300塊“打飛的”，跨城不用半小時—eVTOL出行如何又快又便宜？

導語

長期以來，跨過從深圳與珠海間的伶仃洋，需要靠2、3小時輪渡或者開車繞上一大圈。但在“低空經濟”熱度加持下，不久將來通過eVTOL，兩地通勤只需一趟外賣的時間、僅需不到300塊就能抵達對方市中心。

圖注：跨海跨城飛行的evtol 圖源：深圳特區報

一、eVTOL：低空經濟新勢力

“低空經濟”，是相對“高空經濟”而來的概念。它通常指通過飛行于1000m下空域的飛行器進行載貨或載人飛行、空中作業等活動。該概念的出現意味著一個雖小于汽車工業但遠比傳統航空工業廣闊的市場被發掘，也讓國內廣大民營企業，得以從長期被西方大廠把持的民航工業體系撬開一個缺口。而eVTOL，則是這片藍海中一塊重要版圖。

1.什么是eVTOL

eVTOL，是電動（e）和垂直起降（VTOL）的英文縮寫：前者表示動力來源——以電池代替了油箱、以電機代替了燃機；后者表示飛行狀態。eVTOL很容易被認為是直升機“換皮”： “垂直起降”與“直升”是高度相似概念,且和直升機有著類似特征：由旋翼為航空器提供升力。

不同的是，以旋翼數量論大部分直升機通常是單旋翼，而eVTOL為多旋翼構型。前者通過揮舞、擺振、扭轉旋翼維持升力平衡，既“變矩定速”，而后者則僅需調節不同旋翼的轉速以平衡扭力，即“定矩變速”。

與需變矩的直升機旋翼采用定矩旋翼的evtol旋翼結構要簡潔許多

隨著城市人口不斷增加、地面道路交通日益擁堵，2016年共享出行巨頭Uber乘勢推出城市空中出租車計劃，引發全球eVTOL浪潮：根據美國垂直飛行協會統計，2022年全球共48個國家347家企業從事eVTOL的研發，我國有21家，位列全球第三。2021年，國內僅6家企業獲得eVTOL融資，到2022年已超過10家——即有峰飛、御風未來、億航等eVTOL創業企業，亦有吉利、小鵬等乘用車廠商入局。目前這一勢頭依然強勁：2025年，國內8家頭部企業已在全球獲得3000+訂單，融資累計超15億美元。

圖源：央廣網

2.eVTOL構型有哪些

目前eVTOL按飛行原理大致分多旋翼、復合翼、傾轉旋翼型三類。傾轉旋翼型在航程、速度方面優勢最大，機械設計也最復雜、可靠性等方面仍有待克服，且在電能系統的束縛下航程、速度優勢難以充分發揮。因此已投產的eVTOL中以多旋翼、復合翼型為主流。

圖注：不同eVTOL比較

多旋翼型eVTOL原理類似傳統民用無人機，在設計構型上最成熟簡單、穩定性最高。如該構型的eh-216s即我國也是全球最早“三證（型號合格證、生產許可證、適航證）齊全”的eVTOL。但該構型因其旋翼阻力大、功率大部分用于維持升力，最大巡航速度通常僅有100+km/h，未與地面交通拉開質的差距；飛行包絡不及直升機,使飛行氣象條件受限；商載續航里程更僅有數十公里，僅相當于一臺插混汽車純電里程，目前應用場景主要局限于觀光游覽。

圖注：在東湖風景區試飛的eh-216s 圖源：長江日報

復合翼構型eVTOL則融合了固定翼和旋翼飛行器：升力&巡航分別由兩套動力系統執行，使電機&槳的調節頻率不必如普通多軸旋翼機那樣頻繁：在1h飛行任務中，升力旋翼工作時間不到1/3，更多功率專注于升力&巡航任務中；功率—載荷效率更加優異，如國內采用該構型已載客試飛的“盛世龍”、“ 御風M1”其巡航速度可達200+km/h，航程達250+km,超過同等級多旋翼類eVTOL近一倍。復合翼構型也成為包括我國在內全球大部分行業龍頭公司的迭代新選擇。

我國eVTOL廠商已試飛機型，巴西航空、波音旗下公司復合翼eVTOL

二、“科幻”還是“復古”：eVTOL的前世今生

eVTOL這種多旋翼構型的歷史甚至比（單旋翼）直升機更悠久——只是由于機械式操作系統無法有效控制飛行姿態、飛行可靠性難以保障而沉寂，當年條件下更易控制的單旋翼直升機大行其道。

早在1907年，人類即嘗試利用多旋翼以VTOL的方式飛離地面

但當“低空經濟”的飛行場景從郊外搬到市區，因安全性與維護性較差、噪音等污染較大等問題使其在城市內應用面臨多方掣肘；燃料、維護與人員配置等綜合運營成本高企業也讓直升機低空通勤的成本居高不下，僅100km-200km的城際航線票價即超過千元，傳統直升機愈難托起“低空經濟”的熱度。而電氣化技術的發展解決了多旋翼機過往的諸多難題，并以其低噪音、結構與維護簡單等優點讓這種“古老”設計在eVTOL上再度復興。

20世紀初部分復合翼—多旋翼機設計已具有部分現代eVTOL的構型特征

與以往的直升機相比 eVTOL有著先天優勢：省卻由發動機將化學能轉化為機械能、變速箱將動力分配給旋翼與尾槳這些二傳手，電池電能直接通過電纜輸送給無極變速的電機。加之旋翼定矩旋轉，力全作用于升力、不必像直升機旋翼不斷變矩以保持平衡，效率是內燃機動力的2倍以上。

圖注：eVTOL與傳統直升機傳動結構差異

換言之，eVTOL以遠低于直升機的軸上功率與轉速即可完成起降，降低了槳渦干擾帶來的氣動噪聲；電力推動更消除了燃機與變速箱帶來的機械噪音——在起降時的地面可感噪音由超過120db降低到65db，低空飛行時更低至45db（500m飛行高度以185km/h的速度飛越測量點上方）,僅相當于汽車在城市內道路胎噪，能在更多城市場景內穿梭。

圖注：eVTOL與直升機噪音差距明顯

除了運行更安靜，eVTOL的運營成本也顯著降低——能源綜合成本僅不到航空燃料的30%；又省卻了駕駛員培訓和執照管理成本以及對飛行器載荷的占用：諸如“盛世龍”、“御風M1”這類2噸級eVTOL僅此一項即能比同類起飛重量與載荷直升機降低約26%的運營費用。整套“組合拳”有望將深圳至珠海等類城際交通控制在現有直升機空中航線價格的1/6。

圖注：eVTOL與不同出行方式對比 圖源：中金公司研究部

三、從藍圖到現實，國內eVTOL技術面臨哪些攔路虎

新概念的eVTOL與電動汽車類似,其核心是電池、電機、電控三大件。因此也很容易被聯系為“電動汽車”上天。但投入運營在技術上不僅是將現有產品與技術放大或移植，想走入現實首先需克服“e”與“VTOL”的技術難題。

1.電從何處來？

從需求看，eVTOL采用的動力電池在高比能量、高倍率、高安全性等性能要求比電動汽車更高。目前電動乘用車的能量密度約在140-200wh/kg,足夠驅動車輛跑上數百公里，但這對航空器而言就遠遠不夠。除了讓eVTOL飛得遠，還要滿足起降等特殊場景下功率迅速上升的需求，得經受住瞬間充放電的考驗：充放電倍率需在5C以上，是電動車的3倍。

新能源汽車動力電池與eVTOL電池技術指標對比 圖源：新華網

得益于我國電車領域迅猛發展，讓國內外eVTOL都能找到成熟的電池供應商,使之不至于成為 “電動爹”。如eVTOL開山企業JOBY采用的國內正力新能供應的811NMC（鎳、錳、鈷）電池其能量密度提升到270wh/kg，在20%的低電量狀態下仍能以12C以上水平大倍率放電，讓充電更迅捷——僅15min即可充電80%，一波乘客下機、換乘、登機的功夫即能投入到下一班運營；孚能科技為國內部分eVTOL供應的鋰金屬電池能量密度高達285wh/kg，較乘用車電池提高了近一倍水平；而國內電池廠商的腳步不止于此，進一步研發了能量密度高達370-400wh/kg的半固態電池。這也成國產eVTOL能“旱地拔蔥”航程“破百”的關鍵因素之一。

圖注：新能源汽車動力電池與eVTOL電池技術指標對比 圖源：新華網

2.電往何處使？

無論哪種構型的eVTOL，都采用分布式電推進設計——由多個分布于機身或機翼上的電機驅動旋翼。想要實現“VTOL”，主要在于力與力矩如何被準確分配。多旋翼eVTOL的飛控相對簡單，通過多個定距螺旋槳以相反方向旋轉產生升力并抵消單個旋翼產生的扭力實現懸停飛行，靠不同螺旋槳轉速差以獲得水平方向加速度。這也是部分初創eVTOL企業選擇該類構型作為首發產品的因素之一。

圖注：evtol 螺旋槳尾流影響示意圖 圖源：邊界智控

復合翼構型eVTOL就麻煩許多：由于飛行狀態在旋翼模式、過渡模式、固定翼模式三種飛行構型切換，還需考慮多向力矩與滾轉、俯仰、偏航力矩，加之因不同旋翼與翼面的氣動耦合效應，需以每秒數百次以上精密調整動力與氣動面以保證飛行穩定。傳統飛控設計針對不斷轉換階段、不同速度段分別設計一套控制率，使整個開發工作巨大：三種模式六個力矩機制僅設計飛控的配平點就高達上百個。

圖注：飛控在復合翼evtol不同飛行階段的功能需求 圖源：邊界智控

高門檻使得全球完成復合翼轉換狀態飛行的eVTOL屈指可數，適用的飛控系統貨架產品更是稀缺。國產復合翼構型eVTOL想“趕上風口”，簡單的拿來主義顯然行不通。

圖注：霍尼韋爾用于evtol的電傳飛控模塊

為此，國內飛控廠商嘗試基于增量非線性動態逆(INDI)的統一控制策略來實現在同一套系統下實現不同飛行姿態的控制——不同于以往調度控制式飛控分別設置旋翼控制器與固定翼控制器各一套，事先離線配平計算控制率速度、傾角的變化進行輸出調節；INDI通過在線測量或估算加速度和角加速度信號實現控制率更新，從而簡化設計、優化飛行品質；并配合搭載的ADS-B、TCAS等空中防撞設備實現對城市低空復雜環境的感知、決策與控制。

適用與國內evtol的國產飛控與機載組合導航系統。 圖源：邊界智控

結語

在此風口上，eVTOL的前景不僅是運客拉貨，更在于包括它在內的低空經濟將依托國內成熟供應鏈與龐大產能創造需對應的消費需求——目前已有45個城市啟動低空經濟政策規劃，涵蓋低空基礎設施建設、飛行器制造、運營服務、飛行保障等諸多環節。站在新能源汽車、航空工業、人工智能三個板塊交匯點起飛的eVTOL，僅是通向未來的臺階。

參考文獻

1.環球網：空中出租車公司Joby Aviation首段飛行視頻曝光：噪音極低.

2.中國民航雜志（2024）.深圳珠海，一人300元直達；虹橋浦東，單程15分鐘……天空城市這誰頂得住.

3.航空之家（2024）.發力eVTOL誰能捧得下一代動力電池技術“圣杯”.

4.新華網（2024）.正力新能“三高一快”eVTOL航空航天電池挑戰動力電池技術制高點正力新能“三高一快”eVTOL航空航天電池挑戰動力電池技術制高點.

5.邊界智控（2024）.不同構型eVTOL飛控算法實現挑戰.

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