低空经济专题之三:eVTOL详细拆解

kimicheng

核心观点

国内市场：

电动垂直起降飞行器（Electric Vertical Takeoff and Landing，eVTOL）区别于常规飞机的主要技术特点包括可以实现垂直起降、采用分布式电力推进以及运用全电/混合动力技术。得益于电动机、电池和自动化技术的发展，与常规直升机相比，eVTOL更加低碳环保、噪声更低、自动化等级更高，并由此产生了运行成本低、安全性和可靠性高的优势。随着城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）的兴起，引起了eVTOL的研制热潮。据统计，目前全球已有百余家eVTOL企业。

eVTOL产业链较长，主机厂主要承担的是整机研发和集成的任务。eVTOL的核心子系统主要包括机体、综合航电系统、飞控系统、能源系统、动力系统以及电气系统六大类。根据Lilium的数据，其eVTOL成本中，推进系统占比约40%，结构和内饰占比约25%，航电和飞控占比约20%，能源系统占比约10%，装配件占比约5%。

1）机体：主要采用碳纤维复材，低成本高效率的热塑性复材或为趋势。eVTOL的复材使用占比70%以上，主要用于结构件和推进系统，其中，超过90%的复材为碳纤维复材，约10%的复材以保护膜的形式使用玻璃纤维增强。eVTOL材料需求牵引下，低成本、高效率、规模化制造是碳纤维复材的重要趋势，热塑性碳纤维复合材料前景广阔。由于民航复材结构件验证采用“积木式方法”，传统航空碳纤维复材厂商占据先发优势。国外，碳纤维供应商包括日本东丽、美国赫氏、索尔维等，东丽已经与Joby和Lilium合作，美国赫氏和索尔维分别与Archer和Vertical建立了合作。

2）动力和能源系统：采用分布式电推进，能源系统以纯电为主。分布式电推进飞机是随着电动飞机发展而产生的，由电机驱动分布在机翼或者机身上的多个螺旋桨或风扇构成推进系统为飞机提供推力。电机向更大功率、更高功率密度方向发展，Joby采用的电机峰值功率达236kW，重量仅28kg。国内外eVTOL主要采用纯电动力。相比新能车电池，eVTOL要求电池具有更高的能量密度。三元NCM电芯综合性能最佳，为当前eVTOL使用最广泛的电池。

3）航电系统：飞机的中枢神经系统。航电系统是现代飞机的重要组成部分，主要功能包括飞行控制、通信、导航、监视、显示等。在eVTOL行业，全球主流机载航电公司基本都和相关eVTOL主机厂达成合作。Garmin与Joby和Archer合作，提供G3000集成驾驶舱；Avidyne航电与Beta和Skydrive合作；泰雷兹主要合作对象是Eve；霍尼韦尔推出云化航电平台，主要eVTOL整机合作商是韩国现代的Supernal和英国的Vertical。国内，昂际航电与沃飞长空签署战略合作备忘录，共同开发AAM航电系统。

目前，国内亿航智能的EH216-S飞行器已取得中国民航局TC、PC许可；峰飞航空V2000CG货运版eVTOL取得中国民航局TC许可；沃飞长空、峰飞航空、沃兰特、时的科技、小鹏汇天、御风未来等主机厂多款eVTOL飞行器型号已申请中国民航局CAAC或欧洲航空安全局EASA适航认证，有望陆续取得TC、PC。国内多款eVTOL飞行器型号有望陆续进入批量生产。

产业链相关标的包括：1）低空基建相关标的莱斯信息、中科星图、国睿科技、四创电子、深城交、四川九洲、海格通信、纳睿雷达、航天南湖、泰豪科技、川大智胜等；2）传统/eVTOL飞行器相关标的亿航智能、中直股份、万丰奥威、卧龙电驱、应流股份、光威复材、吉林化纤、中航高科、高华科技、烽火电子、芯动联科、航新科技、安达维尔等；3）飞行器运营和模拟飞行相关标的中信海直、海特高新等。

一

eVTOL迎来研制热潮，多型飞行器有望量产

电动垂直起降飞行器（Electric Vertical Takeoff and Landing，eVTOL）区别于常规飞机的主要技术特点包括可以实现垂直起降、采用分布式电力推进以及运用全电/混合动力技术。得益于电动机、电池和自动化技术的发展，与常规直升机相比，eVTOL更加低碳环保、噪声更低、自动化等级更高，并由此产生了运行成本低、安全性和可靠性高的优势。随着城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）的兴起，引起了eVTOL的研制热潮。

近几年，全球eVTOL主机企业数量显著增长，部分公司成功上市。根据航空产业网数据，2009年-2016年，全球仅数家eVTOL企业，自2017年之后，陆续有40余家企业进入eVTOL行业。2019年，亿航智能成功在美股上市，2019年-2023年内，5家eVTOL国际企业成功在美股上市。据统计，目前全球已有百余家eVTOL企业。

从eVTOL企业的地理分布上可以看到，eVTOL企业大部分集中在中国、美国、欧洲等的沿海城市，呈现出中国企业数量多，欧美企业融资额度大的特点。

从融资规模看，根据航空产业网2024年2月6日的报告数据，eVTOL行业累计融资规模超过110亿美元，其中，81%的融资额由前10的企业拥有。大部分融资资金由头部少数企业拥有。Joby、Archer、Lilium融资规模靠前，达到10亿美元以上。国内，小鹏汇天自2021年10月进行首次融资后，融资规模达到5亿余美元；亿航智能自2014年成立后，历时5年于2019年12月在美股上市，迄今为止获得近2亿美元的融资；广东海鸥飞行汽车、峰飞航空、时的科技、零重力飞机、沃兰特、御风未来、沃极步耀、亿维特等均进入“亿元俱乐部”。



目前，国内亿航智能的EH216-S飞行器已取得中国民航局TC、PC许可；峰飞航空V2000CG货运版eVTOL取得中国民航局TC许可；沃飞长空、峰飞航空、沃兰特、时的科技、小鹏汇天、御风未来等主机厂多款eVTOL飞行器型号已申请中国民航局CAAC或欧洲航空安全局EASA适航认证，有望陆续取得TC、PC。国内多款eVTOL飞行器型号有望陆续进入批量生产。

展望未来，eVTOL主机企业数量或先增后减，未来市场或向头部集中。参考新能源汽车行业，2019年，我国造车新势力有300多家，随着新能车走向规模化量产，目前国内头部新能车企业只有10家左右。2023年，理想汽车成为继特斯拉、比亚迪之后全球第三家实现盈利的新能源汽车企业。eVTOL作为航空器，相比新能源汽车有更严格的适航审定程序，为主机企业带来更大的研制生产壁垒，与新能车市场相比，未来eVTOL的市场或更加集中。

二

eVTOL产业链：整机包含六大子系统，机体、动力和能源系统、航电系统占主要成本

eVTOL产业链较长，主机厂主要承担的是整机研发和集成的任务。eVTOL的核心子系统主要包括机体、综合航电系统、飞控系统、能源系统、动力系统以及电气系统六大类。

Lilium给出其eVTOL成本占比，推进系统、结构和内饰、航电和飞控占主要成本。Lilium的eVTOL拥有36个分布式电机和72个电源模块为飞行器提供能源和动力，采用了霍尼韦尔提供的3个不同的飞控计算机。在成本上，Lilium给出，eVTOL的推进系统占比约40%，结构和内饰占比约25%，航电和飞控占比约20%，能源系统占比约10%，装配件占比约5%。

Lilium的eVTOL采用矢量推力构型，相比多旋翼和复合翼构型的eVTOL飞行器，具有更高的巡航效率，因而其能源系统可以有相对较低的成本占比。Lilium采用的硅阳极锂离子电池，能量密度大于330Wh/kg，功率密度2.8kW/kg，可在15分钟充电至80%，30分钟充电至100%，实现大于800次充放电循环。



对比同样采用电池作为能源、采用电机作为动力的纯电动汽车和同样需要满足适航的大飞机的成本构成，可以看到不论是新能车、大飞机还是eVTOL，动力系统是核心子系统之一，能源系统在电池动力中成本占比较大，航空器中航电、飞控等系统成本占比较大。在新能源汽车的成本占比中，电池成本占整车成本比重约42%，是纯电动汽车的核心部件，电机和电控成本分别占整车成本的10%和11%，电驱动零部件成本约占整车成本的7%，其他部件约占整车成本的30%。在大飞机的价值构成中，机体结构占比30%-35%，动力系统发动机占比20%-25%，航电和机电系统占比25%-30%。



2.1 机体：主要采用碳纤维复材，低成本高效率的热塑性复材或为趋势

碳纤维复合材料是以树脂、陶瓷、金属等为基体，以碳纤维为增强体，复合而成的结构材料，是目前世界上最先进的复合材料之一，因其具有质轻、高强、耐腐、耐高温等优势，被广泛应用在新能源、航空航天、交通运输等领域。碳纤维复合材料以树脂基碳纤维复合材料为主，占据市场近90%的份额。航空航天和风力发电领域为树脂基碳纤维复合材料最大需求端，需求占比达50%。在航空航天领域，树脂基碳纤维复合材料常用于制造民用飞机发动机罩、副翼、阻力板以及舱门等，能够达到减重效果。

碳纤维复合材料根据最终产品的形态和特性，有多种固化成型工艺。目前，碳纤维复合材料固化工艺较为先进且流行的是热压罐工艺和RTM、VARI等液体成型工艺。



eVTOL复材使用占比70%以上，主要用于结构件和推进系统。eVTOL作为新兴的交通出行载体，对飞行器的结构重量有着严苛的要求。现今市面上能看到的所有eVTOL企业，几乎无一例外的使用复合材料作为主要的机体结构。eVTOL的复合材料占比达到70%以上，其中，超过90%的复材为碳纤维复材，约10%的复材以保护膜的形式使用玻璃纤维增强。

研究机构Stratview报告显示，在几乎所有飞行汽车项目中，约75%-80%的复合材料用于结构部件和推进系统；其次是内部应用，包括横梁、座椅结构等，占12%-14%；电池系统、航空电子设备和其他小型应用占剩余的8-12％。小鹏汇天X2整机重560千克，机身部分由100多个碳纤维零件制成，重量仅为85千克。



国内外航空复材结构件主要采用预浸料－热压罐工艺。部分eVTOL主机厂选择T700、T1100碳纤维材料，采用热压罐工艺制造飞行器主要机身部件。2022年7月，Overair宣布与东丽复合材料美国公司建立合作，采用东丽新一代T1100/3960碳纤维/环氧树脂预浸料建造试飞飞行器主要机身部件，如机身、部分机翼组件以及旋翼叶片，每个复合材料部件都采取人工铺放并通过热压罐固化成型。东丽公司提供的3960是一款高韧型177℃固化环氧树脂，其玻璃化转变温度为204℃，而Torayca T1100碳纤维是目前可实现应用的具有最高拉伸强度碳纤维。沃兰特研发中心指出复合翼eVTOL飞机相比传统固定翼飞机，结构上额外增加了多处电机臂，需要采用轻量化设计，尽量降低电机臂的重量，电机臂为eVTOL关键承载部件，除电机座外，电机臂上所有零件采用T700级碳纤维预浸料，采用热压罐工艺制造。



采用热压罐成型工艺的复合材料结构件，主要成本为制造成本。热压罐工艺制造的复合材料结构件，材料成本不到20%，制造成本占80%以上。



eVTOL材料需求牵引下，低成本、高效率、规模化制造是碳纤维复合材料的重要趋势，热塑性碳纤维复合材料前景广阔。目前热固性复合材料在行业中仍占据主导地位，与传统热固性复合材料相比，热塑性复合材料成型周期短、化学成分毒性小，且具有高韧性、高抗冲和损伤容限、预浸料存储期长、量产能力强等优点。热塑性碳纤维复合材料结合了碳纤维和热塑性树脂的性能优点，且成型后不发生化学交联，能够二次熔化和再成型，便于材料的回收及循环利用，解决了热固性碳纤维复合材料使用期满后的处理问题。eVTOL头部主机厂中，Jaunt Air Mobility是一家研制富含热塑性复材机型的公司，其愿景是制造99%可回收的飞机。Vertical Aerospace的VX4中使用的转子叶片、电池外壳、内饰和支架等部件都是使用热塑性预浸料制成的。日本东丽给出，UAM市场有望带动碳纤维复合材料需求增长，热塑性碳纤维复合材料基于其更低的成本和更高的生产效率，有望获得更快的增速。



民航复材结构件验证采用“积木式方法”，传统航空碳纤维复材厂商占据先发优势。民航复材结构件验证采用“积木式方法”，将飞机研制过程中的试验验证环节根据试验件尺寸的大小划分成试样试验、元件试验、结构细节试验、次部件试验和全尺寸结构试验5个级别。采用该方法可以减小试验风险和降低成本，同时使得复合材料设计和适航审定规范化，是目前在复合材料飞机结构研制中普遍采用的验证方法。由于“积木式方法”需要大量底层材料性能和试样级试验，传统航空碳纤维复材厂商占据先发优势。国外，碳纤维供应商包括日本东丽、美国赫氏、索尔维等，东丽已经与Joby和Lilium合作，这两家eVTOL主机厂属于行业头部厂商。美国赫氏公司和索尔维公司也是早期进入者，分别与Archer和Vertical Aerospace建立了合作。



国内，光威复材、吉林化纤、中复神鹰等碳纤维厂商，惠柏新材、上纬新材等树脂厂商，以及中航高科、中国恒瑞、安泰复材等碳纤维复材预浸料和零部件厂商拥有丰富的产业经验，多型产品可用于eVTOL飞行器，有望率先受益。



2.2 动力和能源系统：采用分布式电推进，能源系统以纯电为主

eVTOL采用分布式电力推进技术（DEP）。分布式电推进飞机是随着电动飞机发展而产生的，由电机驱动分布在机翼或者机身上的多个螺旋桨或风扇构成推进系统为飞机提供推力。DEP飞机利用推进-气动耦合效应，大幅改善飞机空气动力特性，减小机翼面积，从而降低飞机结构重量。多推进器的冗余能力为飞机提供更可靠的推力保障。



永磁同步电机是eVTOL电机首选。永磁同步电机（无刷直流电机）是高功率电机，具有功重比较大、效率高和可靠性高的特点。电机具有相对尺度近似无关性，总功率相同时单个大功率电机和多个小功率电机系统的功率密度和效率基本一致，采用多个小功率电机驱动较小直径风扇的分布式电驱动系统可以在保证总功率不变的前提下有效增大涵道比、提高动力装置的控制和容错性能。同时，小体积的电驱动系统能够更方便地融入机身，提高飞机气动效率。

飞机电推进系统中电机向更大功率、更高功率密度方向发展。Joby采用的电机峰值功率达236kW，重量仅28kg。罗罗公司电气部正在开发三款电推进装置，1）升力电机重量不到55kg，连续输出功率为150kW，最大扭矩为1600N·m；2）一款适用于第23/CS-23型通勤飞机的高功率、中速电动推进装置，功率水平320-400kW，电机重量不到160kg；3）一款全新设计的600-1200kW涡轮发电机，用于混合动力推进系统。涡轮发电机的功率重量比为4kW/kg。罗罗公司开发的eVTOL升力电机将用于Vertical公司的VX4 eVTOL。



电推进技术采用电能作为动力系统的部分或全部能源，包括油电混合动力、电池、燃料电池等，通过电机驱动升力和推进装置来提供飞行器所需的部分或全部动力，并通过顶层能量管理全面优化能量利用效率，有效降低飞行噪声和污染物排放。同时，电动力系统的功率特性对大气压力较弱的敏感性可显著增强动力系统的高原适应性，使电动垂直起降飞行器展现出较高的高原适用潜力。

目前，国内外eVTOL主要采用纯电动力。从在研项目看，对于短航程、垂直起降的航空器，采用纯电动的方案占主要份额。考虑到飞机续航能力需求，UAM市场对混合动力系统存在一定需求。



相比新能车电池，eVTOL要求电池具有更高的能量密度。当前电池单体电芯的能量密度最高水平在300Wh/kg左右，电池包能量密度约220Wh/kg，远低于航空燃油的比能量。电池的技术限制了飞行器的航程，因此，航空业对动力电池单元能量密度提出了明显高于电动汽车能量密度的要求（近期＞300Wh/kg，远期目标＞500Wh/kg）。此外，eVTOL独特的运行剖面和任务循环以及苛刻的运行环境对锂离子电池系统提出了更高的要求，为了应对紧急迫降需求，要在低电量状态下（如20%SOC）依然保有高功率放电能力；为了满足空中出租业务等频繁使用场景，目前行业普遍需求在少于15分钟内充电至80%。

目前采用三元锂电，未来可能采用固态、半固态、金属电池等。当前主流化学体系锂离子电池中，三元NCA（LiNi‐CoAlO2）电芯具有最佳的能量和功率性能，但成本较高、安全性较低；LFP（LiFePO4）电芯具有最高的安全性，但能量密度只有三元NCA和NCM电芯的一半；相比之下三元NCM（LiNiMnCoO2）电芯综合性能最佳，三元NCM电池为当前eVTOL使用最广泛的电池。



正力新能采用超高容量的多元正极和硅基负极，提升单位重量活性物质的电容量，实现高能量密度，其航空电池在满足铝壳形态下的320Wh/kg高能量密度的前提下，依然可以达到20%SOC低电量状态下的12C以上大倍率放电性能。目前液态锂电池已接近能量密度上限，半固态/凝聚态、全固态电池电池可以大幅提升能量密度和安全性。国轩高科、卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业等半固态电池单体能量密度达360Wh/kg及以上，宁德时代凝聚态电池能量密度达500Wh/kg。





2.3 航电系统：飞机的中枢神经系统

2.3.1 综合航电系统

航空电子系统（Avionics），简称航电系统，是飞机上所有电子设备的总和，常被形象地称之为飞机的中枢神经系统。航电系统作为现代飞机的重要组成部分，其设计水平直接影响飞机的安全性和可靠性，同时也影响飞机的经济性和舒适性。航电系统一般分为传感器系统（惯性导航系统、大气数据计算机、雷达、各种无线电导航接收机等）、控制系统（飞行控制系统、发动机控制系统等），以及作为人-机接口的综合电子显示系统。航空电子系统的主要功能包括飞行控制、通信、导航、监视、显示等。

不同类型的飞机根据其任务使命和应用环境不同，其航电系统的组成、功能和配置有一定区别。总体上看，航电系统主要功能是在飞机运行过程中，根据任务需要和环境特点，完成信息采集、任务管理、导航引导等基本飞行过程，为飞行机组提供基本的人机接口，保障飞机安全、可靠的完成相关任务。通常而言，军民用飞机通用的航空电子系统主要包括：

核心处理系统：以核心处理计算机、机载嵌入式实时操作系统和机载总线网络等为基础，完成机上设备的互联互通，为各项系统任务提供基本的处理平台。

综合显示系统：为机组人员提供全面、直观的飞行信息显示，如航向信息、姿态信息、高度信息、空/地速、位置信息、告警信息等，帮助机组人员准确及时地了解飞行状态和系统性能，从而更加安全高效地完成飞行操作任务。

通信系统：主要用途是使飞机与外部保持双向语音和数据传输，确保飞机与地面之间建立稳定的通信联络。

导航系统：通过多种导航传感器实时采集并解算飞机运行信息，为飞行中的飞机提供瞬时位置、方位等信息，从而引导飞机按照预定航线飞行。根据工作原理的不同，飞机导航系统又分为仪表导航系统、无线电导航系统、惯性导航系统等。

飞行管理系统：根据飞机的实际任务需要，完成飞行过程中的航迹预测、自动控制和性能优化等工作，确保飞机的飞行航迹和剖面能够满足执行相关任务的需要。

机载维护系统：实时接收、汇总和分析机上各系统提供的相关数据，及时发现、诊断和定位相关机载系统和设备的故障状况，并有针对性地制定并采取相关维护策略，保证飞机可靠运行。

基于飞机使用需求，通用飞机航电系统还可以扩展自动驾驶、广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance－Broadcast，ADS-B）、基于数据链的气象/交通监视、合成视景、无线电高度表、自动定向机、测距器、防撞告警系统（Traffic Alert and Collision Avoidance System，TCAS）、地形提示告警系统（Terrain Awareness and Warning System，TAWS）等功能。



目前国际上，美国在通用飞机航空电子领域居于领导地位，有多家企业可以提供完整的通用飞机航电系统货架产品。Garmin公司的G1000系统、Avidyne公司的Entegra系统、L3Harris公司的SmartDeck系统等均是具有代表性的航电系统。我国的通用航空研制体系还有不小的差距，国内通用飞机所使用的航电产品主要依赖进口，自主研发水平亟待提高。据公开报道目前有“海鸥”300飞机采用了国产航电系统，但在系统架构设计、小型化设计和低成本化设计等方面尚属起步阶段。

Garmin是通航飞机综合航电系统主要供应商。Garmin航电系统是现代小型飞机上普遍采用的一种航电系统，在全球各种通用飞机上的市场份额超过了90%，是通航飞机上标准配置的一种航电系统。在国内，由于Garmin航电系统操作简单、使用方便，已经广泛用于各轻小型飞机、直升机，涉及包括护林防火、飞播造林、紧急救援、空中旅游、航空摄影等各行业。

Garmin公司的G1000系统是目前应用最广泛的通用飞机航电系统，世界上大部分4-9座中小型通用飞机均装备该航电系统。G1000系统由两台或三台综合显示器（PFD/MFD）、2部综合无线电设备，以及大气机、航姿系统、S模式应答机、发动机/机身参数采集单元等外围传感器和飞机接口设备组成。系统以两台综合显示器和综合无线电设备为核心，外接大气、航姿、航管、飞机接口单元等设备构建整个系统。系统综合化程度高，综合显示器除了完成系统的集中显示控制功能外，还作为机载计算机，通过应用软件实现飞行管理、状态监控、合成视景等系统核心处理功能，实现显示控制与处理的综合；综合显示器之间采用分布处理、信息共享的处理架构；综合无线电设备集成了甚高频(Very High Frequency，VHF)通信、甚高频全向信标(VHF Omni－directional Range，VOR)、仪表着陆系统(Instrument Landing System，ILS)、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、自动驾驶控制以及传感器数据接口控制管理等功能；大气、航姿、导航、通信等系统主要功能及其数据传输路径均具有多余度设计，保证了系统的安全性；采用普通以太网作为骨干网络，设备数据传输采用ARINC429、RS485、RS232等高可靠低成本的常规系统总线，利于控制成本；系统具备良好的扩展性，综合无线电设备预留部分接口，可扩展连接测距器、自动定向机、防撞告警等设备。



在eVTOL行业，全球主流机载航电公司基本都和相关eVTOL主机厂达成合作。2021年，Joby宣布采用Garmin的G3000集成驾驶舱，Archer的Midnight eVTOL也采用Garmin的G3000集成驾驶舱；Avidyne航电和Beta、SkyDrive合作；泰雷兹主要合作对象是Eve；霍尼韦尔推出云化航电平台，主要的eVTOL整机合作商是韩国现代的Supernal和英国的Vertical。国内，昂际航电与沃飞长空签署战略合作备忘录，共同开发AAM航电系统。



2.2.2 飞控系统

飞行控制系统简称飞控系统，可以根据飞行员的操纵指令、飞机飞行状态和环境参数，控制飞机机翼、舵面等，实现飞机稳定飞行和精确机动。目前，小型无人机的飞控系统和民航飞机及军用大型无人机的飞控系统均有成熟的解决方案。

飞控系统是eVTOL最核心的子系统之一，技术难度较大。eVTOL主要依赖飞控系统实现飞行器的感知、控制和决策。eVTOL的飞行控制技术相比小型无人机或民航飞机更加复杂，需要解决基于多旋翼垂直起降、基于常规固定翼水平飞行以及垂直-水平两种飞行模态的平稳切换等技术难题，并且平衡好eVTOL市场化过程中对飞控系统产生的轻量化、经济性、适航等现实需求。目前的电传操纵系统主要应用于民航客机上，但是eVTOL机型的最大起飞重量多为一两吨，在整机重量、体积小得多的情况下，再加上旋翼类飞机是静不稳定的，必须在本就小巧的机身上加配飞控计算机和IMU等传感器，对飞控系统的体积和重量提出了更苛刻的要求。

eVTOL对飞控系统有低成本要求。eVTOL与传统民航客机有着明显不同的使用场景，作为一种新型的中短途空中交通工具，更侧重于在城市客运(UAM)、区域客运(RAM)、货运、个人飞行器、紧急医疗服务等非长距离场景的应用。在追求高效率的同时，还需要做到可以面向大众市场的低成本。与民航客机动辄几百万美金的飞控系统预算不同，eVTOL的飞控系统提供商需要让产品和服务匹配eVTOL的成本结构。小型的电子零部件甚至车规级部件的使用、更先进的仿真系统、MBD（Model Based Design）等新技术及工具的引进使得更低成本的飞控系统成为可能。

适航要求飞控系统需要具有高可靠性。适航要求eVTOL主机厂必须选择可适航的高可靠性的飞控系统。

国外航空飞控系统厂商包括泰雷兹、BAE System等。泰雷兹是航空飞控系统领先厂商，公司称超过12000架飞机配备了其FlytRise飞行控制系统，日本eVTOL制造商SkyDrive也将采用其FlytRise飞行控制系统。2022年，BAE System和Supernal宣布达成协议为Supernal的eVTOL飞行器设计开发飞控计算机。

国内飞控供应商主要有两类，一类是老牌飞控系统供应商，以军工单位、研究所及高校为主，包括中航工业618所、航天、北航、南航等；另一类是新兴的民营企业，包括边界智控、致导、创衡、翔仪等。国内eVTOL主机厂御风未来采用自主研发的飞控系统。

2.3.3 导航系统

导航系统是飞行器核心子系统之一，不仅为飞行器提供姿态、方位、速度和位置的信息，还提供飞行器的加速度和角速率，用于飞机的正确操纵和控制。

导航系统的最关键的指标是精度和可靠性，这两个指标的提升一般有个途径：

1）采用更高级别的传感器，提升传感器的精度和可靠性；传统民航客机多采用这一途径，使用三套独立的大气数据惯性参考单元组成大气数据惯性参考系统(Air Data Inertial Reference System, ADIRS)，每一个传感器都是具备高精度和高可靠性。这种方法的优点是算法和软件简单，满足软件的适航较为容易，但价格昂贵。

2）采用组合导航，组合多种不同工作原理的传感器，形成一套可靠性和精度都远高于单一传感器的组合导航系统。导航传感器/子系统的种类较多，如惯导系统(INS)、卫星导航(GNSS)、磁罗盘、空速计、气压高度表/雷达高度表等。目前eVTOL主流方式是采用MEMS传感器、GNSS等，通过数据融合算法提升性能和鲁棒性以满足飞机对于导航系统的要求，例如边界智控提出基于INS/MAG/ADS/GNSS构成的组合导航系统。INS是组合导航的核心，由加速度计和陀螺仪组成，战术级MEMS已经具备较好的性能，可满足eVTOL的基本需求。



eVTOL导航系统有低成本要求，体积、重量、功耗等限制下技术难度较高。传统航空产业的组合导航系统过于昂贵，动辄上百万的价格无法满足eVTOL成本结构的需求。同时，eVTOL飞机空间和电量有限，对组合导航系统的体积和功耗要求比传统民航高。低沉本要求和体积、重量、功耗等限制下，开发适合eVTOL的组合导航技术难度较高。此外，eVTOL飞行空域较民航客机更加复杂，有更多干扰因素，机队规模和密度也会大幅度提升，对单机智能化提出了更高要求。

2.3.4 通信系统

在民航飞机中，航空空地通信系统按服务对象的不同，可分为驾驶舱通信系统、客舱通信系统；按通信体制不同，可分为基于卫星中继模式的空地通信系统、基于ATG地面基站模式的空地通信系统。

驾驶舱通信系统：飞机驾驶舱内的飞行员与地面管制员之间的通信一般使用甚高频无线电（VHF）和高频无线电（HF）。甚高频通信系统的有效作用范围较短，只在目视范围之内，作用距离随高度变化，也是目前民航飞机主要的通信工具，用于飞机在起飞、降落或通过控制空域时机组人员与地面管制人员的双向语音通信。遇到险情时，也可通过甚高频向地面发出求救信号。

基于卫星中继的空地通信系统：卫星通信模式是指飞机飞行过程中，通过接收无线卫星通信信息，实现机舱旅客空中上网的解决方案。

基于地面基站的空地通信系统：AGT地面基站模式是在飞机航路航线下架设数个地面基站，地面AGT基站向高空发射无线网络信号，飞机用安装在腹舱ATG接收器接收无线信号，飞机在航路上飞行，一路接收地面ATG基站发射的无线信号，实现机舱旅客空地互联无线上网及飞机机组飞行信息与地面互联。

低时延、高稳定的通讯链路是保障eVTOL航空器在复杂城市低空环境下安全运行的有效前提条件。相比较甚高频通信系统（VHF）、卫星通信等传统航空通信方式，地面移动通信中的5G毫米波蜂窝数据链路在低成本、高可靠、广覆盖等方面具备突出优势。eVTOL在低空空域飞行，更适合于基于5G/5G-A地面通信基站的通信模式。未来，随着卫星互联网的发展，地面基站与卫星互联网可协同满足eVTOL对通信的需求。此外，适航性要求，所有按照中国民航规章第23部适航的飞机，均至少配置双套VHF电台。



2.3.5 大气数据系统

飞行器大气数据传感技术是用于测量表征飞行器运动与来流空气相互关系的，包括飞行器运动时所处的静态大气压力（静压）、来流冲击压力（总压），所处环境的大气温度，机体与气流之间的夹角（攻角、侧滑角）等。飞行器的速度和压力高度等关键飞行参数依赖于这些压力测量，因此，大气数据必须要准确可靠。



泰雷兹是全球头部航空大气数据系统供应商，向全球客户交付了超过5万个航空数据单元/模块，累积了数百万飞行小时。泰雷兹开发的适用于飞机、直升机和eVTOL的大气数据系统，采用内部MEMS压力传感器，在低速下具有高精度，并且具有质量轻、功耗低的优势。Eve和Wisk等eVTOL厂商均采用了泰雷兹的大气数据系统。

2.3.6 健康和使用监测系统

健康和使用监测系统（HUMS）是一个集机载航空电子设备、直升机故障诊断与预测算法、地面维护支持与管理于一体的系统。HUMS在直升机中用于监测轴承和其他关键部件的状况，通过提供故障预警，允许操作员在其他计划维护活动期间主动更换组件，从而提高安全性并减少停机时间。

HUMS系统主要由机载设备和地面配套设备两部分组成，机载设备主要包括数据采集与处理单元以及各类（振动、转速、旋翼轨迹等）传感器，地面配套设备有地面分析系统、手持终端设备等。HUMS系统主要功能包括：数据采集与监控功能、旋翼锥体动平衡及机身振动监测功能、传动系统振动健康监测功能、发动机健康监测功能、使用监测功能、超限告警功能、记录直升机规定的各类超限告警信息以及实时数据传输功能等。

几乎所有欧美制造商新研/改型的运输类旋翼航空器都安装有HUMS系统。实践表明HUMS系统在保证直升机飞行安全、提高其维修性和减少维修费用等方面，具有极好的效费比。欧洲很多国家已通过运行规章要求运输类载客的旋翼航空器强制安装HUMS系统。

代表性的HUMS系统包括已被广泛应用于型号中的GENHUMS、IMDHUMS、ZingHUMS等成熟产品，以及Honeywell公司的RECON（能够进行实时数据传输）、空客直升机公司的FlyScanTM（能够基于大数据分析进行智能故障诊断与预测）等新一代HUMS产品。

在eVTOL领域，GPMS的HUMS系统Foresight MX已被选用于Beta Technologies的Alia eVTOL原型机。Lilium与Plantir合作开发飞行器健康监测平台，通过软件保障eVTOL飞行器安全、高效运行。

2.3.7 感知和避撞系统

飞行器在城市环境中飞行时，一些高层楼宇和建筑物将不可避免的对飞行过程产生影响，需要考虑城市低空域复杂场景下的飞行安全问题。eVTOL可以载人飞行，在系统设计上需要考虑乘客安全，除了通过保障飞行器结构的可靠性外，飞行器是否具备避障功能也是决定安全性的关键因素。

传统的民航飞机主要通过“空中交通警戒与防撞系统”（TCAS）和“地面迫近警告系统”（EGPWS）两个系统相互配合实现避障。TCAS针对其他飞机，由自身飞机发送询问信号，其他飞机检测到信号后反馈应答信号，再通过机载计算机进行数据计算得出相对位置信息，但是TCAS的配套设备复杂，维护费用高，没有经济性优势，只能给出警告信息，需要飞行员配合执行；EGPWS将飞机的飞行数据与提前导入机载计算机的地形数据进行比较，为飞行员提供警告提示，缺点是环境地图无法实时更新，不能满足城市低空域存在建筑楼宇等障碍物时执行避障动作所需的精度要求。

霍尼韦尔、L3Harris等开发eVTOL感知和避撞系统。L3Harris正在开发感知和避撞(detect-and-avoid，DAA)系统，以更好地确保安全飞行。其将空中交通警戒与防撞系统（TCAS）、广播式自动相关监视系统(ADS-B)、应答器和地形感知与距离测量设备、雷达和其他传感器系统等附加功能集成。系统将为飞行员提供飞行期间交通和障碍物的整体视图，提供更好的态势感知能力。2022年，霍尼韦尔宣布其DAA雷达系统RDR-84K测试成功，可以在没有人工干预的情况下执行回避功能。霍尼韦尔的RDR-84K系统将支持eVTOL应用。Iris Automation的DAA系统基于多摄像头，利用计算机视觉技术提供完整的360°径向检测能力。

2.3.8 其他机载系统或设备

紧急定位发射器：紧急定位发射器（Energency Locator Transmitter，ELT）用于飞机遇险后发射搜救信号,帮助搜救人员确定事故位置并展开针对性的救援。如果飞机是正常降落，ELT不会打开；当飞机受到巨大外力撞击或触水时，一般位于机身后方的ELT装置会自动开启并发射信号，持续时间一般不少于24小时，国际卫星搜救组织的卫星系统可以接收信号。Heico的子公司Dukane Seacom披露其ELT型号DK-406-AF获得了eVTOL市场的很大份额。

无线高度计：无线电高度计（Radio Altimeters）输出的高度数据是飞行中的重要参数之一，该数据用于着陆飞行阶段。同时，空中交通警戒与防撞系统（TCAS）、地形指示和警告系统（TAWS）和风切变（Windshear）等其他系统也会用到无线电高度数据。

三

eVTOL配套商：传统航空头部供应商先发优势显著

载人飞行器具有严格的适航审定要求，传统航空头部供应商拥有丰富的经验积累和适航取证经验，先发优势显著。国外eVTOL主机厂如Lilium、Vertical、Eve等多与传统航空头部供应商合作，以加快自身产品研发和适航取证。

（1）Lilium

Lilium拥有强大的供应商体系，合作厂商为航空航天领域头部供应商。Lilium官网披露，其eVTOL的航电和飞控计算机由霍尼韦尔提供，航空结构件由Aciturri和Aernnova生产，座椅由Expliseat生产，内饰灯和地板由DIEHL提供，引擎轴和浆叶由Aeronamic生产,轮胎采用Michelin，接收器系统采用Collins Aerospace，窗户和风挡由Saint-Gobain提供，起落架、机轮和支柱由Magroup提供，能源管理系统由Astronics提供，电源由Customcells提供，发动机电子马达由Honeywell和Denso提供，电气互联系统采用GKN Automotive，电动机轴承采用SKF的，大气数据系统由Aerosonic提供。



（2）Vertical Aerospace

与Lilium相同，Vertical的航电和飞控系统也由霍尼韦尔提供，韩华集团提供机电驱动器。Vertical采用罗罗公司的推进系统和Molicel的电池，采用Syensqo的复合材料，并由Leonardo为其制造机体。



（3）Eve Air Mobility

Eve Air Mobility研制的eVTOL采用复合翼构型，拥有8个用于垂直起降的专用螺旋桨和用于巡航飞行的固定翼。Eve已开始组装首个全尺寸eVTOL原型机，将于2024年进行测试。Eve的eVTOL计划于2026年开始交付并投入使用。Eve选择了Garmin、利勃海尔、霍尼韦尔、泰雷兹、Intergactic、FACC、日本电产航空航天公司、DUC Hélices Propellers、RECARO、BAE System等作为子系统、设备或零部件供应商。



四

投资建议

eVTOL区别于常规飞机的主要技术特点包括可以实现垂直起降、采用分布式电力推进以及运用全电/混合动力技术。得益于电动机、电池和自动化技术的发展，与常规直升机相比，eVTOL更加低碳环保、噪声更低、自动化等级更高，并由此产生了运行成本低、安全性和可靠性高的优势。随着城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）的兴起，引起了eVTOL的研制热潮。据统计，目前全球已有百余家eVTOL企业。

eVTOL产业链较长，主机厂主要承担的是整机研发和集成的任务。eVTOL的核心子系统主要包括机体、综合航电系统、飞控系统、能源系统、动力系统以及电气系统六大类。根据Lilium的数据，其eVTOL成本中，推进系统占比约40%，结构和内饰占比约25%，航电和飞控占比约20%，能源系统占比约10%，装配件占比约5%。

目前，国内亿航智能的EH216-S飞行器已取得中国民航局TC、PC许可；峰飞航空V2000CG货运版eVTOL取得中国民航局TC许可；沃飞长空、峰飞航空、沃兰特、时的科技、小鹏汇天、御风未来等主机厂多款eVTOL飞行器型号已申请中国民航局CAAC或欧洲航空安全局EASA适航认证，有望陆续取得TC、PC。国内多款eVTOL飞行器型号有望陆续进入批量生产。

产业链相关标的包括：1）低空基建相关标的莱斯信息、中科星图、国睿科技、四创电子、深城交、四川九洲、海格通信、纳睿雷达、航天南湖、泰豪科技、川大智胜等；2）传统/eVTOL飞行器相关标的亿航智能、中直股份、万丰奥威、卧龙电驱、应流股份、光威复材、吉林化纤、中航高科、高华科技、烽火电子、芯动联科、航新科技、安达维尔等；3）飞行器运营和模拟飞行相关标的中信海直、海特高新等。









风险提示

低空经济相关支持政策不及预期；UAM相关基建配套不及预期；eVTOL研发、取证、量产进展不及预期；eVTOL的OEM厂商给出的商运财务模型过于乐观等。

报告信息

证券研究报告《中邮证券-低空经济专题之三：eVTOL详细拆解》

对外发布时间：2024年5月9日

报告发布机构：中邮证券有限责任公司

分析师:鲍学博 SAC编号:S1340523020002

分析师:马强 SAC编号:S1340523080002



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