第54届巴黎航展6月19日正式开幕。
本届航展重启“巴黎航空实验室”，聚焦航空运输绿色低碳创新技术，并首次开设“巴黎空中出行”专区，展示电动垂直起降及城市间航空通勤设备与技术。
来自中国企业的多款航空装备首次亮相巴黎。

电动垂直起降飞行器（eVTOL）通常指载人或物流用飞行器，不包括消费级多旋翼航拍无人机。
又被形象的称为飞行汽车，是航空电动化的产物。
eVTOL优点之一是像直升机起降，不需超长跑道，可直接使用直升机场或任何垂直起降场，灵活性高，且可远程驾驶或自动驾驶。
电动飞行器是汽车电动化在城市空中交通领域的延伸和应用。
根据摩根斯坦利研究报告，该类飞行器将在城市空中出行、高维货运、应急救援、特色旅游等领域拥有广阔的市场需求，并在2040年达到超万亿美元的市场规模。

国内布局eVTOL产业的上市公司有：

航发动力（600893）中国航发混合电推进系统精彩亮相第十四届中国航展、湖南通航展等，研制团队持续开展80kW级混电系统性能提升设计，将配装小型垂直起降无人机完成地面测试；

商络电子（300975）参股的亿维特公司在汽车电子、电动飞行器领域的市场开拓与布局。
亿维特创始人团队及主要技术人员曾参与国内多款中大型飞机的设计研发和制造工作，具有较为丰富的飞机系统集成、适航取证经验，拥有航空领域行业资源；

海特高新（002023）模拟机研制实现自主可控，成功交付了国内首台eVTOL模拟机。






随着世界主要大城市人口不断增加，城市地面交通道路建设逐渐饱和，大都市圈及超级城市群内部的地铁、轻轨因功能和覆盖区域有限且投资成本巨大，现有的城市交通模式面临极限，导致城市交通出行拥堵问题越来越严峻，已经影响到城市的运行效率、生活便利、环境保护等诸多领域，形势的发展使得UAM（Urban Air Mobility，城市空中交通）概念及eVTOL（Electric Vertical Takeoff and Landing，电动垂直起降）飞行器应运而生，以解决日益严重的大城市交通拥堵问题，并推动航空业向低噪声零排放转型实现绿色发展，现已成为目前全球航空界的新兴领域和最热门的新赛道。

eVTOL基本概念

eVTOL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，具有垂直起降、智能操作、快捷机动、低成本、低噪音、零排放、易维护、高安全等特点，相对传统飞行器相比，安全性、智能性、经济性和环保性的优势显著，可使人和货物以无缝、经济的方式在城市低空快速流动与灵活作业，能高效开发城市低空空域资源，有效缓解日益严重的城市地面交通拥堵问题，并解决空中物资运输和交通出行的迫切需求，大幅提升快捷及时、按需响应效率，顺应了电气化、绿色化、智能化的发展趋势，是一种面向未来城市空中交通（UAM）场景、更符合未来城市综合立体交通系统的飞行器形态，为超大城市、都市圈及城市群创造了新的通勤方式。

全球范围内新兴的eVTOL研制与开发种类繁多、形态各异，基于运行模式、整机构型、动力能源、设计载荷、目标客户、适航认证等维度，可将主流eVTOL分成不同的类别。根据运行模式，eVTOL可分为有人驾驶和无人驾驶两种类别，或者载人、载客及兼容载人载客三种类别。按照动力能源维度，eVTOL可分为全电动、混合动力两大类，全电动类别包括锂电池、氢燃料电池、太阳能电池三种，混合动力类别包括锂电池+氢燃料电池、锂电池+燃油两种。按照整机构型维度，eVTOL可分为多旋翼型、矢量推进型、升力与巡航复合型、可变构型等四大类，其中矢量推进型包括倾转旋翼、倾转机翼、倾转涵道三种。按照设计载荷维度，eVTOL可分为轻型（有效载荷100-200kg）、中型（有效载荷300-500kg）、重型（≥1000kg）三类。按照目标客户维度，eVTOL可分为2B（商业运营类，指载人客运、载物货运、低空旅游等）、2G（政府服务类，指城市管理、警务安防、国防军事、应急救援等）、2C（私人飞行类，个人或家庭出行）。按照适航认证维度，eVTOL可分为基本型（需要在升力系统、机载设备等发生严重故障时，可控着陆，不能用于人口聚集区上飞行或商业运营）和增强型（需要在升力系统、机载设备等发生严重故障时，仍保证安全飞行，可用于人口聚集区上空飞行和商业运营）。

目前，对外公开的eVTOL项目主要面向城市的通勤市场，基于货物运输需求的项目占少部分，也有一些项目同时规划有载人版和物流版。eVTOL的整体构型设计路线、机体气动性、整体轻量化等，不同构型的整体构型，会产生不同的空中气动阻力、起降效率、推进效率与飞行距离，主要体现为最大航程、巡航速度、飞行高度、乘客数量与最大载荷等效能参数不同，也就决定了eVTOL的运行模式、服务范围与应用场景有异。基于推进动力考量eVTOL可分为三大类：矢量推进型、升力与巡航复合型以及多旋翼型，其中矢量推力可以再细分为倾转旋翼、倾转机翼、倾转涵道等类型。





eVTOL普遍采用了分布式电推进设计技术，由于目前电池能量密度快速提升，全电动技术项目数量占比达66%，混合动力技术项目占比约为28%。目前，混合动力eVTOL更适合短途城际航线垂直起降模式，是城市空运市场从传统动力飞机向全电动飞机发展的重要过渡。为加快符合适航审定与任务需求，部分全电项目转向了混合动力技术。碳氢化合物燃料比电池储存能量要好很多，而精心设计的混合动力eVTOL可能更清洁、安静、运行成本更低。另外，无人机货运方面也开展探索尝试开发太阳能eVTOL。

eVTOL技术路线

eVTOL设计研发的技术路线主要依据预设的应用场景与目标市场，需要极高的技术研发实力与垂直集成能力，重点从飞行器气动布局与总体构型角度进行抉择与调整。在eVTOL这个全新的高科技赛道，不同的eVTOL研发机构采取不一样的技术路线。根据全球现有的eVTOL开发情况，可以将其分为多旋翼构型、复合翼构型、倾转构型、倾转涵道风扇+完全矢量控制、隐藏式推进系统+无翼设计等5种技术路线（如图1所示）。eVTOL制造商基于不同的技术路线，需要建立相应的研发体系、供应体系和生产体系，其研制能力涵盖飞行机体、结构及强度、飞控核心算法、电气系统、航空特性等设计能力，也包括整机总体集成设计、动力能源系统、航电飞控系统、适航性设计等工程能力。






图1：eVTOL主流技术路线种类图示

多旋翼型eVTOL虽然可靠性可能高于直升机，但有效载荷和航程都相对有限，所面对的应用场景也相对固定，在噪声控制、地面损伤控制上尚无突破性解决方案，初创公司大多采用多旋翼型，或是eVTOL初创公司前期产品。倾转构型eVTOL在综合考虑航程、巡航速度和载重比方面优势明显，具有较好的有效载荷、最大起飞重量和运营经济性，使其在未来商业场景中为用户节约更多出行时间，但带来了额外的技术挑战。复合翼型受到了传统航空企业的偏爱，由于配置了专用的水平推进螺旋桨，而不是垂直阶段和水平阶段共用一套螺旋桨，可以有效地提升巡航效率、航程和安全性。倾转涵道风扇+完全矢量控制型由于在动力可靠性、噪声控制、气动效率上有可能获得更优的平衡。尽管涵道风扇在悬停模式下效率稍高，但在巡航模式下会产生更多阻力。不同技术路线的eVTOL都具各自的特点、优势、劣势及代表机型（如表2所示）。此外，由于复合翼构型方案死重大飞控系统就简单，倾转方案死重小而飞控系统复杂，于是也设计了复合翼结合倾转构型的综合方案（“死重”指的是对当前的飞行没有帮助，却因为种种因素，必须携带的部件重量）。目前，很难判断何种技术路线最佳，行业各参与方也尚未达成共识，复合翼方向兼顾实现可行性及先进性，倾旋翼方向更为先进，但实现的技术难度更大，今后也可能出现具有多种方案优点的新技术路线。




表2：不同技术路线eVTOL对比分析表

目前而言，各国近期推出的eVTOL项目倾转构型机型最多，多旋翼构型最少，复合翼成为大部分行业龙头公司的研发选择。国外eVTOL制造商的技术方向总体而言比较一致，如Joby、Archer、Lilium和Vertical等公司都采用倾转、倾转涵道或倾转旋翼的整体构型。在2021年通过SPAC方式上市的Joby Aviation、Lilium、Archer等公司，以及目前收到最多意向订单的Vertical Aerospace等公司均采用了倾转构型技术路线。最近两年发布的eVTOL多为倾转构型或复合翼构型，未来这两种机型增长潜力最大。主打多旋翼构型的头部企业Volocopter在深入研究和开发纯多旋翼布局的2座VoloCity后，在2021年也推出了复合翼构型的VoloConnect。虽然复合翼构型的运营经济性一般，但在eVTOL机型设计中是非常流行的配置，由于具有简单性和多功能性的特点，eVTOL厂商广泛采用该技术路线，以用于城市间出行或更远距离的飞行任务。同时，当前不少多旋翼eVTOL厂商正在考虑使用升力+巡航构型以获得高航程，例如亿航智能之前的旗舰载人eVTOL是采用纯多旋翼布局EH216，现在也开发2座升力+巡航构型技术方案的VT30。Embraer子公司Eve Urban Air Mobility的EVE均采用了此构型。对于短航程任务（7公里）而言，与多旋翼eVTOL相比，“升力+巡航”的复合翼及混合构型eVTOL的表现并不占优势，但对于更长航程的任务，推力矢量构型eVTOL的表现最优。复合翼及倾转旋翼机型在电池技术发展之后，续航里程会从100km扩展到300km，相对于多旋翼的优势会更明显，因此我们看到传统的多旋翼eVTOL厂商也纷纷开始复合翼机型（含倾转旋翼）的研发。

eVTOL发展态势

当前，世界主要航空国家都在积极迈进eVTOL新赛道，以抢占未来城市低空智能交通的制高点。eVTOL飞机的研发进展可分为四个阶段：概念设计、缩比验证机测试（包括地面试验、悬空试验、起降试验等）——全尺寸验证机测试（包括飞行模式测试、飞行姿态测试、飞行悬停试飞等）——试制原型机试飞（本场试飞、转场试飞、噪声检测、载人试飞载货试飞、模拟场景测试等）。eVTOL的设计研发与测试验证是一个复杂的系统工程，需要融合空气动力学、飞行力学、结构力学、仿生学、材料学、计算机、控制理论等多门学科知识，涉及理论计算、仿真实验、样件试制、生产组装、台架实验、静力实验、振动实验、系留实验、试飞实验等多项技术工作，通过动力系统台架试验、飞机静力试验、飞发耐久试验、半物理实物仿真试验等大量的地面试验，经过气动性能、倾转特性、操纵测试、组件测试、风洞测试、噪音测试等测试过程。当前，eVTOL的开发状态（具体如图2所示）总体上还处于从概念设计迈向商业化应用的早期阶段。

据粗略统计，全球1/4的eVTOL项目处于飞行测试阶段，50%左右的eVTOL项目处于概念设计阶段，多旋翼技术和混合布局技术飞行测试项目占比较高，达30%以上。据2022年8月的美国垂直飞行协会（VFS）发布的最新统计，全球超过700个eVTOL设计研发项目，其中235个矢量推进构型布局，124个升力+矢量推进构型布局，195个多旋翼构型布局，103个为悬停自行车和个人飞行器，47个电动旋翼机设计，涉及全球48个国家的347家公司或创新机构。其中，主要分布的国家是美国（124个）、英国（24个）、中国（21个）、德国（19个）和加拿大（17个），占所有设计实体的近60%。从eVTOL项目的投资金额来看，2021年eVTOL项目的投资总额较2020年增加了一倍。据《2021年度亚太地区城市空中交通报告》，亚太地区14家eVTOL制造商中，有2家仅提出了概念机型，4家已完成缩比验证机的测试，5家制造商已经发布了全尺寸的工程验证机，仅有3家制造商进入了载人飞行测试阶段。



图2：全球eVTOL项目开发状态分布图（数据来源：VFS统计目录）

eVTOL制造商追求的是飞行器更好的续航能力、航程、爬升性能及运行能效比，创造平稳安静的飞行体验，并通过航空监管部门的运行性能（包括飞行性能、飞行特性、载荷条件等）、机体性能（结构特性、组件性能等）、安全性能（动力失效保护、冗余备件系统设计、能源失能处置等）等合规性认证。eVTOL开发工程团队需要通过建立先进的数字化开发体系，集成多学科仿真模型、验证外形气动效率和飞行控制逻辑，创建完善包括线路规划、后勤维护、检查放飞、安全保障的试飞体系，并搭建一定数量基础的飞行测试及数据库，在气动构型、飞控系统、电机、新能源电池、通讯导航系统、整机轻量化设计、机身复合材料等方面进行不断的优化改进与技术迭代，并达到工程设计与运行性能指标，最终设计定型和通过适航审定，才能投入市场销售推广与商业运营。

eVTOL作为新型飞行器，其电池、电机、驱动器、倾转机构、控制策略、载荷工况、操纵系统等方面均采用了新技术，其安全性、可靠性、性能等需要试验科目予以验证测试。由于eVTOL一般在人口稠密城市上空低空飞行的特性，其安全监管将比地面交通更加严格。目前，没有一家eVTOL制造商获得FAA（美国联邦航空局）或EASA（欧洲航空安全局）的完全认证，仅有极个别公司预计在未来两三年内获得相关认证。各国eVTOL制造商竞相加快认证进度，以在全球范围率先获得航空主管部门的适航许可，抢先开展商业运营取得市场先机。当前，欧美eVTOL领域的研究较为成熟，其中美国、德国处于领先地位，中国eVTOL研发不落后于欧美，在亚太地区处于领头羊地位（参见表3）。表3：国内外主要eVTOL飞行测试与认证情况表


（信息来源：根据互联网公开发布信息整理）

eVTOL应用场景

eVTOL作为城市空中交通的载运工具，能够渗透到城市中心，进行点对点的交通运输。eVTOL应用场景主要有三个关键条件——人口密集的城市地区、100-1000米的低空领域、点对点。目前，eVTOL运行分为无人驾驶、有人驾驶两种模式，制造商主要聚焦城市客运与货运两个主要方向，并结合目标应用场景不断通过技术创新促进产品迭代升级。与民用客机比较，大型民机主要解决1000公里以上的空中运输，而eVTOL主要解决人口密集的城市空间内、城郊及城际点对点的空中运输，在拥挤的城市内、城郊、都市圈进行短程通勤时具有显著的成本效益。

eVTOL制造商为布局载人、载物及特殊作业的不同应用场景而开发不同机型。例如，德国Volocopter公司开发的eVTOL项目有多旋翼、2座、航程80km的VoloCity适用于空中出租车，有复合翼、4座、航程100km的VoloConnect用于城郊/城际通勤，以及多旋翼、航程40km、最大载荷200kg的VoloDrone适用于空中物流。航空巨头空客公司研制的eVTOL项目有倾斜翼、1座、航程30km的Vahana适用于城市空客运和货运（项目现已中止），也有多旋翼、4座、航程60km的CityAirbus适用于城市空中出租车，还有固定翼+V型尾翼、4座、航程80km的CityAirbus NextGen适用于城市空中各类作业任务，以及多旋翼、2~5kg包裹载荷的Skyways适用于城市快递业务。我国亿航智能公司研发的eVTOL项目有多旋翼、1座、航程50km的EH184与多旋翼、2座、航程35km的EH216/EH216-S均为适用于载人交通和低空旅游，也有多旋翼、航程35km、最大承载200kg的EH216L适用于大载重空中物流和医疗急救，还有为高空消防作业定制开发了多旋翼、飞行高度600m、可携带6枚破窗弹和150kg灭火剂的EH216F（消防版），正在研制复合翼、混合动力、2座、设计航程300km、设计续航时间100分钟的EH-VT30适用于长航距城际空中交通，可应用空中通勤、空中游览、物流运输等场景。

目前的eVTOL有效载荷较小，也还只能短距离行驶，但也能满足少量乘客的城市飞行或是包裹递送。eVTOL整机项目在基本性能上具备可以代替轻型直升机的能力，小型eVTOL在军事、航模、农业、安防等领域已有大量应用，但用于载人运营的eVTOL，离适航取证和商业运营还为时尚早，载客通勤服务可能不会很快实现，但终端用户希望eVTOL的通勤应用可以取代目前昂贵的直升机服务，且已经受到消防应急、医疗救助和特种行业客户的青睐，未来的eVTOL要实现实现常态化商业运营仍然需要覆盖更大的市场空间。随着全球eVTOL量产，其应用场景将大幅拓展，潜在应用场景涉及城市客运（UAM）、区域客运（RAM）、城市物流配送、商务出行、紧急医疗服务、私用飞行器等多种场景模式，大致可分为载人客运、载物货运、公共服务、警务安防、国防军事及私人飞行等六大类行业场景（如图3所示）。据劳斯莱斯和罗兰贝格的专题研究报告指出，eVTOL飞行器预计将用于城市和区域空中交通服务，包括机场班车和长达250公里的城际连接。eVTOL不仅可以消除交通拥堵的问题，也有望解决偏远岛屿或山区的运输，或灾区救援行动等问题，还可服务于空中物流、医疗救助、消防救援、应急管理、旅游观光、公共服务、私人航空出行、农业生产、警务治安和军事国防等关键领域，拓展野生动物保护、地质勘探、国土资源普查与监控、测绘、电力巡检等行业应用。


图3：eVTOL应用场景示意图

结束语

作为一种新型的中短途空中交通工具，eVTOL提供了一种颇具未来感的空中出行方式。随着人工智能、电池技术、通讯导航等发展，人们可将eVTOL飞行器作为通用平台并稍作改装，先用于货运，作为军用级、民用级（特别是工业级）大型垂直起降无人机使用，待经历足够的技术积累、知识产权获得及使用后的性能改进，达到较好的安全性水平，并取得适航认证，再用于载人运输。eVTOL在旅游观光、物流运输、医疗急救、消防应急等场景投入使用，紧急医疗服务（EMS）将会是最先实现的应用场景，消防、搜索救援和空中执法紧随其后，空中游览可能是通往载客服务的一个非常好的开端，最后实现空中出租车运营。空中出租车、飞行救护车和货物运输可能是未来eVTOL的常态化用途。在未来5G网络及6G星链网络构建的万物互联世界里，eVTOL可满足城市低空短距离通勤出行及物流等一切场景需求。不久的将来，eVTOL将沿循从载物到载人、从郊区到城市、从特需到日常、从公共服务到商业化运营的发展方向，深入融合到人类生产生活各领域，创建智能高效、安全可靠和可持续发展的城市空中智能交通生态体系。

审核编辑 ：李倩