什么是 eVTOL？
eVTOL 是电动垂直起降飞行器的缩写。顾名思义，eVTOL 的核心就是电动化与垂直起降。最早的 eVTOL 概念机型约于 2010 年出现。2009 年，全球首家 eVTOL 公司 JOBY 成立。2011 年，意大利直升机巨头奥古斯塔·韦斯特兰提出了 eVTOL 概念。2014 年，美国直升机国际协会（AHA）和美国航空航天学会（AIAA）在弗吉尼亚州的大会上正式推出 eVTOL 概念。2016 年，Uber 提出 Uber Elevate 空中出租车计划，引发了欧美市场的 eVTOL 热潮。2016 年 1 月，亿航智能在美国 CES 上发布了全球首款载人级无人驾驶 eVTOL 飞行器“亿航 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）出台了针对小型 eVTOL 飞行器适航认证的新航空管理规定。此后，eVTOL 概念正式获得认可，初创企业、汽车和航空业巨头等市场参与者纷纷进入 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城市空中交通（UAM）公司。2021 年，美国 Joby、德国 Lilium、美国 Archer 和英国 Vertical Aerospace 等公司相继上市，eVTOL 商业化进程不断加快。
目前，主要原始设备制造商（OEM）采用的 eVTOL 可根据飞行原理分为三种类型：多旋翼型、复合翼型和倾转旋翼型。多旋翼的原理与传统民用无人机和直升机类似，开发相对容易，设计构型简单、稳定性更强、体积小，可在城市环境中灵活部署，对基础设施的要求较低；复合翼型采用两组旋翼，一组垂直旋翼控制起降，另一组水平推进旋翼控制巡航。复合翼型的起降系统与推进动力系统相互独立，因此飞行安全性较高；倾转旋翼型的原理与传统倾转旋翼直升机类似。在起飞阶段，旋翼像直升机旋翼一样提供升力；在平飞阶段，旋翼向前倾转以提供前向推力。倾转旋翼型在速度和航程方面优势最大，但其机械设计过于复杂，旋翼在高速飞行时倾转容易发生故障，延续了传统倾转旋翼直升机事故率较高的特点。
eVTOL 技术路线：针对不同需求场景的多样化方案
多旋翼型的原理与传统民用无人机类似，但效率较低。目前其飞行航程较短，短期内难以广泛用于低空运输。多旋翼型冗余度高、稳定性和安全性好，部署灵活，并具有基础设施要求低、适航风险低、经济性好、市场准入快等优势。预计它将率先在 eVTOL 密度较低、飞行需求较小的旅游市场拓展。
复合翼型的起降系统独立于推进系统。飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时，可立即启动独立升力系统，使 eVTOL 悬停在空中并受控下降着陆。动力系统的准备和响应时间很短，因此安全性高、噪声低、航程可观，且复合翼型综合性能出色。与其他类型相比，它的安全系数更高，预计可用于短期救援、紧急医疗运输等领域。
根据《不同构型电动垂直起降飞行器动力系统安全性评估》（刘巨江，《哈尔滨工程大学学报》，2023），倾转翼构型 eVTOL 动力系统的特点是动力冗余不足。失去两个推力源后，无法通过推力配平完成垂直着陆；飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时，倾转翼需要数秒至数十秒完成倾转过程，倾转速度较慢，无法发挥保护作用。其故障概率为 1.265×10-6，远高于航空业为大型客机和大型通用航空飞机制定的 10⁻⁹/飞行小时特征事故率标准。如果倾转翼 eVTOL 能解决飞行安全问题，凭借速度优势，倾转旋翼型和复合翼型 eVTOL 将成为未来大规模低空城市交通的主力。随着低空出行政策进一步放开，预计其将开拓更大的市场，发展潜力巨大。
多旋翼 eVTOL：原理源自多旋翼无人机，易于实现升力与巡航；多旋翼设计稳定、安全。
根据《2022 年电动垂直起降飞行器主要进展》（韩玉琪，《空气动力学》，2023），多旋翼 eVTOL 由多个旋翼提供升力，并通过调节各旋翼的转速来控制姿态和巡航。它没有机翼，原理源自传统多旋翼民用无人机，技术难度最低。以小型四旋翼无人机为例，通过控制不同旋翼的转速，可以实现悬停、垂直升降、俯仰或滚转以及偏航等功能。多旋翼 eVTOL 大多采用四轴或六轴布局。EH216-S采用共轴双桨 16 旋翼布局，冗余度高，飞行灵活、稳定且安全。
复合翼 eVTOL：源自复合式垂直起降固定翼直升机，电驱动提升效率。
根据《复合式直升机技术发展分析》（李建波，《南京航空航天大学学报》，2016），早在 1954 年，前苏联卡莫夫公司研制的 Ka-22 就是一种复合式直升机，采用双旋翼水平布局，旋翼下方的发动机还会驱动螺旋桨。该机于 1961 年创下 356km/h 的飞行纪录。这种复合式垂直起降固定翼直升机为复合翼 eVTOL 提供了灵感。得益于轻型电机，复合翼 eVTOL 相较于传统复合式直升机减轻了自重，提升了飞行效率。
倾转旋翼 eVTOL：亟待解决气动、动力学和飞行控制问题。
1972 年，NASA 与美国陆军启动了倾转旋翼飞机项目。贝尔直升机公司于 1973 年获得研制合同，并将原型机命名为 XV-15（V-22“鱼鹰”飞机的原型机）。它是倾转旋翼直升机的开创者；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较高的特点。V-22“鱼鹰”自试飞以来发生过 5 起机身损毁事故，共造成 54 人死亡。主要原因是倾转旋翼飞机在飞行过程中存在旋翼与机翼的气动干扰、旋翼倾转过程中的气动特性、飞行动力学以及过渡走廊中的飞行控制等一系列难题。
为什么选择 eVTOL？探索电动飞行的未来
低空经济是由各种有人驾驶和无人驾驶航空器开展的各类低空飞行活动所驱动，并辐射带动相关领域融合发展的综合经济形态。近年来，随着智能无人航空器的发展，城市空中交通（UAM）已在全球兴起。UAM 通过短距起降或垂直起降飞行器及相关系统设施，实现城市低空空域中人员和货物的运输活动，是未来智能交通系统的重要组成部分。
中国城市低空交通属于强监管行业。中国民用航空局负责空中交通管理，并对国内外民用航空器实行统一管理和空域划分。民航飞机巡航高度的下限为 3,000 米，由空中交通管制中心统一管理和调配。在 300 米以下中低空开展的飞行作业属于低空通用航空范畴。
低空经济与通用航空之间存在天然联系。根据我国《民用航空法》，通用航空是指公共航空运输以外的民用航空活动，包括工业、农业、林业、渔业和建筑业中的经营性飞行，以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等飞行活动。
2016 年 5 月，国务院办公厅印发《关于促进通用航空业发展的指导意见》，将通用航空列为国家战略性新兴产业，并赋予其调整经济结构、转变经济发展方式、改善民生和促进消费升级的历史使命。国家发展和改革委员会还于 2016 年 11 月和 2017 年 1 月分别印发《关于做好通用航空示范推广有关工作的通知》和《关于建设通用航空产业综合示范区的实施意见》，提出建设首批 26 个通用航空示范区、通用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，我国通用航空仍面临发展困难，主要表现为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。低空空域作为重要的国家战略资源，由国家空中交通管理委员会统一领导。目前开放给通用航空的低空空域较少，难以适应通用航空多点、便捷、高效的特点。适用于私人和娱乐飞行的空域数量有限，范围小、分布零散、可用性差。部分民用机场拒绝或限制通用航空器进入作业，缺少专用低空航线。通用航空飞行审批手续繁琐，审批效率低。飞机起飞需要滑行较长距离，也需要足够大的区域铺设跑道。通用机场整体建设标准过于严格，成本过高。建造一条几百米长的跑道就要花费数亿元。与此同时，为避免重复审批，跑道往往一次性修建数公里。每次飞行都需要较高的航线补贴才能运营，运营的可持续性不足。
固定翼飞机需要较长的跑道辅助起飞，拥有高楼且人口密集的城市中心无法为其提供完整的起飞条件。因此，它们只能承担城市间的大规模客货运输任务，无法提供城市内部或相邻城市之间的点对点运输服务。
直升机具有载荷大、机动性强等优点，起降不需要专用跑道和机场，可节省通用航空机场的基础设施成本。然而，直升机飞行噪声大、运营成本高、维护费用昂贵，难以进一步普及。
相比前两者，eVTOL 融合了自动驾驶、电力驱动和低空航空等元素，噪声更低、成本更低，且能够垂直起降，无需承担机场建设成本，可随时随地起降。
如何看待完整 eVTOL 飞行器的壁垒：子系统支持和气动布局可以“迁移”，关键在于整机设计与集成能力
各类 UAM 载具在机型、气动布局和动力模式方面差异很大。载具是 UAM 能否投入运营的关键。在 UAM 载具中，直升机最早投入使用，但受关注程度远不及 eVTOL 飞行器。主要原因是 eVTOL 飞行器具有噪声低、环保、安全、维护成本低、机型多样等特点。
从气动布局来看，无论是多旋翼、复合翼还是倾转旋翼，都有气动布局相近的直升机、无人机等机型可供借鉴，因此相关技术具有较强的可迁移性。
eVTOL 飞行器主要采用电力驱动和自动控制，其技术基础包括飞行控制、电机、锂电池等。这些因素与自动控制和电气化技术密切相关，而这些相关技术直到近几十年才逐渐成熟，并应用于载人飞行器。正因如此，eVTOL 飞行器设计才在过去十年间开始兴起。与传统飞行器相比，eVTOL 具有以下技术特点：
1）垂直起降技术。大多数 eVTOL 飞行器采用电驱动系统，通常采用多旋翼设计，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，以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，主流电池为锂离子电池。电池技术不仅会影响飞行器的续航能力，还会影响飞行器的形态。提升电池比能量和功率，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）分布式电推进技术。分布式电推进技术可提供更高的推力控制精度和灵活性，常用于 eVTOL。通过将多个电动发动机分布在飞行器的不同位置，实现对飞行器的推进和控制。这项技术在提升飞行性能、增强机动性和提供冗余方面具有显著优势。
eVTOL 使用电池为动力系统和机载系统提供能源。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，且能量密度最高，因此大多数制造商都采用锂电池。电池能量密度、电池瞬时充放电倍率、电池充放电寿命和电池安全性是 eVTOL 电池的四项关键参数，会显著影响 eVTOL 的航程、升降稳定性、电池更换周期和乘坐安全性等技术性能。目前，随着 eVTOL 应用需求场景不断拓展，为突破 eVTOL 面临的载荷低、航程短、续航时间短等发展限制，需要具备高能量密度、长充放电寿命、高瞬时充放电倍率和高安全性的航空电池。“四高”需求不断增长，电池已成为制约 eVTOL 发展的关键技术。
现有电池技术仍有不足，能量密度、安全性等指标仍需进一步提升。否则，eVTOL将面临载荷低、航程短、续航时间短以及乘坐安全性不足等发展限制。现有电池技术尚无法完全满足eVTOL运行场景对航程、循环寿命、快充技术和能量密度的要求。目前，锂电池应用最广、发展最快的领域是新能源汽车领域，但与乘用车使用的三元锂电池相比，eVTOL所用电池（以Joby S4使用的锂电池为例）在能量密度、瞬时充放电倍率、循环寿命和安全性方面均处于领先水平。
航空电池市场正在快速发展，逐步突破制约eVTOL性能的瓶颈。目前，制约eVTOL性能的最大问题是航空电池。当前，各方都在全面布局航空电池领域。工业和信息化部等四部门发布的《绿色航空制造业发展纲要（2023—2035年）》指出，要大力发展绿色航空锂电池，突破高能量密度锂电池技术，实现能量密度达400Wh/kg的航空锂电池产品量产，并对500Wh/kg级产品进行小规模验证；NASA与宁德时代已研发出稳定性高的新型高能量密度航空锂电池，旨在解决有人驾驶电动航空器领域的航程焦虑和安全焦虑；正力新能源发布了一款能量密度高、充放电倍率高的新型航空电池，解决了高能量密度与高倍率难以兼顾的行业难题。航空电池全面、高水平的发展将充分推动eVTOL性能提升，使eVTOL的应用场景更加广泛，空域电气化有望全面铺开。
据美国航空航天、国防和汽车技术领域咨询公司SMG的一份报告，该公司从融资情况、领导团队、技术、认证进度和生产状况五个维度对UAM制造商进行评分，并据此对主流UAM飞行器制造商进行排名。
