进行统一管理和空域划分。民航飞机的巡航高度下限为3000米，由空管中心统一管理和调配。在300米以下的中低空进行的飞行作业，属于低空通用航空范畴。
低空经济与通用航空有着天然的联系，根据我国民航法规定，通用航空是指民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括工业、农业、林业、渔业和建筑业的经营性飞行，以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育培训、文化体育等飞行活动。
2016年5月，国务院办公厅印发《关于促进通用航空产业发展的指导意见》，通用航空被列为国家战略性新兴产业，被赋予了调整经济结构、转变经济发展方式、改善民生、升级消费的历史使命。国家发改委也于2016年11月和2017年1月印发《关于做好通用航空示范推广工作的通知》和《关于建设通用航空产业综合示范区的实施意见》，提出在全国首批建设26个通用航空示范区、2个航空产业综合示范区和41个通用航空示范项目。
尽管有政策支持，但我国通用航空仍面临发展困境，主要体现在低空空域资源供给不足、低空飞行活动审批程序繁琐、通用机场建设滞后等。低空空域作为国家重要战略资源，由国家空管委统一领导，为通用航空开发的低空空域很少，难以适应通用航空多点、便捷、高效的特性，适合私人、休闲飞行的空域数量有限，范围小、分布散、可用性差。部分民用机场拒绝或限制通用航空飞机进场运营，缺乏专用低空航线，通用航空飞行审批程序繁琐，审批效率低下。飞机起飞需要长距离滑行，需要足够大面积铺设跑道，通用机场整体建设标准过于严格，成本过高。修建一条几百米的跑道，需要花费数亿元，同时为了避免重复审批，一次修建几公里的跑道，每架飞机都需要高额的航线补贴才能运营，连续性难以为继。
固定翼飞机需要较长的跑道辅助起飞，而高楼林立、人群密集的城市中心无法为其提供完备的起飞条件，只能执行城市间大规模的客货运输任务，无法服务于城市内或相邻城市点对点的交通运输。
直升机具有载重量大、机动性强等优点，起降条件不需要专门的跑道和机场，可以节省通用航空机场的基建成本，但其飞行过程中噪音较大、运营成本高、维护费用昂贵，难以进一步普及。
相比前两者，eVTOL集自动驾驶、电力、低空航空元素于一体，噪音更小、成本更低、可垂直起降，省去了建设机场的成本，随时随地都可以起飞降落。
如何看待eVTOL整机壁垒：分系统配套、气动布局可“移步”，重在整机设计与集成能力
各类城市空中交通运载工具在机型、气动布局、动力方式等方面差异较大，运载工具是城市空中交通能否运行的关键。在城市空中交通运载工具中，直升机是最早被采用的，但受到的关注远不及eVTOL飞机，主要原因是eVTOL飞机具有噪音小、环保、安全、维护成本低、机型多样等特点。
在气动布局方面，无论是多旋翼、复合机翼还是倾转旋翼，都有类似气动布局的直升机、无人机等机型可以借鉴，技术牵引力强。
eVTOL飞机主要以电气和自动控制为主，技术基础是飞行控制、电动机、锂电池等，这些因素都与自动控制和电气化技术息息相关，而这些相关技术也是近几十年才逐渐成熟，可以应用在载人飞机上。也正是因为这个原因，eVTOL飞机设计在近十年才开始出现。与常规飞机相比，eVTOL有以下技术特点：
1）垂直起降技术。eVTOL飞行器大多采用电力驱动系统，通常为多旋翼设计，并配备先进的飞行控制系统，包括传感器、舵面和螺旋桨的电动调节等，实现精准的飞行控制和姿态调整。它们通常具备自主飞行和自动驾驶能力；
2）电池技术。电池是eVTOL技术的核心，主流是锂离子电池。电池技术不仅会影响飞行器的续航能力，还会影响飞行器的外形。提高电池比能量和功率，实现快速充电和长使用寿命是eVTOL电池面临的主要技术挑战；
3）分布式电力推进技术。分布式电力推进技术可以提供更高的推力控制精度和灵活性，在eVTOL中得到广泛应用。通过将多台电动发动机分布在飞行器的不同位置来实现飞行器的推进和控制，在提高飞行性能、增强机动性、提供冗余度等方面具有显著的优势。
eVTOL通过电池为动力系统和车载系统提供能量，电池性能是制约eVTOL发展的关键因素，目前锂电池技术相对成熟稳定，能量密度最高，多数厂商采用锂电池。电池能量密度、电池瞬时充放电速率、电池充放电寿命、电池安全性四大参数是eVTOL电池中的关键指标，显著影响eVTOL的续航里程、举升稳定性、更换寿命、乘坐安全性等技术性能。目前，随着eVTOL的应用需求场景不断拓展，为突破eVTOL面临的载荷低、续航里程短、续航时间短的发展限制，需要高能量密度、高充放电寿命、高瞬时充放电速率、高安全性。这“四高”对航空电池的需求不断扩大，电池已成为制约eVTOL发展的关键技术。
现有的电池技术还存在不足，能量密度、安全性等指标还有待进一步提升，否则eVTOL将面临载荷低、续航里程短、续航时间短、乘坐不安全等发展限制。目前的电池技术还不能完全满足eVTOL运营场景的续航里程、寿命循环、快充技术、能量密度等要求。目前锂电池应用最多、发展最快的领域是新能源电动汽车领域，但eVTOL所采用的电池（以Joby S4所采用的锂电池为例）在能量密度、瞬时充放电速率、循环寿命、安全性等方面均领先于乘用车所采用的三元锂电池。
航空电池市场发展迅猛，逐步突破eVTOL性能限制瓶颈。目前限制eVTOL性能的最大难题就是航空电池，目前各方在航空电池领域已全面布局，工信部等四部门《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035）》指出，要大力发展绿色航空锂电池，突破高能量密度锂电池，实现能量密度400Wh/kg航空锂电池产品量产，500Wh/kg级产品小规模验证；NASA与CATL联合研发高能量密度新型航空锂电池，配备高稳定性电池，旨在解决载人电动飞机领域的续航焦虑和安全焦虑；正力新能源发布高能量密度高充放电倍率新型航空电池，解决高能量密度与高倍率不兼容的行业难题。航空电池的全面高水平发展将全面驱动eVTOL性能端，使得eVTOL应用场景更加广泛，空域电气化领域有望全面铺开。
根据美国航空航天、国防与汽车技术领域咨询公司SMG的报告，其根据融资情况、领导团队、技术、认证进度、生产状况五个维度对UAM制造商进行评分，并得出主流UAM车辆制造商的排名。
