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为何eVTOL赛道新创公司都选择倾转旋翼构型?

2023-09-12 15:40 · 互联网     

当前,世界主要航空国家都在积极迈进eVTOL(electric Vertical Take-off and Landing,电动垂直起降飞行器)新赛道,以抢占未来城市空中交通的制高点。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决定,需要较强的技术研发实力、融资能力及适航能力。

作为未来空中交通产业的细分领域,eVTOL是最热门的赛道,吸引了包括一批初创型科技企业、传统汽车和飞机厂商参与。截至2022年10月,全球eVTOL飞机研发企业约有300多家,出现了Joby、Archer、Wisk、Lilium、亿航、峰飞航空、时的科技等专注eVTOL领域的科技企业;波音、空客、贝尔、巴西航空工业等传统航空企业巨头也纷纷加入或关注这一领域;奔驰、保时捷、现代、吉利等众多车企和腾讯等互联网巨头也在eVOTL赛道展开布局。

据美国垂直飞行协会(VFS)发布的最新统计,全球超过700个eVTOL设计研发项目,其中235个倾转构型布局,124个复合翼构型布局,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。

在eVTOL这个全新的高科技赛道,不同的eVTOL科技企业采取不一样的技术路线和构型选择。目前,在载人eVTOL领域最为常见的三种构型分别是多旋翼、复合翼以及倾转旋翼。我们将目前国内外eVTOL赛道头部的头部企业基本情况都做了梳理,详见下图:

一、海外eVTOL上市企业和新玩家都选择倾转构型

目前海外优质的eVTOL企业都是倾转构型,良好的政策环境和市场需求也孕育了多家数百亿元上市企业。Joby、Archer、Vertical Aerospace、Wisk、Bell都是倾转旋翼构型,这波浪潮也影响了国内的从业者们。

其实海外市场也是经历了数年的迭代,eVTOL的认知和构型才逐步统一的。Vertical之前研发多旋翼,后面转向了倾转旋翼。Wisk的复合翼也测试飞行了5、6年,最后也在2022年底转为倾转旋翼构型,并且被波音全资控股。同时,波音又投资了Archer,手握两家倾转旋翼eVTOL企业。

而我们国内三大航空高校,也做出了相同的构型选择。西工大孵化的化羽先翔、北航孵化的倍飞智能、南航孵化的零重力飞机工业等新玩家都选择了倾转旋翼构型。

二、设计研发倾转旋翼构型其实并不难

飞行器的研发是一项比较庞大和复杂的系统工程,相较于传统的多旋翼和固定翼,倾转旋翼构型总是会被误认为研发难度特别大,其实是有一定误区的。

因为今天研发的eVTOL,起飞重量也只在2-3吨之间,是和美国军机鱼鹰V-22(27吨)存在着极大的区别。鱼鹰是上世纪80年代的工业产物,复杂的机械传动,且只有2发动力,并且根据美军的研究,每一次飞机出事情,不是倾转构型的原型。

正是因为倾转构型具有极强的性能,所以鱼鹰升级型号V-280在2022年获得了美军750亿订单,击败了西科斯基SB-1高速直升机方案。

中国航空业和新能源车行业的蓬勃发展,孕育了优质的供应链,也培养了一批专业的航空业、电动化、算法相关人才。电动化让机械结构的复杂度大大降低,如果今天还是燃油机时代,中国可能还是无法研发出倾转构型的eVTOL。也正因为如此,经历几年的产业发展,电动倾转的技术也正在被国内创业公司所掌握。

我们也看到了时的科技、沃飞长空、化羽先翔等公司都已经在缩比验证机上实现了倾转过渡飞行。其中时的科技25%、50%的缩比验证机都已经实现倾转过渡,原型机也正开展测试飞行。

三、倾转构型商业化价值最高

飞机构型的选择,其实就是产品定位的竞争。因为一个飞行器的研发周期至少5-6年,花费大概1亿-5亿美金。海外研发费用会比国内高很多,主要还是工程师成本、研发效率及供应商成本方面具有显著差异。在中国研发eVTOL,大概需要7-10亿人民币,可使企业完成适航取证。而一款eVTOL产品设计研发完成后,能投入使用至少10-20年,生命周期足够长,需要充分考虑和计算好市场和客户的需求。

电动垂直起降飞行器有三种主要的构型。

一、多旋翼,没有机翼,整个飞行阶段完全依赖多个旋翼的动力输出来提供升力和前行动力,飞行速度低,飞行航程有限,巡航时速也较低,商业应用场景主要停留在特定场景和低空旅游。

二、复合翼,从升到推有两套动力系统,垂起时一部分旋翼提供升力,巡航时另一部分旋翼提供拉力,垂直升力系统在巡航阶段会闲置,使用的电机数量较多,载重比低,相对成本也较高。

三、倾转旋翼,则结合了多旋翼和复合翼的功能,旋翼既提供升力也提供巡航推力,动力单元可复用,飞行速度快、载重比高、整机性价比高、而且适航条款比较清晰,具有较好的运营经济性,在未来商业场景中更有优势。

四、倾转旋翼的适航取证全球*,安全可靠性有保障

判断一个飞机是否足够安全,最简单的是看这个产品能否获得民航局核发的标准型号合格证。取证后意味着飞机可以不受限制,跨空域、跨地域地进行飞行,才有望真正成为空中出行的交通工具。

纵观全球eVTOL行业,大家都处在研发阶段,尚未有取得标准适航证的公司。但是,美国的Joby却取得了美国联邦航空管理局(FAA)颁发的特殊适航证书,这标志着Joby倾转旋翼构型的产品安全可靠性得到官方认可,Joby也将是全球*取得标准适航证的eVTOL企业。公开消息表示,Joby即将在2024年取得标准适航证,并于2025年开始规模商业化运营,目前该公司的市值已经超过50亿美金。

综上,eVTOL赛道新创公司都选择更有竞争力的倾转旋翼构型也就不足为奇了。我国在传统航空业上在会被航空引擎“卡脖子”,eVTOL飞行器利用电机取代引擎,是我国在航空业上弯道超车的好机会。期待eVTOL 行业的取得更多发展,提供新的经济发展动力。

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