全球飞行汽车发展史回顾
飞行汽车的定义
由于 eVTOL 制造商和媒体出于营销及便于沟通等原因,习惯将 eVTOL 称为“飞行汽车”,因此本报告所说的飞行汽车既包括陆空两用飞行汽车,也包括 eVTOL。eVTOL 是近年来出现的一种垂直起降飞行器。
1. 什么是陆空两用飞行汽车?
通俗来说,它是指一种既能在空中飞行,又能像汽车一样在陆地上行驶,并可载人进行长距离出行的陆空两用交通工具。
根据目前正在研发且已成功面世的陆空两用飞行汽车的起降方式,可分为滑跑起降和垂直起降两种。
滑跑起降的陆空两用飞行器需要专用飞行跑道,或经交通管制许可、可用于起降的机动车道。典型代表是吉利的 TF-1;

吉利旗下 Terrafugia 公司研发的 F-1 陆空两用飞行汽车

吉利旗下 Terrafugia 公司研发的 TF-1 陆空两用飞行汽车
垂直起降的陆空两用飞行汽车不受专用飞行跑道或机动车道的限制。与传统直升机一样,它们可以在建筑物楼顶或任何稍微开阔的平地上起降。典型代表是荷兰 Pal-V 公司的 Liberty。

Pal-V 公司的垂直起降飞行汽车 Liberty
受历史和技术因素影响,目前市场上已有的陆空两用飞行汽车均使用燃油作为动力。使用电力仍处于概念阶段,因而颇具新闻效应,例如广汽高域的第六代飞行汽车。

广汽高域于 2021 年 10 月发布的第六代飞行汽车概念
2. 什么是 eVTOL?
eVTOL 的英文全称是 Electric Vertical Take-off and Landing,直译为“电动垂直起降飞行器”。通俗来说,它是一种以电能为动力、无需专用跑道或机动车道即可垂直起降的空中“飞行汽车”。
由于其最初的价值主张是空中载人或载货,因此不具备在机动车道上行驶的功能,许多 eVTOL 甚至没有设计车轮。
目前,全球较具代表性的 eVTOL 包括德国 Lilium 公司的实验性五座飞行汽车、美国 JOBY 公司的五座飞行汽车等。

德国 Lilium 公司全电动实验性五座 eVTOL

美国 Joby 公司的五座 eVTOL
飞行汽车的发展历程
(1)陆空两用飞行器发展史回顾
首辆陆空两用飞行汽车问世于一百多年前。著名的早期航空先驱、“飞行汽车之父”格林·卡特于 1917 年研发了一款名为“Autoplane”的飞行汽车。它采用分体式设计,飞行部分和汽车部分可以分离。飞行时,两部分组合在一起;在地面行驶时,则只使用汽车部分。

卡特里斯于 1917 年研发的“Autoplane”分体式陆空两用飞行汽车

卡特里斯于 1917 年研发的“Autoplane”分体式陆空两用飞行汽车工程图
尽管这辆飞行汽车只完成了几次令人兴奋的短暂“跳跃”,从未真正飞上天空,但作为人类首次成功探索飞行汽车的成果,它已被永久载入史册。
过去 100 年间,陆空两用“飞行汽车”设计已超过 3,000 种,数十款原型机也已问世,其中大多数采用固定翼方案。
其中,世界上首款、也是迄今唯一一款获得正式适航证和汽车驾驶执照的陆空两用飞行汽车,是美国设计师莫尔顿·泰勒研发的“Aerocar”。该机于 1949 年首次试飞,并于 1956 年正式获得美国联邦航空局(FAA)前身美国民用航空管理局(CAA)颁发的适航证。

“Aerocar”陆空两用双座飞行汽车
此外,还有两款陆空两用飞行汽车在适航认证方面取得了非常重要的进展。
其中一款是 TF-1,由中国吉利集团旗下的 Terrafugia 太力公司历经 15 年研发而成。2021 年初,该机获得了美国联邦航空局(FAA)颁发的“轻型运动飞机”(LSA)类别特殊适航证。尽管其重量超出 LSA 类别规定的标准,导致认证过程中需要申请多项偏差和豁免,但能够获得特殊适航证并非易事。
另一款是斯洛伐克 Klein Vision 公司研发的 AirCar,该机于 2022 年初获得斯洛伐克交通管理局颁发的适航证。
该公司联合创始人安东·扎亚茨在接受媒体采访时表示:“适航证是依据所有 EASA 成员国的法规颁发的正式证书。因此,AirCar 可以飞往英国,我们也确实计划近期从巴黎飞往伦敦。”

Klein Vision 公司研发的 AirCar 陆空两用飞行汽车
(2)eVTOL 发展史回顾
根据美国垂直飞行协会(VFS)网站的信息,2009 年成立的 eVTOL 先驱企业 JOBY,是全球已知最早进入这一领域创业的公司。该公司成立之初便开始秘密研发 eVTOL。根据公司 2021 年的预测,如果适航认证进展顺利,其空中出租车服务将在 2024 年推出。
eVTOL 这一概念于 2011 年提出,彼时 JOBY 已成立两年。世界直升机巨头、意大利公司“阿古斯特维斯特兰”(AgustaWestland)最先在名为“零号计划”(Project Zero)的项目中提出了 eVTOL 产品概念。
该项目旨在验证 eVTOL 全电驱动和新型推进模式等一系列先进技术与概念。经过这次尝试,航空业界认识到,拥有近百年历史的直升机在民航领域仍有巨大的颠覆式创新空间。eVTOL 在能源类型、分布式电推进、结构设计、控制系统和安全性等方面的改进,足以为人类出行和生活带来巨大价值。
2014 年,美国直升机协会(AHA)和美国航空航天学会(AIAA)在弗吉尼亚会议上正式认可了 eVTOL 概念。此后,全球传统航空企业、汽车企业、风险投资机构以及新兴 eVTOL 力量纷纷启动、推进或加速布局 eVTOL 领域的创业项目。
真正让 eVTOL 广为人知的,是全球共享出行巨头优步(Uber)。2016 年,优步提出“Uber Elevate”城市空中出租车计划,直接引发了全球 eVTOL 热潮。

优步空中出租车
此时,拥有 70 多年历史的 VFS 意识到,随着电池、电控、电机、轻质复合材料和飞行控制等关键技术的发展,eVTOL 极有可能引发新一轮航空革命。
2017 年,VFS 编制了业界首份 eVTOL 目录并对外发布。同时,VFS 希望通过相关工作,协助业内企业、研究人员和政府机构共同突破技术、法规、基础设施、交通管理和安全等方面的诸多商业化障碍。
随后,监管机构也加大了在适航认证等层面的监管创新力度。
2019 年,欧洲航空安全局(EASA)针对 eVTOL 认证发布了新的航空管理法规,旨在为 eVTOL 建立一套更具针对性的新监管体系。
美国联邦航空局(FAA)修订了原有小型飞机航空法规中的认证部分,允许将 eVTOL 的机体、发动机和螺旋桨作为一个整体进行认证。这为 eVTOL 设计理念与推进系统、机体的高度集成提供了监管支持。
至此,eVTOL 行业发展的外部障碍开始逐一消除。
这些因素推动全球 eVTOL 项目如雨后春笋般涌现。根据 VFS 发布的 eVTOL 目录,目前全球在研 eVTOL 数量已从最初的 6 款激增至数百款。
其次,在资本市场的助力下,eVTOL 初创企业的融资取得了历史性突破。
2019 年,全球首家上市的 eVTOL 企业、中国广州亿航智能在美国纳斯达克上市。
进入 2021 年后,全球 eVTOL 初创企业上市步伐显著加快。截至本报告发布之日,已有 4 家企业于 2021 年通过 SPAC 方式完成上市,分别是美国 JOBY、德国 Lilium、美国 Archer 和英国 Vertical Aerospace。
此外,除德国 Volocopter 暂停上市计划外,巴西航空工业公司(Embraer)旗下的 Eve UAM 已敲定于 2022 年第二季度上市。
届时,全球 eVTOL 上市公司的分布格局将是:美国 2 家、中国 1 家、德国 1 家、英国 1 家、巴西 1 家。
全球 eVTOL 行业兴起的背景与典型特征
1. eVTOL 行业兴起的背景
(1)全球气候变暖,各国政府协同行动,努力减少碳排放
2015 年 12 月 12 日,《联合国气候变化框架公约》近 200 个缔约方在巴黎气候变化大会上达成《巴黎协定》,为 2020 年后的全球气候行动作出了安排。
《巴黎协定》明确提出,将全球平均气温较工业化前水平的升幅控制在 2 摄氏度以内,并努力将升幅限制在 1.5 摄氏度以内。
这意味着人类社会开启了自工业革命以来规模最大的一次能源结构转型。
作为一种全电驱动飞行器,eVTOL 的出现顺应了时代发展趋势。
(2)电动汽车产业快速发展
根据 Canalys 最新发布的全球电动汽车市场销量数据,2021 年全球电动汽车(EV)销量将达到 650 万辆,同比增长 109%,已占乘用车总销量的 9%。
其中,2021 年中国大陆电动汽车销量超过 320 万辆,占全球电动汽车销量的一半,比 2020 年多出 200 万辆。
Canalys 首席分析师 Jason Low 表示:“从小巧廉价的城市汽车,到主流高端轿车和 SUV,每个月都有许多新车型上市。2021 年中国大陆新车销量中,电动汽车占 15%,销量较 2020 年翻了一番以上,2022 年及以后仍有显著的增长空间。”

过去 10 年中国市场电动汽车销量增长趋势
全球电动汽车产业的快速发展也带动了 eVTOL 产业,尤其是在电池续航和大规模量产方面,为 eVTOL 积累了丰富经验。
(3)私人飞行仍是少数人的运动
传统直升机和通用航空固定翼飞机的市场规模非常有限,原因在于它们受到起降场地、安全、噪音,以及高昂的制造、使用和维护成本等因素的制约。这极大限制了它们的普及。
如今,私人飞行仍是一项贵族运动。eVTOL 的出现及其优势极有可能改变这一局面。
(4)华尔街的诉求需要新的市场增长点来满足
eVTOL 热潮的兴起,本质上是华尔街寻找新市场增长点的需求所致。eVTOL 顺应时代趋势,并具备多种可能性,能够满足华尔街的愿望和诉求。
(5)大型城市和超级城市群内部的出行拥堵问题尚未得到妥善解决。
地铁和轻轨的投资成本非常高;由于功能和覆盖范围有限,大型城市和超级城市群中的地铁与轻轨只能解决部分拥堵问题。
相比之下,eVTOL 运营所需的起降设施成本相对较低。除利用现有机场外,还可在城市及郊区的高楼楼顶设置交通节点,以满足点对点交通需求,大幅缩短出行时间,同时也能让城市中央商务区的分布更加广泛。
(6)以马斯克为代表的一批执着追梦的跨界创业者不断取得成功。
马斯克创立的 SpaceX 持续取得成功,不断激励着一批又一批雄心勃勃的创业者投身伟大的航天技术革命。作为航空产业中潜力巨大的新兴分支,eVTOL 行业很有可能承载他们的梦想。
2. eVTOL 行业的典型特征
(1)商业运营对 eVTOL 的环保性、可靠性和安全性要求很高。
eVTOL 因 UAM 而广受关注,但如果城市载人飞行器意外坠毁,监管部门和公众都将难以承受其后果。
20 世纪 70 年代越战结束后,大量退役军用直升机进入纽约市的城市空中交通领域,直升机出行一度风靡一时。但 1977 年,一架直升机坠毁在泛美大厦楼顶,造成地面人员重大伤亡,此后一切戛然而止。
此后数十年间,城市噪音污染日益严重,美国许多主要城市的楼顶直升机停机坪数量持续减少。
(2)准入门槛高
eVTOL 行业是资本密集型、技术密集型和人才密集型行业,需要相当可观的前期固定投资。根据汉莎创新中心于 2021 年 2 月发布的研究报告,eVTOL 初创企业要完成从产品研发、适航认证到商业化的全过程,至少需要 7 亿至 10 亿美元资金。
(3)产品研发和适航认证流程繁琐、耗时且成本高昂
eVTOL是航空业的新兴事物,其技术规格与传统飞机不同。民航监管部门在适航认证方面仍缺乏足够的经验积累。
此外,飞机研发过程中的每一次改进都需要实时通过监管部门认证,这与互联网公司“快速试错、小步快跑、快速迭代”的软件开发模式截然不同。
民航监管部门肩负着推动航空业发展的使命,同时也承担着维护公共安全的重要职责。
如果按照民航飞机的安全标准,这意味着适航认证工作将会十分漫长。
以中国eVTOL领域的领军企业亿航为例,其EH216-S早在2018年就已发布,但直到2021年,其适航认证工作才开始取得实质性进展。
目前,中国民用航空局(CAAC)已于2022年2月9日正式发布《亿航EH216-S无人驾驶航空器系统专用条件》,这意味着亿航的eVTOL正式进入适航认证流程。
接下来,亿航需要提交自己的审查基础,其中将包含多项条款,民航局将逐项核查这些条款是否符合要求。如有不符合之处,局方将退回企业修改,直至获得批准。
适航认证基础正式确定后,企业还必须根据认证基础提出认证计划(CP)和符合性方法(MOC),并由中国民航局批准。之后,企业必须按照上述文件表明符合性。
在传统航空领域,监管机构对符合性的要求更高。每项条款通常都要求采用多种符合性方法,监管部门通常不会接受单一的符合性方法。“多种符合性方法”是指企业采用多种方式,证明产品符合相关条款。
国际公认的符合性证明方法共有十种,分别是符合性声明(MC0)、设计审查(MC1)、分析/计算(MC2)、安全性评估(MC3)、实验室试验(MC4)、地面试验(MC5)、飞行试验(MC6)、航空器检查(MC7)、模拟器试验(MC8)和设备鉴定(MC9)。
企业采用每一种符合性方法时,如何证明审查结论有效,都有相应的标准和规范要求。
最终,企业将面临一张庞大的符合性矩阵。据业内人士和研究机构估算,eVTOL获得适航认证通常可能需要花费约10亿元人民币。
(4)新兴产业,竞争全球化,速度为王
作为航空业的新兴分支,新物种eVTOL的出现带来了民航产业链的结构性变化。高度复杂、精密的传统航空发动机被绿色、零排放且大幅简化的电池系统取代。与此同时,半导体芯片、ICT、人工智能和传感器技术的发展,也推动了eVTOL与无人驾驶技术的交叉融合。
与汽车、大型飞机、军工、ICT、半导体、消费电子、互联网、日用品、食品饮料等行业一样,eVTOL行业的竞争也是全球性竞争。
美国Joby采取垂直整合战略,将制造商与运营商整合起来。其市场覆盖范围并不限于美国,2022年还将拓展至亚太地区的日本和韩国。
德国Lilium原计划于2024年在欧洲和美国佛罗里达州开展城市空中出租车业务。后来,该公司于2022年2月调整了业务战略:早期将主要聚焦私人商务喷气机市场,长期则拓展至城市空中出租车共享出行和货运物流服务。调整后的首个合作伙伴来自美国商务喷气机市场,是航空运营商NetJets。
作为中国eVTOL领域的先行者,亿航智能正在积极拓展中国及全球市场。2022年3月,亿航智能在马来西亚获得迄今为止最大的一笔预订单:共计60架载人自动驾驶飞行器。
尽管eVTOL行业仍存在诸多不确定性和风险,但eVTOL的零排放、安全、舒适和低成本,本质上符合人类的根本利益。因此,我们认为,谁能率先进入市场、制定适应市场的新战略并付诸行动,谁就更有可能成为全球eVTOL行业的领军者。
eVTOL产品细分与市场细分
1. eVTOL产品细分
根据目前全球eVTOL的总体构型或技术路线,可分为五种类型:
(1)多旋翼构型
配备多个旋翼,没有机翼或仅有短翼。巡航时,飞行器也依靠螺旋桨提供全部或部分升力。
德国Volocopter的eVTOL采用由18个旋翼组成的多旋翼构型,技术风险较低,研发难度也较小。
与传统直升机相比,由于采用分布式电推进(DEP)系统,18个旋翼同时工作,大幅提高了安全性,并降低了运营维护成本和噪声。对于不熟悉航空技术和行业的公司而言,这种构型更适合作为起步和学习的选择。然而,多旋翼构型在一定程度上继承了直升机飞行效率低的缺点,因此航程较短、速度较慢。如果电池技术没有重大突破,其未来的应用场景将相对有限。

Volocopter的18旋翼构型eVTOL
(2)复合翼构型
配有机翼和独立螺旋桨,分别提供升力和巡航推力。
复合翼构型虽然是分布式电推进(DEP)系统出现后才诞生的新构型,但它最大程度保留了传统固定翼飞机的特点,并在此基础上显著提升了安全性。这意味着它具备优异的技术性能、更低的研发风险和成本、监管部门熟悉的适航路径和符合性方法,以及更快的研发速度。在当前技术和市场条件下,它是最均衡、最合理的选择,也与许多拥有深厚行业经验和洞察力人士及公司的选择不谋而合。
目前,美国Beta公司旗下的Alia-250是较为典型的复合翼构型。

美国Beta公司旗下的Alia-250采用复合翼构型。
(3)倾转构型
配有机翼,并通过可矢量偏转的螺旋桨同时提供垂直升力和水平巡航推力。倾转构型包括但不限于倾转机翼、倾转旋翼和倾转涵道风扇。
世界知名军机V-22因昵称“鱼鹰”而广为人知,采用倾转旋翼构型。该机由美国波音公司和贝尔直升机公司于20世纪80年代联合研发,于1989年3月19日成功首飞。经过长期测试、改装和验证后,于2006年11月16日正式进入美国空军服役。

美国空军现役倾转构型鱼鹰飞机MV-22
对于eVTOL而言,这条技术路线已较为成熟。理论上,只需将石油燃料动力改为电力驱动即可。
这种构型最大的特点是旋翼可以根据需要调整方向。在起飞阶段,旋翼像直升机螺旋桨一样提供升力;在平飞阶段,旋翼可以向前倾转以提供前向推力,升力则由固定翼提供。
这种构型的优点是重量较轻、推力较大,在速度和航程方面具有优势。但缺点是倾转机构的机械设计复杂。任何机械设计一旦变得复杂,精度和可靠性就更难保证。鱼鹰飞机总产量已超过400架,但由于操控复杂,已发生12起全损事故,造成42人死亡。

美国Joby的五座4S采用倾转旋翼构型。
因此,如果eVTOL初创企业缺乏必要的人才支持,就意味着更高的研发风险和成本、更艰难的适航认证流程,以及更长的研发周期。美国Joby公司的五座4S研发周期长、适航认证流程漫长,在一定程度上或许可以印证这一点。
(4)倾转涵道风扇+全矢量控制
采用机翼且没有操纵面,eVTOL的升力、推力、航向和姿态控制均由倾转涵道风扇提供。
德国Lilium公司选择了这条技术路线,将涵道风扇与倾转机翼相结合。其目前的五座原型机最多使用36个小型涵道风扇,提供升力、推力并控制航向和姿态,完全取消了传统飞机的操纵面。外观时尚酷炫,充满科幻感。
涵道风扇消除了开放式螺旋桨带来的安全隐患。如果涵道与风扇能够良好匹配,这项技术还可以产生增推效果。

Lilium五座机型的小型倾转涵道风扇设计
虽然尚无任何传统飞机采用或验证不设操纵面的全矢量控制技术,但这项技术已用于外太空,控制卫星在轨道上机动。
业内资深专家认为,Lilium飞行汽车包含过多高速旋转的运动部件,耐久性可能较差。与Joby、Archer、Vertical Aerospace等竞争对手相比,其后续维护将非常不便。
因此,这条技术路线能否适应市场需求,仍有待进一步观察。
(5)隐藏式推进系统+无机翼设计
英国Bellwether采用了这条技术路线。该公司推出的Volar是一款具有未来感的eVTOL,采用无机翼设计、隐藏式推进系统和四个涵道风扇,流线型机身看起来就像一辆超级跑车。
Volar目前尚未制造全尺寸原型机。

Bellwether的Volar飞行汽车
2.eVTOL市场细分
随着城市空中交通(UAM)概念的提出,eVTOL产品逐渐兴起。可以预见,随着电池、电机、电控等技术的发展,其所覆盖的市场范围将越来越广。
(1)载客:
1)城市载客
主要包括城市空中出租车和机场空中接驳两部分,其价值在于避开地面交通拥堵、节省出行时间并提高城市出行效率。
城市空中出租车可以简单理解为城市地面出租车的空中版本。由于飞行路线经过人口密集的城市,运营所需的可靠性和安全性要求将非常高。已经进入资本市场的全球五大制造商均明确提出了各自在相关城市开展空中出租车在线运营的时间节点。不过,能否实现仍有待观察。
固定航线的机场空中接驳业务可能容易得多。
以美国市场为例,纽约航空公司已运营直升机航线30年,连接华尔街、曼哈顿中城及周边机场。
从纽约拉瓜迪亚机场(LGA)飞往华尔街只需5分钟,从曼哈顿中城飞往肯尼迪机场(JFK)只需10分钟,而驾车可能需要70分钟。
因此,目前这一领域是eVTOL制造商最容易进入的市场之一。
2)城际飞行
尽管目前五大制造商普遍仍受电池续航能力限制,但根据美国JOBY公司于2021年7月公布的一项飞行测试数据,eVTOL单次充电已能实现247公里的不间断无人飞行。如果消息属实,这足以满足全球超级城市群内部频繁、高效的城际出行需求。
3)商务喷气机
2022年2月28日,德国Lilium公司宣布调整既定业务战略。也就是说,早期将重点聚焦商务喷气机市场。
4)景区空中游览
中国eVTOL先行者亿航智能于2022年2月24日正式任命具有旅游行业背景的方鑫先生为首席运营官。
这一举措表明,中国eVTOL载人飞行很可能会从景区空中游览开始。
(2)货运:
在货运领域,尤其是对时效性要求较高的生鲜食品和商务信函运输,eVTOL很可能取代部分传统中短途航空运输和中短途货运卡车。
美国西科斯基公司时任创新总监Cherepinsky于2022年2月8日在新闻发布会上公开表示,公司正在考虑将其名为Matrix的一种自主飞行控制系统用于eVTOL无人货运飞行。
(3)公共服务
与传统直升机相比,eVTOL在成本、安全性和噪声方面的优势,使其有望在城市消防、医疗救援、搜索与救援、农业、林业和植物保护等公共服务领域实现大规模应用。
(4)军警市场
1)军事市场
2020年2月,美国空军正式启动名为“Agility Prime”的示范项目,旨在探索航空业新兴的eVTOL电动垂直起降技术在特种作战、救援搜寻和短途运输等军事任务中的应用可行性,并推动商业和民用技术直接转化应用于军事领域。
目前,JOBY和Beta等多家美国eVTOL制造商已参与该项目。
2)警用市场
尽管中国警用市场目前规模仍相对较小,但全国各地公安机关早在20世纪90年代初就开始配备警用直升机。截至2019年底,全国24个省、自治区和直辖市的公安机关已组建40支航空警察队伍,配备约67架警用直升机和100多名警航飞行员。
可以预见,eVTOL在成本、噪声、安全性等方面的优势,很可能会取代原有的直升机警用市场。
(5)私人家庭市场
人类天生就有飞翔的梦想。无论从成本、安全性还是舒适度来看,eVTOL都比传统直升机、民航飞机和传统通用航空飞机更具优势,能够帮助人们实现这一梦想。
虽然目前私人驾驶eVTOL在城市中飞行的可能性微乎其微,但在广阔的乡村地区并非不可能。
首先,广阔的乡村地区有许多几乎零成本的起降场地;其次,乡村人口相对稀少,只要合理规划航线,就有足够空间应对各种意外情况。
eVTOL是航空业的新兴事物,其技术规格与传统飞机不同。民航监管部门在适航认证方面仍缺乏足够的经验积累。
此外,飞机研发过程中的每一次改进都需要实时通过监管部门认证,这与互联网公司“快速试错、小步快跑、快速迭代”的软件开发模式截然不同。
民航监管部门肩负着推动航空业发展的使命,同时也承担着维护公共安全的重要职责。
如果按照民航飞机的安全标准,这意味着适航认证工作将会十分漫长。
以中国eVTOL领域的领军企业亿航为例,其EH216-S早在2018年就已发布,但直到2021年,其适航认证工作才开始取得实质性进展。
目前,中国民用航空局(CAAC)已于2022年2月9日正式发布《亿航EH216-S无人驾驶航空器系统专用条件》,这意味着亿航的eVTOL正式进入适航认证流程。
接下来,亿航需要提交自己的审查基础,其中将包含多项条款,民航局将逐项核查这些条款是否符合要求。如有不符合之处,局方将退回企业修改,直至获得批准。
适航认证基础正式确定后,企业还必须根据认证基础提出认证计划(CP)和符合性方法(MOC),并由中国民航局批准。之后,企业必须按照上述文件表明符合性。
在传统航空领域,监管机构对符合性的要求更高。每项条款通常都要求采用多种符合性方法,监管部门通常不会接受单一的符合性方法。“多种符合性方法”是指企业采用多种方式,证明产品符合相关条款。
国际公认的符合性证明方法共有十种,分别是符合性声明(MC0)、设计审查(MC1)、分析/计算(MC2)、安全性评估(MC3)、实验室试验(MC4)、地面试验(MC5)、飞行试验(MC6)、航空器检查(MC7)、模拟器试验(MC8)和设备鉴定(MC9)。
企业采用每一种符合性方法时,如何证明审查结论有效,都有相应的标准和规范要求。
最终,企业将面临一张庞大的符合性矩阵。据业内人士和研究机构估算,eVTOL获得适航认证通常可能需要花费约10亿元人民币。
(4)新兴产业,竞争全球化,速度为王
作为航空业的新兴分支,新物种eVTOL的出现带来了民航产业链的结构性变化。高度复杂、精密的传统航空发动机被绿色、零排放且大幅简化的电池系统取代。与此同时,半导体芯片、ICT、人工智能和传感器技术的发展,也推动了eVTOL与无人驾驶技术的交叉融合。
与汽车、大型飞机、军工、ICT、半导体、消费电子、互联网、日用品、食品饮料等行业一样,eVTOL行业的竞争也是全球性竞争。
美国Joby采取垂直整合战略,将制造商与运营商整合起来。其市场覆盖范围并不限于美国,2022年还将拓展至亚太地区的日本和韩国。
德国Lilium原计划于2024年在欧洲和美国佛罗里达州开展城市空中出租车业务。后来,该公司于2022年2月调整了业务战略:早期将主要聚焦私人商务喷气机市场,长期则拓展至城市空中出租车共享出行和货运物流服务。调整后的首个合作伙伴来自美国商务喷气机市场,是航空运营商NetJets。
作为中国eVTOL领域的先行者,亿航智能正在积极拓展中国及全球市场。2022年3月,亿航智能在马来西亚获得迄今为止最大的一笔预订单:共计60架载人自动驾驶飞行器。
尽管eVTOL行业仍存在诸多不确定性和风险,但eVTOL的零排放、安全、舒适和低成本,本质上符合人类的根本利益。因此,我们认为,谁能率先进入市场、制定适应市场的新战略并付诸行动,谁就更有可能成为全球eVTOL行业的领军者。
eVTOL产品细分与市场细分
1. eVTOL产品细分
根据目前全球eVTOL的总体构型或技术路线,可分为五种类型:
(1)多旋翼构型
配备多个旋翼,没有机翼或仅有短翼。巡航时,飞行器也依靠螺旋桨提供全部或部分升力。
德国Volocopter的eVTOL采用由18个旋翼组成的多旋翼构型,技术风险较低,研发难度也较小。
与传统直升机相比,由于采用分布式电推进(DEP)系统,18个旋翼同时工作,大幅提高了安全性,并降低了运营维护成本和噪声。这种构型更适合不熟悉航空技术和行业的公司作为起步和学习的选择。然而,多旋翼构型在一定程度上继承了直升机飞行效率低的缺点,因此航程较短、速度较慢。如果电池技术没有重大突破,其未来的应用场景将相对有限。

Volocopter的18旋翼构型eVTOL
(2)复合翼构型
配有机翼和独立螺旋桨,分别提供升力和巡航推力。
复合翼构型虽然是分布式电推进(DEP)系统出现后才诞生的新构型,但它最大程度保留了传统固定翼飞机的特点,并在此基础上显著提升了安全性。这意味着它具备优异的技术性能、更低的研发风险和成本、监管部门熟悉的适航路径和符合性方法,以及更快的研发速度。在当前技术和市场条件下,它是最均衡、最合理的选择,也与许多具有深厚行业经验和洞察力的人士及公司的选择不谋而合。
目前,美国Beta公司的Alia-250是较为典型的复合翼构型。

美国Beta公司旗下的Alia-250采用复合翼构型。
(3)倾转构型
配有机翼,并通过可矢量偏转的螺旋桨同时提供垂直升力和水平巡航推力。倾转构型包括但不限于倾转机翼、倾转旋翼和倾转涵道风扇。
世界知名军机V-22因昵称“鱼鹰”而广为人知,采用倾转旋翼构型。该机由美国波音公司和贝尔直升机公司于20世纪80年代联合研发,于1989年3月19日成功首飞。经过长期测试、改装和验证后,于2006年11月16日正式进入美国空军服役。

美国空军现役倾转构型鱼鹰飞机MV-22
对于eVTOL而言,这条技术路线已较为成熟。理论上,只需将石油燃料动力改为电力驱动即可。
这种构型最大的特点是旋翼可以根据需要调整方向。在起飞阶段,旋翼像直升机螺旋桨一样提供升力;在平飞阶段,旋翼可以向前倾转以提供前向推力,升力则由固定翼提供。
这种构型的优点是重量较轻、推力较大,在速度和航程方面具有优势。但缺点是倾转机构的机械设计复杂。任何机械设计一旦变得复杂,精度和可靠性就更难保证。鱼鹰飞机总产量已超过400架,但由于操控复杂,已发生12起全损事故,造成42人死亡。

美国Joby的五座4S采用倾转旋翼构型。
因此,如果eVTOL初创企业缺乏必要的人才支持,就意味着更高的研发风险和成本、更艰难的适航认证流程,以及更长的研发周期。美国Joby公司的五座4S研发周期长、适航认证流程漫长,在一定程度上或许可以印证这一点。
(4)倾转涵道风扇+全矢量控制
配有机翼且没有操纵面,eVTOL的升力、推力、航向和姿态控制均由倾转涵道风扇提供。
德国Lilium公司选择了这条技术路线,将涵道风扇与倾转机翼相结合。其目前的五座原型机最多使用36个小型涵道风扇,提供升力、推力并控制航向和姿态,完全取消了传统飞机的操纵面。外观时尚酷炫,充满科幻感。
涵道风扇消除了开放式螺旋桨带来的安全隐患。如果涵道与风扇能够良好匹配,这项技术还可以产生增推效果。

Lilium五座机型的小型倾转涵道风扇设计
虽然尚无任何传统飞机采用或验证不设操纵面的全矢量控制技术,但这项技术已用于外太空,控制卫星在轨道上机动。
业内资深专家认为,Lilium飞行汽车包含过多高速旋转的运动部件,耐久性可能较差。与Joby、Archer、Vertical Aerospace等竞争对手相比,其后续维护将非常不便。
因此,这条技术路线能否适应市场需求,仍有待进一步观察。
(5)隐藏式推进系统+无机翼设计
英国Bellwether采用了这条技术路线。该公司推出的Volar是一款具有未来感的eVTOL,采用无机翼设计、隐藏式推进系统和四个涵道风扇,流线型机身看起来就像一辆超级跑车。
Volar目前尚未制造全尺寸原型机。

Bellwether的Volar飞行汽车
2.eVTOL市场细分
随着城市空中交通(UAM)概念的提出,eVTOL产品逐渐兴起。可以预见,随着电池、电机、电控等技术的发展,其所覆盖的市场范围将越来越广。
(1)载客:
1)城市载客
主要包括城市空中出租车和机场空中接驳两部分,其价值在于避开地面交通拥堵、节省出行时间并提高城市出行效率。
城市空中出租车可以简单理解为城市地面出租车的空中版本。由于飞行路线经过人口密集的城市,运营所需的可靠性和安全性要求将非常高。已经进入资本市场的全球五大制造商均明确提出了各自在相关城市开展空中出租车运营的时间节点。不过,能否实现仍有待观察。
固定航线的机场空中接驳业务可能容易得多。
以美国市场为例,纽约航空公司已运营直升机航线30年,连接华尔街、曼哈顿中城及周边机场。
从纽约拉瓜迪亚机场(LGA)飞往华尔街只需5分钟,从曼哈顿中城飞往肯尼迪机场(JFK)只需10分钟,而驾车可能需要70分钟。
因此,目前这一领域是eVTOL制造商最容易进入的市场之一。
2)城际飞行
尽管目前五大制造商普遍仍受电池续航能力限制,但根据美国JOBY公司于2021年7月公布的一项飞行测试数据,eVTOL单次充电已能实现247公里的不间断无人飞行。如果消息属实,这足以满足全球超级城市群内部频繁、高效的城际出行需求。
3)商务喷气机
2022年2月28日,德国Lilium公司宣布调整既定业务战略。也就是说,早期将重点聚焦商务喷气机市场。
4)景区空中游览
中国eVTOL先行者亿航智能于2022年2月24日正式任命具有旅游行业背景的方鑫先生为首席运营官。
这一举措表明,中国eVTOL载人飞行很可能会从景区空中游览开始。
(2)货运:
在货运领域,尤其是对时效性要求较高的生鲜食品和商务信函运输,eVTOL很可能取代部分传统中短途航空运输和中短途货运卡车。
美国西科斯基公司时任创新总监Cherepinsky于2022年2月8日在新闻发布会上公开表示,公司正在考虑将其名为Matrix的一种自主飞行控制系统用于eVTOL无人货运飞行。
(3)公共服务
与传统直升机相比,eVTOL在成本、安全性和噪声方面的优势,使其有望在城市消防、医疗救援、搜索与救援、农业、林业和植物保护等公共服务领域实现大规模应用。
(4)军警市场
1)军事市场
2020年2月,美国空军正式启动名为“Agility Prime”的示范项目,旨在探索航空业新兴的eVTOL电动垂直起降技术在特种作战、救援搜寻和短途运输等军事任务中的应用可行性,并推动商业和民用技术直接转化应用于军事领域。
目前,JOBY和Beta等多家美国eVTOL制造商已参与该项目。
2)警用市场
尽管中国警用市场目前规模仍相对较小,但全国各地公安机关早在20世纪90年代初就开始配备警用直升机。截至2019年底,全国24个省、自治区和直辖市的公安机关已组建40支航空警察队伍,配备约67架警用直升机和100多名警航飞行员。
可以预见,eVTOL在成本、噪声、安全性等方面的优势,很可能会取代原有的直升机警用市场。
(5)私人家庭市场
人类天生就有飞翔的梦想。无论从成本、安全性还是舒适度来看,eVTOL都比传统直升机、民航飞机和传统通用航空飞机更具优势,能够帮助人们实现这一梦想。
虽然目前私人驾驶eVTOL在城市中飞行的可能性微乎其微,但在广阔的乡村地区并非不可能。
首先,广阔的乡村地区有许多几乎零成本的起降场地;其次,乡村人口相对稀少,只要合理规划航线,就有足够的空间应对各种意外情况。