(一)产业链构成与上下游关系
eVTOL 整机产业链是一个复杂而有序的体系,如同精密运转的庞大机器,各环节紧密相连,缺一不可。上游主要包括原材料和零部件供应,这是 eVTOL 制造的基石。从铝合金、钛合金等金属材料,到碳纤维复合材料,这些原材料为 eVTOL 提供了坚固且轻量化的机身基础 ,就像是为勇士打造的坚不可摧又轻便灵活的铠甲。而电机、电池、航电系统、飞控系统等零部件,则如同 eVTOL 的 “心脏”“血液” 和 “神经系统”,直接决定了飞行器的性能表现。
中游的整机制造环节,是将各种原材料和零部件进行整合与组装的关键阶段,宛如一场精心编排的交响乐,各个乐器(零部件)在指挥(制造商)的协调下,共同奏响 eVTOL 诞生的乐章。制造商通过先进的生产工艺和严格的质量把控,将零散的部件转化为一架架具备完整功能的 eVTOL 飞行器。
下游则涵盖了丰富多样的应用场景,城市空中交通、低空物流、紧急救援、旅游观光等领域,都是 eVTOL 施展身手的广阔舞台。在城市空中交通中,它化身 “空中通勤者”,缓解地面拥堵;在低空物流里,成为高效的 “快递员”,快速运送货物;紧急救援时,又变身为 “生命守护者”,争分夺秒挽救生命;旅游观光中,化身为 “空中观景台”,为游客带来独特的视觉体验。上下游之间形成了相互依存、相互促进的紧密关系。上游的技术创新和成本降低,为中游整机制造提供了更好的条件和更低的成本,从而提升产品竞争力;中游整机的发展,又带动了下游应用场景的拓展和丰富,而下游市场需求的增长,反过来又刺激上游加大研发投入和扩大生产规模。
(二)行业发展现状与趋势
近年来,eVTOL 行业在全球范围内呈现出蓬勃发展的态势,宛如一颗冉冉升起的新星,吸引着无数目光。数据显示,2023 年全球 eVTOL 市场规模已达 125.3 亿美元 ,预计到 2032 年将攀升至约 357.9 亿美元,2023 - 2032 年间将实现 12.4% 的复合年增长率。在中国,受低空经济政策推动及 eVTOL 商业化步伐加快的影响,产业规模迅速扩张。2023 年市场规模已达 9.8 亿元,同比增长 77.3% ,2025 年预计进一步增长至 17.2 亿元,增长势头十分强劲。
政策支持为 eVTOL 行业发展铺就了坚实的道路。我国已设立低空经济发展司,并出台一系列支持政策,多地政府也积极打造 “天空之城”,牵头成立地方性低空经济国资平台。从中央到地方,政策的春风吹遍大江南北,为 eVTOL 产业发展注入强大动力,就像为远航的船只扬起了坚实的风帆。
技术创新是 eVTOL 行业发展的核心引擎。在动力系统方面,高功率密度电机、高密度电芯及智能能源管理技术不断进步,使飞行器续航里程与载荷能力大幅提升;飞控系统通过多传感器融合与自主导航算法优化,实现了更智能化的控制,宛如为 eVTOL 赋予了一颗 “智慧的大脑”,使其能够更加精准、安全地飞行。此外,新能源汽车产业链的成熟,为 eVTOL 提供了关键零部件的跨产业适配,加速了技术迭代,不同产业间的技术融合与协同发展,正推动 eVTOL 行业迈向新的高度 。
整机各部位成本深度剖析
(一)核心成本聚焦:电驱与电源系统
在 eVTOL 整机成本结构中,电推进系统与能源系统占据着核心地位,宛如皇冠上的两颗璀璨宝石,却也是成本高昂的关键所在。电推进系统,这个 eVTOL 的 “动力心脏”,包括电机、涡扇叶片等关键部件,其价值量约占整机的 40% ,成为整机成本占比最高的部分。
以卧龙电驱为例,作为全球领先的综合性电机制造商,凭借在电机领域数十年的深厚积累,成功打入 eVTOL 航空电驱系统这一核心赛道,并与中国商飞深度合作 。航空电驱系统对安全性、可靠性、功率密度和效率的要求达到了极致,技术门槛极高,这也使得其成本居高不下。此外,全生命周期内至少需要更换 3 次的特性,虽然带来了较大的未来市场空间,但也在一定程度上增加了整机的成本。
能源系统,主要是电池,占整机价值量的约 10%。电池作为 eVTOL 的 “能量源泉”,其成本受多种因素影响。目前市场上,锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和良好的安全性能,成为 eVTOL 电池的主流选择,但在成本、重量和体积方面仍有较大提升空间 。锂硫电池和固态电池等新一代电池技术,虽具有更高的能量密度和更低的成本潜力,但技术成熟度和安全性仍需进一步验证。原材料成本是电池成本的重要组成部分,锂、钴、镍等金属价格的波动,犹如蝴蝶效应,对电池成本产生着重大影响。制造工艺成本、研发成本和回收处理成本等,也在共同推高电池的整体成本。
随着 eVTOL 市场规模的不断扩大,电驱与电源系统的市场规模也将迎来显著增长。预计到 2032 年,全球 eVTOL 市场规模将攀升至约 357.9 亿美元 ,这将为电驱与电源系统市场带来广阔的发展空间,相关企业有望在这一蓬勃发展的市场中收获丰厚的回报。
(二)结构与内饰成本占比及影响因素
结构和内饰在 eVTOL 整机价值量中占比约 25%,是不容忽视的重要组成部分,如同房屋的框架与装修,不仅关乎飞行器的外在形象,更对其性能和成本有着关键影响。
碳纤维复合材料因其卓越的性能,成为 eVTOL 结构部件的首选材料,在 eVTOL 所使用的复合材料中,90% 以上是碳纤维 。从价值量来看,碳纤维复合材料约占整个 eVTOL 制造成本的 4% 左右 。这种材料具有质量轻、强度大,兼具抗疲劳、耐腐蚀等特点,能够帮助机身整体重量减少 30%-40% ,从而有效提升 eVTOL 的性能及搭载能力,改善续航里程。然而,碳纤维复合材料的成本相对较高,其生产过程复杂,对技术和设备要求严苛,原材料价格也相对昂贵,这些因素共同导致了结构部件的成本增加。
内饰部分的成本则受到设计复杂度、材料选择和工艺要求等因素的影响。高端的内饰设计和优质的材料,如环保、防火、舒适的座椅材料,先进的隔音、隔热材料等,虽能为乘客带来更舒适的乘坐体验,但也会使成本相应提高。生产工艺的精细程度,如内饰部件的高精度加工、复杂的组装工艺等,同样会增加内饰的制造成本。
(三)航电与飞控系统成本及技术价值
航电和飞控系统在 eVTOL 整机成本中占比约 20%,它们是保障 eVTOL 飞行安全和稳定性的关键所在,如同飞行器的 “智慧大脑” 和 “神经系统”,其重要性不言而喻。
飞控系统承担着航迹控制、姿态控制、飞行增稳等核心功能,确保飞行器按照预设飞行路径稳定飞行,维持正确姿态,并在恶劣天气或高速飞行中保证稳定性 。电传操纵技术的广泛应用,使用电子信号替代传统机械传动,极大提升了操控精度和实时性,但也增加了系统的技术复杂度和成本。为了满足极高的可靠性要求,飞控系统普遍采用多余度技术,在系统内设计多套冗余组件,当某个子系统发生故障时,冗余组件可以立即接管,避免飞行失控 。这无疑增加了系统的硬件成本和设计难度。适航要求也是飞控系统面临的一大挑战,作为新型飞行器,载人 eVTOL 必须满足民航飞机的安全标准,在适航审定中,对不同故障模式下的安全性能有严格要求,这使得飞控系统在开发阶段需要通过严格的安全性评估和多次冗余测试,进一步推高了成本。
航电系统则涵盖了通信、导航、监视等多个方面,为 eVTOL 提供了全方位的信息支持和控制功能。先进的航电设备,如高精度的导航系统、稳定的通信设备等,其研发和生产成本高昂,且需要不断进行技术升级和更新,以适应不断变化的飞行需求和安全标准,这也导致了航电系统在整机成本中占据较高比例。
(四)其他部件成本与整体成本结构优化方向
除了上述核心部件外,eVTOL 的装配件等其他部件成本占比约 5%。这些部件虽然单个成本相对较低,但数量众多,种类繁杂,加起来也是一笔不可忽视的成本。例如,各种连接件、紧固件、密封件等,它们虽小,却在保证飞行器整体结构完整性和性能稳定性方面发挥着重要作用。
面对 eVTOL 整机成本较高的现状,优化成本结构成为推动产业发展的关键任务。从供应链角度来看,整合供应链,减少中间环节,与原材料供应商建立长期合作关系,实现原材料采购的集中化、规模化,可有效降低物流成本和采购成本 。优化生产流程,采用先进的制造技术和自动化设备,提高生产线的自动化程度,能够提高生产效率,降低生产成本。
在技术创新方面,加大对电池技术、电机技术、材料技术等关键技术的研发投入,推动技术进步,降低核心部件成本。研发更高能量密度、更低成本的电池,提高电机的能量转换效率,开发更先进、更经济的碳纤维复合材料制造工艺等。探索新的设计理念和方法,优化飞行器的结构设计,在保证性能的前提下,减少材料使用量和零部件数量,也是降低成本的有效途径。通过多方面的努力,逐步优化 eVTOL 整机成本结构,提高产业的经济效益和市场竞争力,让 eVTOL 能够更快地走进人们的生活。
关键零部件部位详解
(一)非晶电机:动力核心的新选择
在 eVTOL 的动力系统中,电机作为核心部件,其性能优劣直接决定着飞行器的动力输出、续航里程、运行稳定性与安全性 。非晶电机,凭借其独特优势,正逐渐成为 eVTOL 动力核心的新选择,宛如一颗冉冉升起的新星,在 eVTOL 领域崭露头角。
非晶材料具有极优的软磁性能,这使得非晶电机在诸多方面表现卓越。其铁芯损耗远低于传统硅钢片,在电机运行时,可大幅降低因铁芯涡流和磁滞现象导致的能量损耗,提高电机效率 ,就像为电机装上了一个高效节能的 “引擎”,使其能够以更低的能耗运行。非晶材料的导磁率较高,能够更高效地传导磁场,使电机在相同的励磁条件下产生更强的磁场,进而提高电机的功率密度和转矩输出能力 ,为 eVTOL 提供更强劲的动力支持。非晶材料在较宽的温度范围内能保持稳定的性能,不易因温度变化而发生明显的磁性能衰退或结构变化,这使得电机在不同的工作环境和负载条件下都能保持较好的性能,大大增强了 eVTOL 的环境适应性。
在国内,峰飞航空的 eVTOL 选用非晶电机,正是看中其铁芯损耗小、效率高、体积小等显著优势,能完美契合 eVTOL 电机小型化、高频化的发展趋势 。随着 eVTOL 行业的快速发展,对电机性能的要求也越来越高,非晶电机凭借其出色的性能优势,有望在 eVTOL 市场中占据重要地位,为 eVTOL 的发展注入新的动力。
(二)碳纤维结构件:轻量化的关键材料
在追求高效飞行和长续航能力的 eVTOL 领域,材料的选择至关重要,而碳纤维结构件无疑是实现轻量化的关键所在,犹如为 eVTOL 打造了一副轻盈而坚固的 “骨骼”。在 eVTOL 整机中,约 70% 的材料由复合材料构成,而其中碳纤维复合材料更是占据了 90% 的比例 ,成为 eVTOL 材料体系的绝对主角。
碳纤维复合材料具有质量轻、强度大的特点,其密度仅为钢的 1/4,但拉伸强度可达钢材的 9 倍以上,弹性模量也高出传统金属材料 5 倍以上 ,这种特性使得它能够帮助机身整体重量减少 30%-40% ,从而有效提升 eVTOL 的性能及搭载能力,改善续航里程。以当前最受关注的 eVTOL 为例,采用碳纤维结构的 eVTOL 航程可增加 15%-20% ,这对于需要频繁起降的城市空中交通系统具有决定性意义。碳纤维复合材料还兼具抗疲劳、耐腐蚀等优点,能够有效延长 eVTOL 的使用寿命,降低维护成本,提高其在复杂环境下的可靠性。
在国内外,众多企业在碳纤维材料供应方面展开合作。国外的东丽、赫氏、索尔维等企业,以及国内的光威复材、中复神鹰等,都在积极布局 eVTOL 市场 。光威复材作为国内碳纤维行业的领军企业,凭借其先进的技术和丰富的生产经验,为 eVTOL 制造商提供高质量的碳纤维材料,助力国内 eVTOL 产业的发展。随着 eVTOL 市场的不断扩大,碳纤维结构件的市场需求也将持续增长,相关企业有望在这一领域取得更大的发展。
(三)电池:续航能力的决定因素
电池,作为 eVTOL 的 “能量源泉”,直接决定着飞行器的续航能力,是 eVTOL 实现高效运行的关键因素,宛如为飞行器注入源源不断动力的 “心脏”。目前,锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、安全性较好等特点,成为 eVTOL 电池应用的主要选择 。然而,锂离子电池的能量密度相对较低,且存在一定的安全隐患,在成本、重量和体积方面仍有较大提升空间 ,这些局限性在一定程度上限制了 eVTOL 的发展。
锂硫电池和固态电池等新型电池技术,具有更高的能量密度和更低的成本潜力,成为研究和发展的热点。锂硫电池具有较高的理论能量密度,其原材料成本也相对较低,若能有效解决循环寿命和安全性问题,有望在 eVTOL 领域得到广泛应用 。固态电池则采用固态电解质,具有更高的能量密度、更好的安全性和更快的充电速度,被认为是未来电池技术的发展方向之一 。目前,这些新型电池技术仍处于研发阶段,技术成熟度和安全性仍需进一步验证。
众多电池厂商纷纷在 eVTOL 领域布局。宁德时代作为全球知名的电池制造商,凭借其在电池技术研发和生产方面的强大实力,积极探索 eVTOL 电池的应用 。亿纬锂能、孚能科技等企业也在加大研发投入,致力于开发更适合 eVTOL 的电池产品 。随着技术的不断进步和创新,相信未来会有更先进、更高效的电池技术应用于 eVTOL,为其续航能力的提升带来新的突破。
(四)飞控系统:飞行器的 “大脑”
飞控系统,作为 eVTOL 的 “大脑” 和 “神经中枢”,承担着航迹控制、姿态控制、飞行增稳等核心功能,确保飞行器按照预设飞行路径稳定飞行,维持正确姿态,并在恶劣天气或高速飞行中保证稳定性 ,其重要性不言而喻。它由传感器套件、操纵杆、飞控计算机、电源管理系统、电机控制器、电动机、通信系统七大子系统组成,各环节环环相扣,共同支撑起飞行控制的完整逻辑 ,宛如一个精密的指挥中心,协调着 eVTOL 的每一个飞行动作。
传感器套件就像是 eVTOL 的 “感觉器官”,承担着环境与状态探测的核心任务,其数据精度直接决定控制决策的可靠性 。惯性测量单元(IMU)通过加速度计和陀螺仪测量飞行器的加速度、角速度,用于确定飞行器的姿态和运动状态;全球定位系统(GPS)接收器为 eVTOL 提供精确的地理位置和速度信息,对于路径规划和导航至关重要;气压计帮助 eVTOL 测量空气压力,从而推算飞行高度;磁力计测量 eVTOL 地磁场强度,辅助确定飞行器的方向 。这些传感器将收集到的信息传递给飞控计算机,飞控计算机则是飞控系统的 “决策大脑”,它会接收来自传感器的海量数据,通过复杂算法快速运算,随后向执行端发出清晰的控制指令,小到舵机的角度调整,大到电机的推力变化,都由它统一调度 。操纵杆是飞行员用以输入控制指令的设备,在自动飞行模式下,操纵杆的作用可能会被计算机接管 。电源管理系统是 eVTOL 的能量管家,由电池管理系统与配电板两部分组成,其中电池管理系统主要用于监控电池的电量、电压、温度等状态,确保电池安全、高效运行;配电板主要负责精准分配电力,为飞控系统各组件 “按需供电” 。接到飞控计算机的指令后,电机控制器就开始精确调节电机的功率输出,控制飞行器的推力和旋翼的转速,最终,电动机驱动飞行器旋翼或推进器,为 eVTOL 垂直起降和水平飞行提供推力 。通信系统包括数据链路与遥控 / 遥测系统两大子系统,其中数据链路确保飞行器与地面控制站之间的通信,传输控制指令和飞行数据;遥控 / 遥测系统允许远程操控飞行器并实时获取飞行状态信息 。
目前,eVTOL 的飞控系统需攻克基于多旋翼构型的垂直起降技术、基于常规固定翼构型的水平飞行技术以及实现垂直与水平两种飞行模态的平稳过渡与切换等三大核心技术难题 。在推动市场化的进程中,还需兼顾轻量化、经济性与适航性等现实需求 。从全球市场格局看,尽管国内部分先进企业已在飞控算法的某些单点技术上取得突破,但具备高安全等级认证、能满足载人适航要求的完整飞控系统技术体系,目前仍在很大程度上依赖于泰雷兹、BAESystems 等国际航空巨头 。实现飞控系统的技术攻坚和国产化突围,是中国 eVTOL 产业发展面临的重要挑战,也是实现产业自主可控的关键所在。
产业链协同发展与未来展望
(一)产业链协同对成本控制和技术创新的作用
eVTOL 整机产业链如同一个庞大而复杂的生态系统,产业链上下游企业的协同合作是推动产业发展的关键力量,对成本控制和技术创新起着至关重要的作用 。在成本控制方面,上下游企业通过紧密合作,能够实现资源的优化配置和成本的有效降低。例如,在原材料采购环节,整机制造商与原材料供应商建立长期稳定的合作关系,通过集中采购、联合研发等方式,不仅可以获得更优惠的价格,降低采购成本,还能共同研发新型材料,提高材料性能,降低材料使用量,从而进一步降低成本。在生产制造环节,零部件供应商与整机制造商协同进行生产流程优化,实现零部件的标准化、模块化生产,提高生产效率,减少生产过程中的浪费和成本损耗 。通过产业链协同,还能有效降低物流成本、库存成本等,提高整个产业链的经济效益。
在技术创新方面,产业链上下游企业的合作更是不可或缺。上游零部件供应商在关键技术研发上的突破,如电池能量密度的提升、电机效率的提高、飞控系统的智能化升级等,能够为中游整机制造商提供更先进的零部件,推动整机性能的提升 。中游整机制造商则可以根据市场需求和应用场景,将不同的零部件进行优化组合,开展系统集成创新,开发出更符合市场需求的 eVTOL 产品 。下游应用场景的拓展和用户需求的反馈,又能为上游企业提供研发方向和创新动力,促进技术的持续改进和创新。例如,在城市空中交通领域,随着对 eVTOL 安全性、舒适性和运行效率要求的不断提高,下游运营企业会将这些需求反馈给中游整机制造商和上游零部件供应商,促使他们共同研发更先进的安全保障技术、更舒适的内饰设计和更高效的动力系统,实现技术的迭代升级。产业链协同还能促进知识和技术的共享与交流,加速技术创新的速度,提高产业的整体技术水平 。
(二)eVTOL 在不同应用场景的商业化前景
eVTOL 凭借其独特的优势,在多个应用场景展现出巨大的商业化潜力,有望成为未来交通和物流领域的重要变革力量。在城市空中交通领域,随着城市化进程的加速和城市人口的增长,交通拥堵问题日益严重,eVTOL 作为一种高效、快捷的出行方式,能够实现点对点的快速运输,有效缓解地面交通压力,节省出行时间 。例如,在深圳和广州这样的大城市,eVTOL 可以在短时间内完成城市间的通勤,大大提高出行效率。随着技术的不断成熟和成本的降低,eVTOL 有望成为城市中高端出行市场的重要选择,未来市场规模十分可观。
在低空物流领域,eVTOL 能够实现货物的快速运输,尤其是在一些交通不便的偏远地区或对时效性要求较高的物流场景中,具有明显的优势 。比如,在山区或海岛等地形复杂的地区,eVTOL 可以轻松完成货物的配送,解决 “最后一公里” 的物流难题 。在医疗急救物资运输、生鲜配送等领域,eVTOL 的快速运输能力能够确保物资的及时送达,提高物流服务质量。目前,国内一些物流企业已经开始布局低空物流业务,随着基础设施的不断完善和运营模式的不断创新,低空物流市场有望迎来快速发展。
在紧急救援领域,eVTOL 能够快速抵达事故现场,为救援工作争取宝贵时间 。在地震、火灾、洪水等自然灾害发生时,道路可能被破坏,传统救援车辆难以快速到达现场,而 eVTOL 可以不受地形限制,迅速将救援人员和物资运送到灾区 。eVTOL 还可以利用搭载的高清摄像头和传感器,对灾区进行实时监测和评估,为救援决策提供重要依据。随着应急救援体系的不断完善和对 eVTOL 应用的重视,其在紧急救援领域的市场需求将不断增加。
在旅游观光领域,eVTOL 能够为游客提供独特的空中观光体验,让游客从全新的视角欣赏美景 。在一些著名的旅游景区,如张家界、黄山等地,eVTOL 可以搭载游客进行空中游览,让游客俯瞰壮丽的自然风光,感受不一样的旅游乐趣 。eVTOL 还可以与当地的旅游资源相结合,开发出更多个性化的旅游产品和服务,丰富旅游市场。随着人们对旅游体验要求的不断提高,旅游观光领域对 eVTOL 的需求也将逐步增长。
(三)行业面临的挑战与应对策略
尽管 eVTOL 行业前景广阔,但在发展过程中仍面临诸多挑战。电池技术瓶颈是制约 eVTOL 发展的关键因素之一。目前,电池的能量密度相对较低,导致 eVTOL 的续航里程有限,无法满足一些长距离飞行的需求 。充电时间较长,也影响了 eVTOL 的运营效率。为应对这一挑战,企业和科研机构应加大对电池技术的研发投入,探索新型电池材料和技术,如锂硫电池、固态电池等,提高电池的能量密度和充电速度 。加强电池管理系统的研发,提高电池的安全性和使用寿命。
适航认证难度也是 eVTOL 面临的一大挑战。作为一种新型飞行器,eVTOL 的适航认证缺乏成熟的标准和经验,认证过程复杂且漫长,这不仅增加了企业的研发成本和时间成本,也延缓了产品的商业化进程 。政府和相关监管机构应加快制定和完善 eVTOL 的适航认证标准和流程,加强与企业的沟通与合作,提供技术指导和支持,帮助企业顺利通过适航认证 。企业自身也应加强技术研发和质量管控,确保产品符合适航要求。
市场接受度也是 eVTOL 行业需要面对的问题。由于 eVTOL 是一种新兴的交通工具,公众对其安全性、可靠性和舒适性等方面存在疑虑,市场认知度和接受度有待提高 。企业应加强市场推广和宣传,通过实际飞行演示、安全性能测试等方式,向公众展示 eVTOL 的优势和安全性,增强公众的信心 。提高服务质量,优化用户体验,降低使用成本,吸引更多用户选择 eVTOL。
此外,空域管理、基础设施建设等方面也存在一些挑战。随着 eVTOL 数量的增加,如何合理规划和管理低空空域,确保飞行安全和秩序,是需要解决的重要问题 。同时,eVTOL 的运营需要配套的基础设施,如起降点、充电站等,目前这些基础设施建设还相对滞后,需要政府、企业和社会各方共同努力,加大投入,加快建设 。面对这些挑战,只有通过政府、企业、科研机构和社会各方的共同努力,采取有效的应对策略,才能推动 eVTOL 行业健康、快速发展,实现其在未来交通和物流领域的广泛应用 。
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