eVTOL,开启未来低空交通革命

啊哈

自卡尔·本茨（Karl Benz）于1885年研制成功世界上第一辆三轮汽车以来，随着技术进步和商业模式的发展，汽车行业发展迅猛。截至2022年年底，全球汽车保有量约为14.46亿辆（据市场数据分析机构Hedges&Company估算）。

作为人类工业文明的产物，汽车一方面“加速”了不同地区的交流，促进了不同地区的发展；另一方面，在汽车产业的带动下，冶金、电子、化工、服务等行业也随之发展。

不过，伴随着汽车产业的规模化发展，城市地面交通道路建设逐渐饱和，交通拥堵也成为了难解之题，尤其是对身处大都市圈的人群来说，汽车的增加并未带来生活质量和生产效率的提升；与此同时，越来越多的汽车尾气也对全球环境产生了负面影响。

在此背景下，不管是交通产业还是汽车行业本身，都在“渴望”着变得智能化和绿色化。基于电动垂直起降飞行器（eVTOL）的UAM/AAM（UrbanAir Mobility城市空中交通/Advanced Air Mobility先进空中交通）解决方案则应运而生。
本文核心观点

1.从宏观角度而言，eVTOL会带来我们对于城市理解的变革，未来城市边界将变得模糊，城市形态以及城市群的概念将会发生改变，全世界的可开发区域将随之增加。中国目前拥有全球最大的市场，借助电动汽车的技术优势，有望在此领域引领全球发展。

2.从技术角度而言，eVTOL相比于其他交通方式，具有无可比拟的优势，其兼得了电动汽车的经济性、直升机的便捷性、民航客机的安全性，同时不产生排放、不造成拥堵、不需要大规模运营场地。

3.从市场发展情况而言，不同于民航客机，全球被波音、空客近乎垄断，eVTOL由于产品需求及产品价格的数量级不同，将类似于目前的汽车行业，形成多家竞争且各有千秋之局面。

4.从未来趋势而言，行业在越来越多的eVTOL机型拿到适航认证后会迎来高速增长，成本不断下行，受惠面不断增加，中期内可达到一种大众接受的出行模式。



PART 01

何谓eVTOL

eVTOL及其发展历史

eVTOL（Electric Vertical Take-Off and Landing）是指以电力作为飞行动力来源且具备垂直起降功能的飞行器，与使用燃油发动机的传统民航客机、通航飞机及直升机相比，电动飞机具有效率高、排放低、噪声低等显著优势，可以有效地解决传统飞机推进系统带来的噪声、污染排放问题。



eVTOL的发展大致可划分为三个阶段：

• 概念探索阶段：世界直升机巨头意大利公司“阿古斯塔·韦斯特兰”（AugustWestland）在一个名为 “零点工程”（Project Zero）的项目中，首次提出了eVTOL产品概念。初创阶段：2014年，美国直升机国际协会（AHA）、美国航空宇航协会（AIAA）在弗吉尼亚大会上正式引入eVTOL概念，全球范围内传统航空企业和造机新势力开始启动eVTOL项目的研究。技术突破与创新阶段：近年及短期未来，一些城市开始展开城市空中交通试点项目，推动eVTOL的商业应用。这些试点项目旨在验证eVTOL飞行器在城市交通中的可行性和效益，以及相关基础设施和运营模式的可行性。
  

自此，eVTOL成为了AAM的主要服务飞行器构型。

eVTOL应用场景展望
据NASA（美国国家航空航天局）定义，AAM主要指专注于城市区域内或城际的中短途运输（距离200公里以内），主要在高度1000米以下的低空或超低空空域运行，飞行器中驾乘人员在5人以下，城市内飞行采用电池供电，进行客运或货运服务的空中交通工具系统。
基于AAM的延展，eVTOL未来潜在应用涉及城市客运 (UAM) 、区域客运 (RAM) 、货运、低空旅游、城市管理、警务安防、国防军事、紧急医疗服务等多种场景模式。


具体来看，对于中国为代表的世界众多的发展中国家的角度而言，城市化依然在进程之中，城市化率和城市人口数量依然在不断攀升，据联合国估计，到2050年，将有70%～80%的世界人口被城市化，不断涌入城市的人口会给已经接近饱和的城市地面及地下交通网络带来持续加重的交通压力。
目前，大型城市的交通拥堵已经成为一个全球性的难题，它带来了时间浪费、能源消耗、环境污染和影响人类健康等方面的负面后果。据《2022年度中国城市交通报告》显示，2022年平均通勤耗时排行榜中，北京平均单程通勤时间需要40分钟，重庆、天津、广州、成都等城市平均单程通勤时间都在36分钟以上。对此，中国科学院自动化研究所副研究员吕宜生也曾公开表示：每年我国因交通拥堵带来的经济损失占城市人口可支配收入的20％，相当于每年GDP损失5－8％。
此外，交通工具的尾气中含有150～200种不同的化合物，其中对人危害最大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅的化合物及碳的颗粒物，汽车所造成的空气污染占整个城市空气污染的60％～90％。
最后，每一次交通工具的变革都会带来城市规模和样貌的变化。以北京为例，在步行以及马车为主的时代，北京作为超大城市的代表，城市面积与现今二环内相近；随着道路交通的发展，城市一层层向外扩张，形成了如今的三环、四环、五环甚至六环的城市格局；后续随着我国城际轨道交通以及高铁的发展，有不少在北京工作的职工选择居住在河北、天津、甚至山东的部分地区，高铁沿线也建立起了一座座“睡城”，城市格局再次变化，成为我们现在所说的京津冀城市群概念。后续，随着eVTOL的成熟和发展，当其成为人们日常通勤的一部分时，可以预见的，会再次塑造我们的城市形态，eVTOL也会随着城市形态的改变进一步融入每个人的日常生活之中。



综上，在全球城市化大趋势的背景下，如何制定更高效、更环保、更具备可持续性的交通运输解决方案是全球政府、产业界和科技界面临的挑战，而这一挑战对于eVTOL行业而言是重要的机遇所在。

eVTOL技术路线细分
按构型区分，目前eVTOL可分为多旋翼、复合翼、倾转旋翼、倾转机翼等几种主流类型：
多旋翼：多旋翼是依靠多个旋翼产生的升力来抵抗飞行器的重力，通过改变每个旋翼的转速来控制飞行器的平稳和姿态。多旋翼飞行器可以很容易产生统一方向的气流推送，因此具备优秀的VOTL能力与定点悬停能力。同时对称的旋翼布局使得其操控简单直接，姿态调整时只需成对改变旋翼转速，就可提供非常“直接”的姿态力矩。典型代表包括Volocopter VoloCity、亿航184/216。不过，当前的多旋翼飞行器载重小、速度低，能耗高，飞行范围基本只有35-65千米，难以适应UAM领域需求。
复合翼（垂/巡独立）：通过独立的螺旋桨分别提供升力和巡航推力，机型的设计以及飞控系统的搭建相对较为直接简单。具备较快的研制速度，较低的研制风险，较简单的适航取证过程等优势，典型代表包括巴航工业EVE、峰飞V1500M盛世龙。但是，垂巡独立的电机设计也给垂直起降和水平巡航这两个过程都带来了较多的“死重”，飞行器的运行效率及载重能力也因此打了折扣。
倾转旋翼：倾转旋翼可以具体分为全倾转构型和半倾转构型，具备倾转机构的旋翼可以在垂直位置和水平位置之间相互转换。这种飞行器兼具直升机垂直/短距起降和固定翼飞机高速巡航的优点。倾转旋翼以倾转作动与过渡飞行控制为代表的部分技术相对复杂，全倾转布局对动力系统硬件可靠性要求极高。在全电传飞控与分布式电驱动时代，传统谈及如V-22这样的燃油动力倾转旋翼机技术难度时的复杂动力装置、复杂传动同步、复杂不统一控制控制等典型技术难关将不复存在。总体上而言，倾转动力是突破技术难度可控，突破后收益明显的一种eVTOL布局形式，同时也是目前多数eVTOL主机企业的选择。全倾转旋翼的典型代表为Joby S4，半倾转的典型代表包括沃飞长空AE200、Archer Maker、Vertical VA-X4。
倾转机翼/矢量涵道飞行器：将旋翼/涵道风扇与可实现整体的倾转的机翼融为一体，通过调节旋翼/电动涡扇的输出配合机翼整体倾转角度来实现飞行姿态的调整和动作的完成。值得一提的是，矢量涵道方案可实现较好的动力系统可靠性和噪声控制，消除了开放性螺旋桨在安全方面的隐患。但倾转机翼/矢量涵道方案整体上来讲研发难度较大，目前看起来各厂商都处于比较早期的阶段，机型的成熟度低于其他构型。典型代表Lilium Jet（矢量涵道）、磐拓航空（倾转机翼）、倍飞智航。



总体来看，多旋翼是目前eVTOL航空器较为社会广泛熟知的构型，亿航的多旋翼无人机EH216-S也在2023年10月成为了世界首架获得型号合格证（TC）的eVTOL，但受限于多旋翼构型的先天劣势，未来，随着长距离运输需求的增长，航程更远、巡航速度更快的复合翼和倾转翼构型必将成为eVTOL航空器发展的方向。


PART 03

eVTOL行业发展概况

eVTOL市场规模
据罗兰贝格预测，到2050年全球eVTOL数量达16万架，运营商收入达900亿美元，其中50%来自机场往返。与此同时，据摩根斯坦利预测，到2040年，UAM市场总规模达到1万亿美元 (保守) ~1.47万亿美元 (乐观)；到2050年，UAM市场总规模达到9万亿美元。同时，2040年之后，中美将各自成为最大的单体市场，份额相当。


从目前全球技术和市场发展趋势来看，北美或在短期内成为 eVTOL飞行器市场增长最快的，亚太地区、欧洲和中东也正在紧追北美市场。此外，考虑到eVTOL飞行器市场规模和空间巨大，伴随着eVTOL的发展，电动机、电池、电源管理、电传飞控、轻型复合材料结构等关键技术也将得到快速发展。

eVTOL在全球进展

美国方面。2020年12月，FAA通过了Volocopter公司的同步适航审定申请，同月，美国空军技术创新中心（AFWERX）通过敏捷至上计划完成了Joby S4 eVTOL（四座）的适航报告评估，同意其2021年初进行首飞。2022年5月，美国联邦航空局（FAA）宣布调整适用于eVTOL的适航审定政策，将eVTOL的归属类别从23部的小型飞机变更为21.17（b）的“特别类别”，标志着eVTOL适航程序的加速。

市场方面，Joby、Archer目前正在试飞取证的过程之中，EVE、Overair、Supernal也分别计划25-28年取证。整体来看，尽管适用政策已调整且相关政策有待于完善，美国eVTOL行业仍计划于2024-2025年启动商业运营。

欧洲方面。2019年7月EASA颁布SC-VTOL法规，为世界监管部门颁布的第一个专注于eVTOL领域的法规。2020年5月公布eVTOL适航认证的拟议符合性评审方法（MOCs）；2021年6月发布了第二版MOCs，不断拓展和细化相关要求，为新型飞行器建立更加适用的全新监管框架。

具体到欧洲主要科技大国，其中，德国初创公司Volocopter是目前唯一一家获得EASA设计和生产许可的eVTOL开发商，也将是首个通过EASA型号合格审定的公司。截至2023年8月，EASA已完成垂直起降飞行器机场设计规范、eVTOL拟议运营框架等政策制定。

今年6月，巴黎航展现场Volocopter公司和巴黎机场集团（ADP）以及法国民航局和巴黎大区（DGAC）确认，巴黎将借助2024年夏季奥运会的机会成为欧洲第一，也可能是世界上第一个提供eVTOL服务的城市，总共规划5条航线，包含有3条载人航线和2条观光航线。预计2025年后，欧洲第二波eVTOL开发商将进入市场，包括空客CityAirbus NextGen，以及法国初创公司Ascendance Flight Technologies和瑞士DufourAerospace。

日本方面。日本人口及大都会区的城市形态致使eVTOL可能在日本有很大的潜在市场机会，因而日本车企丰田、铃木，航空公司日本航空、全日空皆在eVTOL领域加紧布局。同时，日本内阁第四十次“未来投资会议”通过了日本《增长战略跟进计划》，首次在国家层面列示了无人飞行器及“飞行汽车”的战略规划，从2020年开始开发飞行汽车操作安全标准等系统，2022年后，在特定空域实现飞行器物流服务，2023年开始试行eVTOL飞行器业务。此外，日本计划在2025年大阪世博会引入eVTOL运营固定航线的接驳。

韩国方面。2023年1月7日，美国联邦航空管理局（FAA）宣布，FAA与韩国民航局（KOCA）已就未来先进空中交通（AAM）飞机的开发和运营达成合作，共同促进先进空中交通项目的安全监督。其中，韩国车企现代旗下Supernal目前正在FAA取证过程之中。


中国方面。中国政府高度重视 2017年5月，科技部和交通运输部联合发布的《“十三五”交通领域科技创新专项规划》中指出，“十三五”期间交通领域科技创新的两大发展重点首先就是新构型新能源通用飞机技术。

《规划》要求，开展高效绿色轻型多用途通用飞机总体综合设计及系列化、模块化设计技术，通用飞机新概念布局设计技术研究，研究新能源电动飞机电推进系统技术，通用飞机轻质、高效整体化结构设计与制造技术，研制新能源电动飞机和先进通用航空轻型飞机，提升高效绿色轻型多用途通用飞机型号研发水平，发展我国通用航空战略新兴产业。同时，新概念新布局无人运输机及现有机型无人化技术，包括针对翼身融合布局/支撑翼布局等新构型与燃料电池、氢燃料、混合动力等新能源无人运输机概念方案。

2019年1月21日，习总书记发表重要讲话，要围绕无人飞行器、服务机器人、自动驾驶、人工智能等领域加快推进相关立法工作。此后，民航局先后发布了与eVTOL飞行器相关的重要文件，包括《基于运行风险的无人机适航审定的指导意见》和《特定类无人机试运行管理规程（暂行）》，从政策上为eVTOL型航空器的适航和运行建立了框架，eVTOL机型已经可以依照这两个文件在我国开展试运行。

与此同时，包括沃飞长空、沃兰特等一批中国eVTOL生产商都在适航取证的过程之中，我国eVTOL行业后续发展动力强劲。



此外，中东地区成为eVTOL的重要参与者。2023年3月，阿联酋副总统、总理兼迪拜酋长穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆（Sheikha Mohammed bin Rashid Al Maktoum）表示，迪拜官方已经批准了新空中出租车站的方案，将在三年内开始运营，最初的垂直起落站网络将连接迪拜的四个主要区域：迪拜市中心（哈利法塔地区）、迪拜码头、迪拜国际机场和朱美拉棕榈岛——最初的模型设计由Skyports Infrastructure、迪拜道路和交通管理局(RTA)、Joby共同完成。

eVTOL市场进展

eVTOL产业链上下游环节众多，大致包括上游的核心部件（桨扇、电机、电源、航电和其他设备、材料）。电池方面，主要包括宁德时代、瑟福、海盈、格瑞普、富力、孚能科技等企业；动力系统国内企业有T-Motor（三瑞智能）、国外企业有 Pipistrel、赛峰、罗罗等巨头；飞控系统目前仍以军工单位、研究所及高校等传统供应商为主，如中航工业 618 所、北航、南航等，但也有部分民企如边界智控、安胜等开始涉足；通信方面，华为、中兴等通信巨头正积极与合作伙伴尝试研发。

中游的是主机厂（负责飞机设计、系统集成、机体制造），上、中游一同完成适航取证工作。下游包括运营商、空管、Veriport提供商、MRO和销售等。整体而言，产业链整体涉及航空航天企业、汽车制造商、电池制造商、通讯厂商、政府和军方等众多方面。

数据显示，全球范围内处于开发中的eVTOL项目已超过200项，除了政府、军方以及学术界的广泛关注外，航空航天企业、汽车行业、运输行业等都在进行eVTOL研究。

传统航空业的重量级玩家如波音、空客、巴航工业、中航工业、中国商飞；航空公司如美联航、全日空；汽车主机厂商如吉利、现代、大众；科技公司如英伟达、英特尔、腾讯；科研机构如德宇航、西工大，目前我们也在看到越来越多的参与者加入该行业，市场竞争激烈。尤其是2021-2022这两年，eVTOL产业出现重要拐点，大多公司已竞相开发和推出自己的eVTOL飞行器，并取得了适航证，以争夺市场份额和技术领先地位。



目前，国内公司成立时间普遍比国外厂商晚4-5年，在设计形态、技术及团队经验上有较大的差异化，且在募资规模与公司体量上整体不及国外厂商。此外，从创业公司背景来看，主要可以分为院校科研团队创业、汽车主机厂商业务拓展、航空产业从业者创业等不同类型，在众多eVTOL初创企业中，值得注意的是，沃飞长空综合了以上三种不同类型eVTOL主机厂商团队的特点及优势。

资本市场端，国内外eVTOL领域的独角兽公司普遍集中于中、美和欧洲，其中上市公司有6家，分别是Lilium Aviation（德）、Joby Aviation（美）、Archer Aviation（美）、Vertical Aerospace（英）、Eve Holding（巴西），亿航（中）。





PART 03

投资案例：沃飞长空
沃飞长空（AEROFUGIA）于2020年9月成立，是吉利集团旗下的航空产业载体，其核心研发团队均来自国内知名航空航天科研院所。作为国内eVTOL行业的关键选手，沃飞长空通过“自研+引进”的产品布局，展现了未来出行的新方式。沃飞长空自主研发的5-6座eVTOL飞行器AE200采用半倾转动力设计和分布式电推进技术,进一步加强了eVTOL整体的综合性能与安全性，正常巡航时噪音仅为45db，低于城市背景音，具有安全、环保、舒适、经济等诸多优点，适用于未来城际间的多样化出行。
沃飞长空同时与UAM领域全球头部企业德国Volocopter于中国成立合资公司沃珑空泰，推动Volocopter相关产品于中国应用落地。其中VoloCity轻型飞行汽车则具备高安全性等级，在欧洲适航进度领先，能够服务市域短途通勤与低空观光环飞，从而形成了沃飞长空“远程+近程”的全场景城市低空出行产品解决方案覆盖，助力低空交通领域的多元发展。



适航审定方面，2022年11月23日，沃飞长空AE200正式获得型号合格证（TC）申请的受理，是国内目前最大级别的eVTOL适航审定，适航进程相对较快。
2023年7月26日，沃飞长空与华控旗下国内领先的公务航空企业-华龙航空签署战略协议，沃飞长空作为华龙航空核心电动垂直起降飞行器(eVTOL) 提供商，签署了首批100架AE200采购协议，这是电动垂直起降飞行器（eVTOL）与公务航空领域的首次创新联合，可完成未来市区到郊区、机场之间的高效公务航空，自此开启了公务航空的eVTOL时代。
12月1日，中国民用航空局发布《关于就沃飞长空AE200-100型电动垂直起降航空器型号合格审定项目专用条件征求意见的通知》，表明该型eVTOL（电动垂直起降飞行器）适航审定工作的审定基础已初步具备，向着获得型号合格证的方向稳健前行。
长远来看，出身航空正规军的团队辅以吉利集团批量化经验和资源能力，沃飞长空有望在高速前行的eVTOL浪潮之中立于潮头，引领行业发展。



PART 04

eVTOL行业未来展望

尽管全球eVTOL领域资本市场火热，行业内公司不断获得大额订单，且亿航已经拿到了型号合格证，但eVTOL产业发展仍面临诸多挑战。

技术层面来看，eVTOL存在短期内无法降低服务成本；高频次、高密度的服务需要强大的空管系统支撑；涉及噪声、安防以及天气领域存在挑战等难题。

非技术层面来看，eVTOL存在与现有交通方式存在竞争关系；需通过适航当局的认证以扫除市场运营的法规障碍；需要有包含多个起降点的网络以及空中交通管理、充电和停放飞机等资源协调等发展问题。



我们认为，目前的行业爆发会极大促进公众的认知以及政策的制定和出台，主机厂商会经过一场快速的大浪淘沙，到2028年左右，会有部分厂商部分机型脱颖而出，在部分城市进行有限制的自动飞行（驾驶员作为安全员在席），并实现小范围的商用拓展（景区观光、应急场景等）。之后行业稳步发展，至2040年，eVTOL行业会呈现较高的成熟度，eVTOL也将在全球主要大中型城市实现商用落地。

未来，eVTOL飞行器的发展以“可接受、差异化的价格，为时间和效率付费”为核心竞争目标，包括初期（10年内）：机场和市区往返·商务人士·机票附赠；中期（5-20年）：大中城市·高收入群体·￥100~150/10-20Km；远期（20年后）：发达地区·人民群众·￥50~80/10-20Km 等发展阶段。



截至目前，中科创星在eVTOL及相关产业链已做了一定的布局，包括上游主机厂商（沃飞长空、倍飞智航）、动力电池领域（卫蓝新能源、恩力动力）、航空复材（安泰复材）、导航系统（隼眼科技）等。

未来30年，全球将进入先进空中交通（AAM）时代，eVTOL将会成为人类城市生活的一部分，并将重塑城市、城郊和城镇的形态，极大扩展人们的生活和生产活动的空间。

不过，正如历史上的每一次技术变革，eVTOL的发展也不会是一蹴而就的，但我们相信目前底层技术都已就位，秉持航空的严谨性，一个问题一个问题的解决，啃硬骨头，未来空间便是星辰大海。

参考资料：

1、eVTOL行业研究报告，中科创星

2、eVTOL飞行器的发展态势与应用场景综述，张洪

3、eVTOL，跨越地与天的界限，中银证券

4、我们离飞行汽车还有多远，国泰君安

5、中国城市空中交通报告，头豹研究院

6、eVTOL/UrbanAir Mobility TAM Update: A Slow Take-Off,But Sky's the Limit，Morgan Stanley

7、eVTOLPassenger Acceptance，NASA

8、Are AirTaxis Ready For Prime Time？，Lufthansa Technik

9、AAM EcosystemAircraft Working Group Series，NASA

10、AAM，NAS

11、Mappingthe Advanced Air Mobility ecosystem，Osinto

中科创星

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