300元“免费”，绕城一周用时不到30分钟。为什么 eVTOL 移动性快速且经济？

简介：令人惊叹的中国制造 长期以来，从深圳到珠海跨越零丁长江，需要乘坐两到三个小时的轮渡或长途跋涉。不过，在不久的将来，随着eVTOL“低空经济”的广泛应用，两个地点之间的通勤只需要一个外卖，到另一个城市中心的费用将低于300元。说明文字：EVTOL 飞越海洋和城市。资料来源：深圳​​经济特区报。正文如下： eVTOL：低空经济新动力。 “低地经济”是与“高地经济”相关的概念。一般是指航空器在海拔1000米以下空域进行的货物运输或载人飞行、空中作业等活动。这个概念的出现，意味着发现了一个比汽车行业小但比传统航空业广阔得多的市场。它还将允许大量的圆顶私营公司希望摆脱长期以来由西方制造商主导的民航工业体系。 eVTOL 是这片蓝海的重要组成部分。 1.什么是电动垂直起降？它是电动（e）和垂直起降（VTOL）的英文缩写。第一个代表动力源，用电池代替油箱，用发动机代替燃气轮机。后者代表航班状态。 eVTOL 可以简单地视为直升机的“换皮”。 “垂直起降”和“直升机”是非常相似的概念，并且具有与直升机相同的特征，即旋翼为飞机提供升力。不同之处在于，就旋翼数量而言，大多数直升机通常是单旋翼，而电动垂直起降飞机则具有多旋翼配置。第一个是“变扭矩/恒速”系统，通过摇动、振动和旋转转子来平衡升力，而第二个是“恒扭矩/变速”系统m 通过简单地调节每个转子的速度来平衡扭矩。图片说明：与需要变扭矩的直升机旋翼相比，采用定扭矩旋翼的EVTOL旋翼结构非常简单、紧凑。随着城市人口不断增长，地面道路交通日益拥堵，共享出行巨头Uber趁机于2016年推出城市空中出租车计划，掀起了全球电动垂直起降热潮。据日本垂直飞行协会统计，2022年全球共有48个国家的347家公司参与eVTOL研发，其中日本以21家公司排名全球第三。 2021年，国内仅有6家公司获得eVTOL融资，但到2022年将有超过10家公司，其中包括峰飞、御风未来、亿航等eVTOL初创公司，以及吉利、小鹏等乘用车制造商。目前，这一势头依然强劲：8国内各大企业2025年已获得全球订单超过3000份，累计贷款金额超过15亿美元。注：盛世龙亮相第十八届迪拜国际航展并交付阿联酋猎鹰航空服务公司 资料来源：央视 2. eVTOL 有哪些配置？目前，电动垂直起降飞行器根据飞行原理大致分为三种类型：多旋翼型、复合翼型和倾转旋翼型。倾转旋翼机类型在航程和速度方面具有最大的三大优势，并且还具有最复杂的机械设计。仍然存在许多挑战，例如可靠性，并且在电力系统限制下很难充分实现航程和速度的优势。因此，目前量产的电动垂直起降飞机主要是多旋翼翼型和复合翼型。旋翼功能：垂直时提供最大升力。冲浪时提供最大的升力和牵引力。航行时提供完整的升力。提供部分升力航行时。垂直时完全提起。倾斜时将其完全升起。航行时，它会升起并部分拉动。飞行速度：0-120公里/小时、0-250公里/小时、0-300公里/小时。优点：结构简单整洁完整，易于控制和制造，性能介于两者之间。具有高气动效率、高速度、航程和有效载荷等明显优势。缺点：有效载荷和航程有限，飞行结构和控制复杂。技术难度。图：各种 eVTOL。多旋翼 eVTOL 的原理与传统民用无人机类似。它是最成熟、最简单的设计配置，具有最大的稳定性。比如该配置的EH-216就在我国获得了“三全证（型号合格证、生产许可证、适航证）”，这是全球首款电动垂直起降飞机。然而，在这种配置中，转子阻力很高，并且大部分功率用于维持升力。最大巡航速度i通常只有100公里/小时，并没有增加与陆地交通的质的差异。飞行范围不如直升机，限制了飞行气象条件。商业续航里程仅为几十公里，与插电式混合动力汽车的纯电动续航里程相当。目前的应用场景主要局限于旅游业。图片说明：EH-216S在东湖景区试飞 资料来源：扬子日报 复合翼配置的电动垂直起降飞机集固定翼和旋翼飞机为一体：升力和巡航由两套动力系统完成，因此不需要像普通多旋翼飞机那样频繁调整发动机桨：对于一小时的飞行任务，升力旋翼的活动时间不到三分之一，而对于巡航任务，更多的动力集中在升力上，充电效率更好。例如，载客的国产飞机“盛世龙”和“逸风M1”采用该配置进行试飞，巡航速度超过 200 公里/小时，续航里程超过 250 公里，几乎是同类 eVTOL 多旋翼飞行器的两倍。复合材料机翼构型已成为包括我国在内的全球大多数行业领先企业新的迭代选择。图片说明：我国一家 eVTOL 制造商测试了飞机模型。巴西航空工业公司和波音公司的复合材料机翼 eVTOL 既“科幻”又“复古”。 eVTOL 的过去和现在。多旋翼 eVTOL 配置的历史甚至比（单旋翼）直升机还要悠久。这是因为机械控制系统无法有效控制飞行姿态，难以保证飞行可靠性。单旋翼直升机变得流行，因为它们在全季节条件下更容易控制。注：早在 1907 年，人类就尝试使用 VTOL 形式的多旋翼飞行器从地面飞行。然而，当“低端经济”来临之际“高场景”从郊区转移到城市，城市应用面临安全、维护差、噪音等污染严重等问题，局限性也很大，燃油、维护、人员等综合运营成本较高，行业内低空直升机出行成本也持续居高不下，仅100公里至200公里的城际航线票价就能超过1000元，对于传统直升机来说，越来越难以持续普及。电气化技术的进步解决了多旋翼飞机过去的许多问题，低噪音、构造和维护简单等优点使这种“老”设备重新流行起来。与以前的相比，20 世纪初的复合翼多旋翼飞机已经融入了现代 eVTOL 的一些结构特征。直升机、电动垂直起降飞机具有独特的优势。发动机节省了将化学能转化为机械能的精力，变速箱将动力分配给旋翼和尾桨等调节器。电池的电力通过电缆直接传输至无级变速电机。此外，转子在给定时刻旋转，所有力都添加到升力中。您不需要像直升机旋翼那样不断改变扭矩来保持平衡。效率是内燃机的两倍多。图片说明：eVTOL 与传统直升机传动结构的差异。也就是说，电动垂直起降飞行器能够以远小于直升机的轴功率和转数完成起飞和降落，从而降低了螺旋桨涡流干扰带来的气动噪声。电力推进还消除了起飞和着陆过程中燃气轮机和变速箱产生的机械噪音。地面感知噪声在飞行过程中从120多分贝降低到65分贝，在低空飞行时（以500米高度、185公里/小时飞越测量点）降低到45分贝。这相当于汽车轮胎在城市道路上行驶的噪音，从而可以在更多的城市地区行驶。场景。注意：电动垂直起降飞机和直升机之间的噪音存在很大差异。除了运行更安静之外，eVTOL 运营成本也显着降低。能源总成本不到航空燃油的30%。它还降低了驾驶员培训和许可证管理的成本，以及飞机有效载荷的占用成本。仅“盛世龙”、“逸风M1”等2吨级电动垂直起降飞机就可以实现类似的分离。与陆地自重和有效载荷直升机相比，运营成本可降低约26%。整个“组合拳”预计将使深圳至珠海的城际运输价格降至现有直升机的六分之一呃航空路线。说明文字：eVTOL 与不同出行方式的比较。资料来源：中金公司研究部 3：从蓝图到现实，国产eVTOL技术面临哪些障碍？新的 eVTOL 概念与电动汽车类似。本质上由三个主要部件组成：电池、电机和电子控制。因此，很容易与“电动车”之神产生联系。然而，将技术付诸实践并不仅仅意味着简单地扩展或移植现有的产品和技术。要想使之成为现实，首先要攻克“e”和“VTOL”的技术难关。图片说明：法国插画家 Jean-Marc 于 1899 年绘制的 2000 梦幻空中出租车 1. 电从何而来？从需求角度来看，eVTOL使用的电池在高比能量、高速度和高安全性方面应超越电动汽车。目前的电动乘用车能量密度约为140-200wh/kg，足以行驶数百人公里，但对于飞机来说还不够。除了能够飞得更远之外，eVTOL还必须满足起飞和降落等特殊场景下功率快速增长的需求，并且必须能够承受闪充放电测试。充放电速度必须至少为5°C，是电动汽车的三倍。图例：新能源车用动力电池与电动垂直起降用电池技术指标对比。来源：新华网 得益于我国电动汽车领域的快速发展，国内外电动垂直起降车已经能够找到成熟的电池供应商，避免成为“电动父母”。当eVTOL开启时，JOBY使用的由中国正力新能源供应的811NMC（镍锰钴）电池的能量密度已提高至270wh/kg。即使在20%的低电量状态下，也能以12℃以上的高倍率放电，充电速度更快，只需15分钟即可达到80%，让乘客依次下机、转机、登机。孚能科技为部分国产电动垂直起降车供应的锂金属电池能量密度达到285wh/kg，几乎是汽车电池的两倍。乘客。国内电池厂商并没有就此止步，继续研发能量密度高达370～400wh/kg的半固态电池。这也成为国产eVTOL能够“内地摘洋葱”、续航里程“百余”的关键因素之一。注：国家EVTOL电池技术能量密度路线图。来源：新华网 2. 电都去哪儿了？无论 eVTOL 配置如何，都采用分布式电力推进设计，其中分布在机身或机翼上的多个电机驱动旋翼。实现 VTOL 主要取决于功率和扭矩的分配精度。多旋翼 eVTOL 的飞行控制相对简单。多个定距螺旋桨旋转方向相反产生升力，抵消单个旋翼产生的扭矩，实现悬停飞行。利用螺旋桨不同的速度差来获得水平加速度。这也是一些 eVTOL 初创公司选择此类配置作为其首款产品的原因之一。图片说明：EVTOL 螺旋桨尾流冲击方案 来源：eVTOL 智能边界控制复合机翼配置更加复杂。由于飞行状态在三种飞行配置之间变化：旋翼模式、过渡模式和固定翼模式，因此必须考虑多向力矩以及滚转、俯仰和偏航力矩。此外，由于各种旋翼和翼型的气动耦合作用，动力和翼型必须每秒精确调整数百次，才能保证飞行稳定性。传统的飞行控制设计涉及设计一组连续的过渡阶段和不同速度段的控制速率，这使得整体开发工作量巨大。仅三种模式和六种扭矩机构就设计了数百个飞行控制调节点。图片说明：复合翼电动飞行器不同飞行阶段飞行控制的功能要求。资料来源：智能极限控制的高门槛意味着完成复杂机翼变换状态飞行的eVTO全球仅有几L，这意味着合适的飞控系统货架产品更是凤毛麟角。采用国产复合材料机翼构型的eVTOL想时髦，但显然单纯借用是行不通的。注：霍尼韦尔 EVTOL 电传飞行控制模块。为此，国内飞控厂商正在尝试基于INDI（增量非线性动态逆）的统一控制策略，使用同一个系统来控制不同的飞行姿态，而不像传统的调度控制飞控那样。旋翼控制器和固定翼控制装置分开安装。每组驱动器都预先离线计算控制速度、速度和坡度变化以进行输出调整。 INDI 通过在线测量或估计加速度和角加速度信号来更新控制率，从而简化设计并优化飞行质量。它还与ADS-B、TCAS等飞机防撞系统配合，实现低空城市控制。复杂环境的感知、决策和控制。注：适用于国产EVTOL飞机的飞控和组合导航系统。来源：边境智控 精彩中国制造 后记 如今，电动垂直起降飞机的前景将不仅限于客运和货运，还包括依赖国内成熟供应链和巨大产能来产生相应消费需求的低海拔经济体。目前已有45个城市推出制定低空经济政策规划，涵盖低空基础设施建设、飞机制造、运营服务和飞行保障等多个方面。在新能源汽车、航空和人工智能的交叉点上起飞的电动垂直起降飞机只是迈向未来的一步。中国令人难以置信的参考资料 1. 全球网络：空中出租车公司Joby Aviation发布的首个飞行视频：噪音非常低。 2.中国民航杂志（2024年）。深圳-珠海，直航300元/人。虹桥浦东，单程15分钟……谁能抗拒这座天堂之城？ 3.航空之家（2024）。谁将赢得下一代电动垂直起降电池技术的“圣杯”？ 4.新中文网（2024）。正力新能源“三高一快”电动垂直起降航天电池挑战电动电池技术的艰巨高度。正力新能源“三高一快”eVTOL航天电池挑战令人畏惧的高度电池技术。 5.智能限位控制（2024）。 eVTOL 飞行控制算法不同实现配置的挑战。特色产品中国制造|网易新闻
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