注：原文為中郵證券《低空經(jīng)濟專題之三：eVTOL詳細拆解》，分析師：鮑學(xué)博、馬強

低空經(jīng)濟的熱潮還在升溫，隨著各地政策的不斷出臺，eVTOL正逐步邁向商業(yè)運營。

與此同時，eVTOL的創(chuàng)業(yè)項目不斷增多，但由于整個行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈較長，eVTOL的研發(fā)、量產(chǎn)都需要一個漫長的周期。

在名為《低空經(jīng)濟專題之三：eVTOL詳細拆解》的行業(yè)深度報告里，分析師詳細介紹了eVTOL的核心組成部分。

以下為研報內(nèi)容節(jié)選：

1、eVTOL迎來研制熱潮，多型飛行器有望量產(chǎn)

電動垂直起降飛行器（ElectricVerticalTakeoffandLanding，eVTOL）區(qū)別于常規(guī)飛機的主要技術(shù)特點，包括可以實現(xiàn)垂直起降、采用分布式電力推進以及運用全電/混合動力技術(shù)。

得益于電動機、電池和自動化技術(shù)的發(fā)展，與常規(guī)直升機相比，eVTOL更加低碳環(huán)保、噪聲更低、自動化等級更高，并由此產(chǎn)生了運行成本低、安全性和可靠性高的優(yōu)勢。

隨著城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）的興起，引起了eVTOL的研制熱潮。

根據(jù)航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，2009年-2016年，全球僅數(shù)家eVTOL企業(yè)，自2017年之后，陸續(xù)有40余家企業(yè)進入eVTOL行業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，目前全球已有百余家eVTOL企業(yè)。

從eVTOL企業(yè)的地理分布上可以看到，eVTOL企業(yè)大部分集中在中國、美國、歐洲等的沿海城市，呈現(xiàn)出中國企業(yè)數(shù)量多，歐美企業(yè)融資額度大的特點。

從融資規(guī)模看，根據(jù)航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)2024年2月6日的報告數(shù)據(jù)，eVTOL行業(yè)累計融資規(guī)模超過110億美元，其中，81%的融資額由前10的企業(yè)擁有。大部分融資資金由頭部少數(shù)企業(yè)擁有。Joby、Archer、Lilium融資規(guī)?？壳埃_到10億美元以上。

展望未來，eVTOL主機企業(yè)數(shù)量或先增后減，未來市場或向頭部集中。

2、eVTOL產(chǎn)業(yè)鏈：整機包含六大子系統(tǒng)

eVTOL產(chǎn)業(yè)鏈較長，主機廠主要承擔(dān)的是整機研發(fā)和集成的任務(wù)。其核心子系統(tǒng)主要包括機體、綜合航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)六大類。

根據(jù)Lilium給出其eVTOL成本占比，推進系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和內(nèi)飾、航電和飛控占主要成本。

對比同樣采用電池作為能源、采用電機作為動力的純電動汽車，和同樣需要滿足適航的大飛機的成本構(gòu)成，可以看到不論是新能源車、大飛機還是eVTOL，動力系統(tǒng)是核心子系統(tǒng)之一，能源系統(tǒng)在電池動力中成本占比較大，航空器中航電、飛控等系統(tǒng)成本占比較大。

1、機體：主要采用碳纖維復(fù)材，低成本高效率的熱塑性復(fù)材或為趨勢

碳纖維復(fù)合材料是以樹脂、陶瓷、金屬等為基體，以碳纖維為增強體，復(fù)合而成的結(jié)構(gòu)材料，是目前世界上最先進的復(fù)合材料之一，因其具有質(zhì)輕、高強、耐腐、耐高溫等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在新能源、航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。

其中，碳纖維復(fù)合材料以樹脂基碳纖維復(fù)合材料為主。航空航天和風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域為樹脂基碳纖維復(fù)合材料最大需求端，需求占比達50%。在航空航天領(lǐng)域，樹脂基碳纖維復(fù)合材料常用于制造民用飛機發(fā)動機罩、副翼、阻力板以及艙門等，能夠達到減重效果。

eVTOL作為新興的交通出行載體，對飛行器的結(jié)構(gòu)重量有著嚴苛的要求。

現(xiàn)今市面上能看到的所有eVTOL企業(yè)，幾乎無一例外的使用復(fù)合材料作為主要的機體結(jié)構(gòu)，占比達到70%以上。其中，超過90%的復(fù)材為碳纖維復(fù)材，約10%的復(fù)材以保護膜的形式使用玻璃纖維增強。

研究機構(gòu)Stratview報告顯示，在幾乎所有飛行汽車項目中，約75%-80%的復(fù)合材料用于結(jié)構(gòu)部件和推進系統(tǒng)；其次是內(nèi)部應(yīng)用，包括橫梁、座椅結(jié)構(gòu)等，占12%-14%；電池系統(tǒng)、航空電子設(shè)備和其他小型應(yīng)用占剩余的8-12％。

在eVTOL材料需求牽引下，低成本、高效率、規(guī)?；圃焓翘祭w維復(fù)合材料的重要趨勢，熱塑性碳纖維復(fù)合材料前景廣闊。

目前熱固性復(fù)合材料在行業(yè)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，與傳統(tǒng)熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料成型周期短、化學(xué)成分毒性小，且具有高韌性、高抗沖和損傷容限、預(yù)浸料存儲期長、量產(chǎn)能力強等優(yōu)點。

熱塑性碳纖維復(fù)合材料結(jié)合了碳纖維和熱塑性樹脂的性能優(yōu)點，且成型后不發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，能夠二次熔化和再成型，便于材料的回收及循環(huán)利用，解決了熱固性碳纖維復(fù)合材料使用期滿后的處理問題。

2、動力和能源系統(tǒng)：采用分布式電推進，能源系統(tǒng)以純電為主

eVTOL主要采用分布式電力推進技術(shù)（DEP）。分布式電推進飛機是隨著電動飛機發(fā)展而產(chǎn)生的，由電機驅(qū)動分布在機翼或者機身上的多個螺旋槳或風(fēng)扇構(gòu)成推進系統(tǒng)為飛機提供推力。DEP飛機利用推進-氣動耦合效應(yīng)，大幅改善飛機空氣動力特性，減小機翼面積，從而降低飛機結(jié)構(gòu)重量。多推進器的冗余能力為飛機提供更可靠的推力保障。

電推進技術(shù)采用電能作為動力系統(tǒng)的部分或全部能源，包括油電混合動力、電池、燃料電池等，通過電機驅(qū)動升力和推進裝置來提供飛行器所需的部分或全部動力，并通過頂層能量管理全面優(yōu)化能量利用效率，有效降低飛行噪聲和污染物排放。

同時，電動力系統(tǒng)的功率特性對大氣壓力較弱的敏感性可顯著增強動力系統(tǒng)的高原適應(yīng)性，使電動垂直起降飛行器展現(xiàn)出較高的高原適用潛力。

目前，國內(nèi)外eVTOL主要采用純電動力。從在研項目看，對于短航程、垂直起降的航空器，采用純電動的方案占主要份額?？紤]到飛機續(xù)航能力需求，UAM市場對混合動力系統(tǒng)存在一定需求。

相比新能源車電池，eVTOL要求電池具有更高的能量密度。當(dāng)前電池單體電芯的能量密度最高水平在300Wh/kg左右，電池包能量密度約220Wh/kg，遠低于航空燃油的比能量。

由于電池的技術(shù)限制了飛行器的航程，因此，航空業(yè)對動力電池單元能量密度提出了明顯高于電動汽車能量密度的要求（近期＞300Wh/kg，遠期目標(biāo)＞500Wh/kg）。

此外，eVTOL獨特的運行剖面和任務(wù)循環(huán)以及苛刻的運行環(huán)境對鋰離子電池系統(tǒng)提出了更高的要求，為了應(yīng)對緊急迫降需求，要在低電量狀態(tài)下（如20%SOC）依然保有高功率放電能力；為了滿足空中出租業(yè)務(wù)等頻繁使用場景，目前行業(yè)普遍需求在少于15分鐘內(nèi)充電至80%。

目前采用三元鋰電，未來可能采用固態(tài)、半固態(tài)、金屬電池等。

當(dāng)前主流化學(xué)體系鋰離子電池中，三元NCA電芯具有最佳的能量和功率性能，但成本較高、安全性較低；LFP（LiFePO4）電芯具有最高的安全性，但能量密度只有三元NCA和NCM電芯的一半；相比之下三元NCM電芯綜合性能最佳，因此三元NCM電池為當(dāng)前eVTOL使用最廣泛的電池。

3、航電系統(tǒng)：飛機的中樞神經(jīng)系統(tǒng)

1）綜合航電系統(tǒng)

航空電子系統(tǒng)（Avionics），簡稱航電系統(tǒng)，是飛機上所有電子設(shè)備的總和，常被形象地稱之為飛機的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。航電系統(tǒng)作為現(xiàn)代飛機的重要組成部分，其設(shè)計水平直接影響飛機的安全性和可靠性，同時也影響飛機的經(jīng)濟性和舒適性。

航電系統(tǒng)一般分為傳感器系統(tǒng)（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)計算機、雷達、各種無線電導(dǎo)航接收機等）、控制系統(tǒng)（飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)等），以及作為人-機接口的綜合電子顯示系統(tǒng)。航空電子系統(tǒng)的主要功能包括飛行控制、通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、顯示等。

不同類型的飛機根據(jù)其任務(wù)使命和應(yīng)用環(huán)境不同，其航電系統(tǒng)的組成、功能和配置有一定區(qū)別?？傮w上看，航電系統(tǒng)主要功能是在飛機運行過程中，根據(jù)任務(wù)需要和環(huán)境特點，完成信息采集、任務(wù)管理、導(dǎo)航引導(dǎo)等基本飛行過程，為飛行機組提供基本的人機接口，保障飛機安全、可靠的完成相關(guān)任務(wù)。

通常而言，軍民用飛機通用的航空電子系統(tǒng)主要包括：核心處理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)、機載維護系統(tǒng)。

基于飛機使用需求，通用飛機航電系統(tǒng)還可以擴展自動駕駛、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）、基于數(shù)據(jù)鏈的氣象/交通監(jiān)視、合成視景、無線電高度表、自動定向機、測距器、防撞告警系統(tǒng)（TCAS）、地形提示告警系統(tǒng)（TAWS）等功能。

在eVTOL行業(yè)，全球主流機載航電公司基本都和相關(guān)eVTOL主機廠達成合作。

2）飛控系統(tǒng)

飛行控制系統(tǒng)簡稱飛控系統(tǒng)，可以根據(jù)飛行員的操縱指令、飛機飛行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，控制飛機機翼、舵面等，實現(xiàn)飛機穩(wěn)定飛行和精確機動。目前，小型無人機的飛控系統(tǒng)和民航飛機及軍用大型無人機的飛控系統(tǒng)均有成熟的解決方案。

飛控系統(tǒng)是eVTOL最核心的子系統(tǒng)之一，技術(shù)難度較大。eVTOL主要依賴飛控系統(tǒng)實現(xiàn)飛行器的感知、控制和決策。

eVTOL的飛行控制技術(shù)相比小型無人機或民航飛機更加復(fù)雜，需要解決基于多旋翼垂直起降、基于常規(guī)固定翼水平飛行以及垂直-水平兩種飛行模態(tài)的平穩(wěn)切換等技術(shù)難題，并且平衡好eVTOL市場化過程中對飛控系統(tǒng)產(chǎn)生的輕量化、經(jīng)濟性、適航等現(xiàn)實需求。

目前的電傳操縱系統(tǒng)主要應(yīng)用于民航客機上，但是eVTOL機型的最大起飛重量多為一兩噸，在整機重量、體積小得多的情況下，再加上旋翼類飛機是靜不穩(wěn)定的，必須在本就小巧的機身上加配飛控計算機和IMU等傳感器，對飛控系統(tǒng)的體積和重量提出了更苛刻的要求。

eVTOL對飛控系統(tǒng)有低成本要求。eVTOL與傳統(tǒng)民航客機有著明顯不同的使用場景，作為一種新型的中短途空中交通工具，更側(cè)重于在城市客運(UAM)、區(qū)域客運(RAM)、貨運、個人飛行器、緊急醫(yī)療服務(wù)等非長距離場景的應(yīng)用。在追求高效率的同時，還需要做到可以面向大眾市場的低成本。

與民航客機動輒幾百萬美金的飛控系統(tǒng)預(yù)算不同，eVTOL的飛控系統(tǒng)提供商需要讓產(chǎn)品和服務(wù)匹配eVTOL的成本結(jié)構(gòu)。

小型的電子零部件甚至車規(guī)級部件的使用、更先進的仿真系統(tǒng)、MBD（ModelBasedDesign）等新技術(shù)及工具的引進使得更低成本的飛控系統(tǒng)成為可能。

適航要求飛控系統(tǒng)需要具有高可靠性。適航要求eVTOL主機廠必須選擇可適航的高可靠性的飛控系統(tǒng)。

3）導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)是飛行器核心子系統(tǒng)之一，不僅為飛行器提供姿態(tài)、方位、速度和位置的信息，還提供飛行器的加速度和角速率，用于飛機的正確操縱和控制。

導(dǎo)航系統(tǒng)的最關(guān)鍵的指標(biāo)是精度和可靠性，這兩個指標(biāo)的提升一般有個途徑：

采用更高級別的傳感器，提升傳感器的精度和可靠性；

采用組合導(dǎo)航，組合多種不同工作原理的傳感器，形成一套可靠性和精度都遠高于單一傳感器的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

目前eVTOL主流方式，是采用MEMS傳感器、GNSS等，通過數(shù)據(jù)融合算法提升性能和魯棒性以滿足飛機對于導(dǎo)航系統(tǒng)的要求，eVTOL導(dǎo)航系統(tǒng)有低成本要求，體積、重量、功耗等限制下技術(shù)難度較高。傳統(tǒng)航空產(chǎn)業(yè)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)過于昂貴，動輒上百萬的價格無法滿足eVTOL成本結(jié)構(gòu)的需求。

同時，eVTOL飛機空間和電量有限，對組合導(dǎo)航系統(tǒng)的體積和功耗要求比傳統(tǒng)民航高。低沉本要求和體積、重量、功耗等限制下，開發(fā)適合eVTOL的組合導(dǎo)航技術(shù)難度較高。

此外，eVTOL飛行空域較民航客機更加復(fù)雜，有更多干擾因素，機隊規(guī)模和密度也會大幅度提升，對單機智能化提出了更高要求。

4）通信系統(tǒng)

在民航飛機中，航空空地通信系統(tǒng)按服務(wù)對象的不同，可分為駕駛艙通信系統(tǒng)、客艙通信系統(tǒng)；按通信體制不同，可分為基于衛(wèi)星中繼模式的空地通信系統(tǒng)、基于ATG地面基站模式的空地通信系統(tǒng)。

低時延、高穩(wěn)定的通訊鏈路是保障eVTOL航空器在復(fù)雜城市低空環(huán)境下安全運行的有效前提條件。相比較甚高頻通信系統(tǒng)（VHF）、衛(wèi)星通信等傳統(tǒng)航空通信方式，地面移動通信中的5G毫米波蜂窩數(shù)據(jù)鏈路在低成本、高可靠、廣覆蓋等方面具備突出優(yōu)勢。eVTOL在低空空域飛行，更適合于基于5G/5G-A地面通信基站的通信模式。

未來，隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，地面基站與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可協(xié)同滿足eVTOL對通信的需求。

5）大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)

飛行器大氣數(shù)據(jù)傳感技術(shù)是用于測量表征飛行器運動與來流空氣相互關(guān)系的，包括飛行器運動時所處的靜態(tài)大氣壓力（靜壓）、來流沖擊壓力（總壓），所處環(huán)境的大氣溫度，機體與氣流之間的夾角（攻角、側(cè)滑角）等。飛行器的速度和壓力高度等關(guān)鍵飛行參數(shù)依賴于這些壓力測量，因此，大氣數(shù)據(jù)必須要準確可靠。

6）健康和使用監(jiān)測系統(tǒng)

健康和使用監(jiān)測系統(tǒng)（HUMS）是一個集機載航空電子設(shè)備、直升機故障診斷與預(yù)測算法、地面維護支持與管理于一體的系統(tǒng)。

HUMS在直升機中用于監(jiān)測軸承和其他關(guān)鍵部件的狀況，通過提供故障預(yù)警，允許操作員在其他計劃維護活動期間主動更換組件，從而提高安全性并減少停機時間，其主要由機載設(shè)備和地面配套設(shè)備兩部分組成。

HUMS系統(tǒng)主要功能包括：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能、旋翼錐體動平衡及機身振動監(jiān)測功能、傳動系統(tǒng)振動健康監(jiān)測功能、發(fā)動機健康監(jiān)測功能、使用監(jiān)測功能、超限告警功能、記錄直升機規(guī)定的各類超限告警信息以及實時數(shù)據(jù)傳輸功能等。

7）感知和避撞系統(tǒng)

飛行器在城市環(huán)境中飛行時，一些高層樓宇和建筑物將不可避免的對飛行過程產(chǎn)生影響，需要考慮城市低空域復(fù)雜場景下的飛行安全問題。

eVTOL可以載人飛行，在系統(tǒng)設(shè)計上需要考慮乘客安全，除了通過保障飛行器結(jié)構(gòu)的可靠性外，飛行器是否具備避障功能也是決定安全性的關(guān)鍵因素。

8）其他機載系統(tǒng)或設(shè)備

緊急定位發(fā)射器：緊急定位發(fā)射器（EnergencyLocatorTransmitter，ELT）用于飛機遇險后發(fā)射搜救信號,幫助搜救人員確定事故位置并展開針對性的救援。

無線高度計：無線電高度計（RadioAltimeters）輸出的高度數(shù)據(jù)是飛行中的重要參數(shù)之一，該數(shù)據(jù)用于著陸飛行階段。

3、eVTOL配套商：傳統(tǒng)航空頭部供應(yīng)商先發(fā)優(yōu)勢顯著

載人飛行器具有嚴格的適航審定要求，傳統(tǒng)航空頭部供應(yīng)商擁有豐富的經(jīng)驗積累和適航取證經(jīng)驗，先發(fā)優(yōu)勢顯著。

國外eVTOL主機廠如Lilium、Vertical、Eve等多與傳統(tǒng)航空頭部供應(yīng)商合作，以加快自身產(chǎn)品研發(fā)和適航取證。

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