通過新(xin)技術賦能(neng)，發(fa)展(zhan)以電(dian)動(dong)垂直起降(jiang)航(hang)(hang)空器（eVTOL）為代表的(de)(de)低空經(jing)濟，是(shi)未(wei)來航(hang)(hang)空高(gao)(gao)端(duan)化智能(neng)化綠色化的(de)(de)發(fa)展(zhan)方向，是(shi)安(an)全(quan)高(gao)(gao)效環保的(de)(de)綜合(he)立(li)體交通和低空融合(he)飛行的(de)(de)主要(yao)內容，是(shi)全(quan)球爭相(xiang)布局、積極搶占發(fa)展(zhan)制高(gao)(gao)點的(de)(de)重要(yao)領域。
中(zhong)國無(wu)人機(ji)產業(ye)創新聯盟聯合騰(teng)訊研究院組織相關領域的國內(nei)外專家(jia)編寫了《中(zhong)國低空經濟產業(ye)》系列(lie)報(bao)告(gao)，報(bao)告(gao)闡述了行業(ye)發展現狀、挑戰與機(ji)遇，今天給大(da)(da)家(jia)分(fen)享一下(xia)報(bao)告(gao)的eVTOL技術發展趨(qu)勢(shi)，歡(huan)迎大(da)(da)家(jia)查(cha)閱，也歡(huan)迎大(da)(da)家(jia)進群(qun)交流探討(tao)。
技術(shu)層面(mian)的(de)(de)分(fen)析(xi)，騰訊研(yan)(yan)究院對(dui)主(zhu)流(liu)eVTOL廠商、科研(yan)(yan)機(ji)構和高校、行業主(zhu)管單位等提(ti)出的(de)(de)eVTOL技術(shu)發展趨勢進行了梳理、分(fen)析(xi)研(yan)(yan)究。將近期內可以對(dui)行業產生較大影響的(de)(de)技術(shu)趨勢匯總介紹(shao)如下。
備注：受限于篇幅，以上僅列(lie)出部分eVTOL的(de)關鍵技術。
近期影響(xiang)eVTOL產業發展的(de)關鍵技術預測(ce)，資料來源：騰訊(xun)研(yan)究(jiu)院(yuan)
1.矢量推(tui)進型(xing)(xing)eVTOL將成為主流構型(xing)(xing)技術路(lu)線 ?
矢量推(tui)進(jin)型(xing)(xing)（Tilt-X）eVTOL 的(de)(de)旋翼以(yi)(yi)可(ke)傾(qing)轉的(de)(de)方式兼顧懸(xuan)停和巡航(hang)，在不(bu)同飛(fei)行階(jie)段(duan)采用不(bu)同的(de)(de)推(tui)進(jin)方式。它因為存在過渡狀態(tai)過程(cheng)，增加了(le)總體(ti)設計的(de)(de)復(fu)雜性，犧牲(sheng)了(le)一定的(de)(de)安全性和可(ke)靠(kao)性。但矢量推(tui)進(jin)型(xing)(xing)eVTOL可(ke)實現(xian)更(geng)高(gao)的(de)(de)飛(fei)行速度(du)和更(geng)遠(yuan)的(de)(de)航(hang)程(cheng)。更(geng)大的(de)(de)航(hang)程(cheng)可(ke)以(yi)(yi)讓運營商的(de)(de)業務模式有更(geng)大的(de)(de)靈活度(du)，更(geng)少的(de)(de)充電次數(shu)帶來更(geng)高(gao)的(de)(de)任(ren)務響(xiang)應速度(du)和日利(li)用率；更(geng)高(gao)的(de)(de)飛(fei)行速度(du)意味著可(ke)以(yi)(yi)進(jin)入(ru)更(geng)多時效性任(ren)務市場，如應急救援、醫療救援。
Lilium矢量推進(jin)型(xing)（Tilt-X）eVTOL 圖源官網
當前，eVTOL在醫(yi)療救援市場被詬病的一(yi)點就是巡(xun)航飛行速度大大低(di)于(yu)常規直升機(ji)。隨著(zhu)技術(shu)的進(jin)步以(yi)及產業界(jie)對電(dian)動(dong)航空器設計理解(jie)的加深，工(gong)程(cheng)技術(shu)實力雄厚(hou)的頭(tou)部廠商(shang)將(jiang)大幅度提高矢量推進(jin)型eVTOL的可靠性，這種eVTOL屆時也將(jiang)成(cheng)為主(zhu)流(liu)構(gou)型。
2.應用涵道風扇(shan)設計的機型進一步增加
涵道(dao)風(feng)(feng)扇(shan)設計有(you)很(hen)多(duo)優(you)點，如對航空(kong)器附(fu)近人員提供保(bao)護、涵道(dao)環括作用有(you)利(li)于(yu)降噪設計和城市場景運行、涵道(dao)能夠在螺旋(xuan)槳的(de)流場中(zhong)產生(sheng)可觀的(de)附(fu)加拉(la)力進而(er)提高動力系統(tong)的(de)效能；但是，涵道(dao)風(feng)(feng)扇(shan)也有(you)很(hen)多(duo)不足和設計難點，阻礙了它(ta)的(de)應用推廣。
涵(han)道(dao)風扇會占用額外(wai)的(de)結構重(zhong)量，而它(ta)又對(dui)強度和(he)剛度要求很(hen)高，這就(jiu)造成了(le)制造成本(ben)和(he)難度的(de)問題。部分廠商(shang)將涵(han)道(dao)集成到機(ji)體或機(ji)翼上，讓兩(liang)者結構融合，降低重(zhong)量、提高剛性和(he)強度，典型的(de)如Ascendance Atea、Horizon Cavorite X5/X7、AirMule。
此外，涵(han)道(dao)轉子與(yu)涵(han)道(dao)壁的(de)(de)間(jian)(jian)隙(xi)要求非(fei)常(chang)高（轉子半徑的(de)(de)1%，甚至更小(xiao)）因(yin)為槳-涵(han)道(dao)間(jian)(jian)隙(xi)是(shi)系(xi)統的(de)(de)關鍵參(can)數，決定了涵(han)道(dao)的(de)(de)環(huan)括作用大(da)小(xiao)，間(jian)(jian)隙(xi)越小(xiao)則效(xiao)率越高，實際間(jian)(jian)隙(xi)大(da)小(xiao)是(shi)在(zai)成(cheng)本(ben)與(yu)效(xiao)率之間(jian)(jian)平衡的(de)(de)結果(guo)。它就(jiu)造成(cheng)涵(han)道(dao)的(de)(de)設(she)計(ji)、制造和(he)維護要求遠高于開放式螺旋槳，進而(er)非(fei)常(chang)考驗(yan)eVTOL整機(ji)設(she)計(ji)團隊實力和(he)供應鏈的(de)(de)能力。這(zhe)也(ye)是(shi)當前涵(han)道(dao)類eVTOL企業較(jiao)少(shao)的(de)(de)原因(yin)之一(yi)，但隨著行(xing)業發展(zhan)，很多問(wen)題將(jiang)得到緩解。
再就是(shi)涵道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)阻(zu)力問題，槳(jiang)盤(pan)位置對涵道(dao)(dao)(dao)風扇系統氣(qi)動(dong)特性的(de)(de)影響體現在(zai)氣(qi)流(liu)品質(zhi)和(he)槳(jiang)-涵道(dao)(dao)(dao)間隙2個方(fang)面(mian)(mian)。合適的(de)(de)槳(jiang)盤(pan)位置應處于間隙盡可(ke)能小、且距(ju)離唇口相對較遠，以保證涵道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)良好環括(kuo)及整流(liu)作用。則涵道(dao)(dao)(dao)壁截面(mian)(mian)的(de)(de)增大，會造(zao)成全機浸(jin)潤面(mian)(mian)積(ji)增大和(he)阻(zu)力增大；采(cai)用數(shu)量(liang)很大的(de)(de)嵌(qian)入式涵道(dao)(dao)(dao)，是(shi)一個解決(jue)思路(lu)。Lilium Jet在(zai)100m距(ju)離處的(de)(de)噪音水(shui)平預(yu)測降低了6dB(A)，相同(tong)基礎設施的(de)(de)乘客吞吐量(liang)幾乎提高4倍，這是(shi)涵道(dao)(dao)(dao)風扇設計優勢的(de)(de)一個案例。
3.電力推進系統(tong)向(xiang)更高效、更輕量、更安全的方向(xiang)發(fa)展(zhan)
eVTOL通常采用分(fen)布式電推進系統(tong)，能有(you)效(xiao)提升航空器(qi)的氣動(dong)效(xiao)率(lv)、運載能力、環保型和魯
eVTOL電推進系統的優(you)勢，資(zi)料來源：騰訊研(yan)究(jiu)院
電推(tui)系統未(wei)來將向(xiang)(xiang)更(geng)高(gao)(gao)(gao)效、更(geng)輕量、更(geng)安全的方向(xiang)(xiang)發(fa)展，具體(ti)而言，包括：高(gao)(gao)(gao)壓(ya)平臺的應用和(he)普(pu)及(ji)，提高(gao)(gao)(gao)電壓(ya)降低線束直徑(jing)(jing)，進一(yi)步提高(gao)(gao)(gao)功率元器件IGBT的效率，軸向(xiang)(xiang)磁通電機(ji)取代(dai)徑(jing)(jing)向(xiang)(xiang)磁通電機(ji)以降低體(ti)積和(he)重量，提高(gao)(gao)(gao)電源(yuan)模(mo)塊(kuai)和(he)驅(qu)動(dong)模(mo)塊(kuai)的效率等。
4.電池技(ji)術不斷(duan)突破、性能全面提升
目前絕(jue)大多數eVTOL機型(xing)都采用成熟的(de)、功(gong)率密度(du)較高的(de)鋰(li)電池。它能在現有約束條件下，在重(zhong)量、安全特性(xing)、航(hang)程性(xing)能、適航(hang)取證(zheng)進度(du)、成本(ben)之(zhi)間獲(huo)得較好折中。
從(cong)長期(qi)(qi)看，氫(qing)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池的(de)能(neng)量密度可以達到鋰(li)電(dian)(dian)池的(de)百倍，但是，氫(qing)能(neng)產業鏈條(tiao)和生態建設慢于純(chun)電(dian)(dian)路(lu)線，制氫(qing)、儲運等存在很多問題。氫(qing)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池瞬間放電(dian)(dian)能(neng)力較差，并不太適eVTOL這種(zhong)瞬時功(gong)率要求(qiu)高的(de)場(chang)景。總之，短期(qi)(qi)內氫(qing)電(dian)(dian)/氫(qing)內燃(ran)(ran)機路(lu)線應用不會太多。
典型的頭部廠商考(kao)慮選擇(ze)清(qing)潔能源動力形式的比較(jiao)。數據來源：Lilium Battery Webinar，2023年11月(yue)
現在(zai)和未來(lai)一(yi)段時(shi)(shi)間(jian)內，電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)(liang)密(mi)度遠(yuan)不能(neng)與傳統航空燃(ran)油相比，現有的(de)(de)較高能(neng)量(liang)(liang)密(mi)度的(de)(de)電(dian)池(chi)包括Lilium Jet所使用的(de)(de)IonBox的(de)(de)硅陽(yang)極鋰電(dian)池(chi)，電(dian)芯(xin)能(neng)量(liang)(liang)為330Wh/kg；寧德時(shi)(shi)代在(zai)研的(de)(de)凝(ning)聚態電(dian)池(chi)，能(neng)達(da)到500Wh/kg，但(dan)預計商用還需要1-2年。
由于能量密度(du)(du)低，電(dian)池(chi)包重量過(guo)大，現有(you)eVTOL航空器(qi)(qi)普遍存(cun)在有(you)效荷載、航程和(he)續(xu)航時(shi)(shi)間(jian)的(de)局限(xian)。電(dian)池(chi)循環數(shu)和(he)壽(shou)命(ming)、充(chong)電(dian)時(shi)(shi)間(jian)特性(xing)也(ye)嚴(yan)重限(xian)制了eVTOL航空器(qi)(qi)高(gao)(gao)頻率起降(jiang)和(he)增加運行成本。未來主機和(he)電(dian)池(chi)開(kai)發廠(chang)商(shang)將(jiang)綜合(he)權衡能量密度(du)(du)、放(fang)電(dian)功率、充(chong)電(dian)時(shi)(shi)間(jian)、循環數(shu)和(he)壽(shou)命(ming)、安全特性(xing)等(deng)指標(biao)，逐步提高(gao)(gao)鋰電(dian)池(chi)性(xing)能；廠(chang)商(shang)也(ye)將(jiang)開(kai)發新(xin)的(de)電(dian)池(chi)類(lei)型，如固(gu)態電(dian)池(chi)。
鋰(li)離(li)子電池(chi)(chi)自20世紀90年代(dai)(dai)發(fa)明以(yi)來得到廣(guang)泛應用(yong)，在(zai)(zai)成(cheng)本(ben)和性能(neng)(neng)之(zhi)間有較好(hao)的平衡。但由(you)于其性能(neng)(neng)限制以(yi)及環(huan)境(jing)和供應鏈問題(ti)，下一代(dai)(dai)電池(chi)(chi)技(ji)術(shu)仍(reng)在(zai)(zai)不斷發(fa)展和創新(xin)。鋰(li)電產(chan)業基本(ben)上由(you)中日韓三國(guo)(guo)占(zhan)據(ju)產(chan)能(neng)(neng)絕對主導(dao)地位，其它工業強國(guo)(guo)則試圖在(zai)(zai)新(xin)一代(dai)(dai)電池(chi)(chi)技(ji)術(shu)上進行突(tu)破(po)，搶占(zhan)產(chan)業發(fa)展先發(fa)優勢(shi)。
主要工業發達國家(jia)和地區的固態電池國家(jia)發展戰略(lve)概況
固態(tai)電池(chi)(chi)(chi)被普遍認為(wei)是下一(yi)代電池(chi)(chi)(chi)技術，被美國、歐(ou)盟、韓國和(he)日本等主要(yao)工(gong)業發達國家和(he)地(di)區列為(wei)國家發展(zhan)戰略。固態(tai)電池(chi)(chi)(chi)利(li)用(yong)固態(tai)電解質(zhi)（SSE）取代了易燃(ran)的有(you)(you)機(ji)液體電解質(zhi)，理論(lun)上(shang)更安全；SSE還可(ke)以與傳統鋰離子電池(chi)(chi)(chi)中(zhong)不(bu)用(yong)的其他陰(yin)極(ji)和(he)陽極(ji)材料(liao)配對，與高(gao)壓陰(yin)極(ji)材料(liao)及高(gao)容量(liang)鋰金屬陽極(ji)兼容，有(you)(you)可(ke)能使能量(liang)密度超(chao)過1000Wh/L。固態(tai)電池(chi)(chi)(chi)循環壽命更長、更耐(nai)用(yong)、工(gong)作溫度范圍更寬(kuan)、堆疊緊密、電池(chi)(chi)(chi)設(she)計(ji)簡化、機(ji)械特(te)性可(ke)能更靈活。
5.態(tai)勢感知與空中避障技(ji)術逐漸應用(yong)于城市空中交通
城(cheng)市空中交通運行(xing)(xing)環(huan)(huan)(huan)境(jing)復(fu)雜，面(mian)臨城(cheng)市地(di)形地(di)貌復(fu)雜、建筑物及(ji)附(fu)屬設施眾(zhong)多、局部氣象條件多變、電磁環(huan)(huan)(huan)境(jing)惡劣、低空鳥(niao)群飛行(xing)(xing)等(deng)情況(kuang)。為應對(dui)這些挑(tiao)戰(zhan)，eVTOL飛行(xing)(xing)器需要感知周圍環(huan)(huan)(huan)境(jing)（如其他飛行(xing)(xing)器、地(di)面(mian)障(zhang)(zhang)礙物、天氣狀況(kuang)等(deng)）并(bing)根據環(huan)(huan)(huan)境(jing)信息做出相應決策。它需要有更(geng)強的態勢(shi)感知和空中避障(zhang)(zhang)技術支撐(cheng)，包括障(zhang)(zhang)礙物探測和分(fen)類(lei)、障(zhang)(zhang)礙物定位及(ji)路徑預(yu)測與碰撞風險(xian)分(fen)析(xi)、避障(zhang)(zhang)策略選擇和航線重(zhong)新規劃(hua)等(deng)技術，涉及(ji)感知傳感器、多源信息融合、智能目標(biao)識別、障(zhang)(zhang)礙物危險(xian)評(ping)估與避障(zhang)(zhang)決策等(deng)專業領域。
傳統通用(yong)(yong)航(hang)空(kong)(kong)器加裝ADS-B、TCAS等設(she)(she)備(bei)(bei)實現自(zi)(zi)動安(an)全(quan)間隔保持、規避(bi)(bi)周(zhou)圍危險；而在未來復雜空(kong)(kong)間環(huan)境下、大空(kong)(kong)中(zhong)交(jiao)通流(liu)的運行(xing)將難以達到必(bi)要安(an)全(quan)標準。很多(duo)研究機構和(he)廠商已經在探(tan)索基于UWB、激(ji)光雷(lei)達、視(shi)覺避(bi)(bi)碰(peng)、4D雷(lei)達、合成孔徑雷(lei)達、5G-A/智能物聯網(wang)、氣象激(ji)光雷(lei)達等設(she)(she)備(bei)(bei)和(he)基礎設(she)(she)施的新(xin)一代(dai)態勢感知(zhi)與空(kong)(kong)中(zhong)避(bi)(bi)障技術(shu)的研發、驗(yan)證和(he)試點應用(yong)(yong)。有一些通用(yong)(yong)性技術(shu)，如根據幾何空(kong)(kong)間相對運動矢量進行(xing)避(bi)(bi)障決策、利用(yong)(yong)無(wu)碰(peng)撞路徑規劃(hua)代(dai)替避(bi)(bi)障決策、基于AI的目標視(shi)覺識別，已經在汽車自(zi)(zi)動駕駛(shi)和(he)避(bi)(bi)碰(peng)、無(wu)人機自(zi)(zi)動駕駛(shi)和(he)避(bi)(bi)碰(peng)等領域有了廣泛的應用(yong)(yong)，也向城市空(kong)(kong)中(zhong)交(jiao)通應用(yong)(yong)場景(jing)延伸(shen)。
6.智能(neng)駕駛技(ji)術實現(xian)自(zi)主飛(fei)行任重而道遠
新(xin)一(yi)代汽(qi)車技(ji)術類似，eVTOL也強(qiang)調高(gao)度(du)智(zhi)能(neng)化、自主化的特性。智(zhi)能(neng)駕駛技(ji)術是eVTOL實現智(zhi)能(neng)化和自主化飛行(xing)(xing)的核(he)心，這包括使用先(xian)進的飛行(xing)(xing)控制系統進行(xing)(xing)起飛、飛行(xing)(xing)和降落，以及在(zai)復雜氣(qi)象條件下的自動駕駛。
eVTOL采用視覺、激光(guang)雷(lei)達、4D雷(lei)達/毫米波雷(lei)達等傳感器技術(shu)，以及新(xin)一(yi)代通訊技術(shu)增強環境(jing)態(tai)勢感知(zhi)能力，實現多源信息融(rong)合(he)，通過AI、大數據(ju)、云計算、高(gao)性(xing)能機載芯(xin)片對環境(jing)信息分析處(chu)理(li)，形成飛行決策。
小鵬(peng)匯天飛行器空中自動駕駛(shi)及感知避障 圖源官微(wei)
各大(da)廠商普遍強調逐步通過(guo)有人(ren)駕駛(shi)、有人(ren)駕駛(shi)+簡化(hua)航空(kong)器(qi)操縱（SVO）、半(ban)自(zi)主(zhu)飛(fei)行，最終實現(xian)eVTOL航空(kong)器(qi)完全(quan)自(zi)主(zhu)飛(fei)行。不過(guo)，實現(xian)自(zi)主(zhu)飛(fei)行還需要相當長的一個過(guo)程，進度(du)相對較快的Wisk Aero計劃在(zai)2028年試運行eVTOL載(zai)人(ren)自(zi)主(zhu)飛(fei)行。
7.低空交通數字化(hua)體系建設(she)提速
低空(kong)(kong)(kong)經濟的(de)(de)(de)發(fa)展和推進(jin)依賴于底層各類低空(kong)(kong)(kong)交(jiao)通(tong)基礎(chu)設(she)施(shi)的(de)(de)(de)建(jian)設(she)，低空(kong)(kong)(kong)交(jiao)通(tong)基礎(chu)設(she)施(shi)的(de)(de)(de)完(wan)善和成熟為低空(kong)(kong)(kong)交(jiao)通(tong)的(de)(de)(de)高效、有序、安全(quan)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)提(ti)供保障。低空(kong)(kong)(kong)經濟運(yun)行(xing)于沒(mei)有附(fu)著物相對自(zi)由的(de)(de)(de)低空(kong)(kong)(kong)空(kong)(kong)(kong)域，因此有別(bie)于傳統交(jiao)通(tong)基礎(chu)設(she)施(shi)，低空(kong)(kong)(kong)交(jiao)通(tong)天然(ran)對數字(zi)化(hua)(hua)技術有非常強(qiang)烈的(de)(de)(de)訴求和依賴，低空(kong)(kong)(kong)交(jiao)通(tong)飛行(xing)保障的(de)(de)(de)數字(zi)化(hua)(hua)體(ti)系(xi)建(jian)設(she)成為重中之重。
騰訊數字孿生(sheng)技術(shu)在低空空域的應用，資料來源(yuan)：騰訊研究院
隨(sui)著低(di)空(kong)飛(fei)行(xing)活動持續增加，低(di)空(kong)交(jiao)通(tong)飛(fei)行(xing)的保(bao)障體(ti)系的重要性日益顯(xian)現(xian)，相關的數(shu)字(zi)系統建設也(ye)伴隨(sui)政府和產(chan)業界(jie)的投入增加而提(ti)速(su)。騰(teng)訊也(ye)在(zai)積極探索(suo)前(qian)沿(yan)數(shu)字(zi)技術在(zai)低(di)空(kong)領域的多元應用，構建了覆蓋“低(di)空(kong)基建數(shu)字(zi)化(hua)(hua)網聯、空(kong)域數(shu)字(zi)化(hua)(hua)管控、低(di)空(kong)數(shu)字(zi)化(hua)(hua)監管、協同(tong)數(shu)字(zi)化(hua)(hua)服務、算力數(shu)字(zi)化(hua)(hua)支撐、安全數(shu)字(zi)化(hua)(hua)保(bao)障”的低(di)空(kong)交(jiao)通(tong)數(shu)字(zi)化(hua)(hua)體(ti)系。
騰訊(xun)低空數(shu)字(zi)化框架(jia)：算力數(shu)字(zi)化+空域數(shu)字(zi)化+協同(tong)數(shu)字(zi)化+監管數(shu)字(zi)化+安全數(shu)字(zi)化
資(zi)料來源(yuan)：騰訊研究(jiu)院 《中國(guo)eVTOL產業發展報告》，侵權聯(lian)系刪除(chu)
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小鵬(peng)匯天飛行器空中自動駕駛(shi)及感知避障 圖源官微(wei)
