eVTOL各子系统产业链发展趋势与制胜要素分析

最佳答案 匿名用户编辑于2025/02/25 13:22

随着上游产业链在产品技术、规模 量产、质量品质、国产化替代等方面的快速 发展,现有eVTOL产品在性能表现、运营经 济性、用户体验等方面将持续优化。

1.整机集成 :掌握自主研发、快速迭代能力

由于制造技术复杂、各部分核心技术门槛较 高,大飞机产业链已经形成了“主机厂+上游 供应商”的制造模式,主机厂主要承担整机 研发和集成的角色。作为eVTOL主机厂核心 技术实力的体现之一,整机集成代表了主机 厂对各个子系统掌控与调教能力,提高系统 的可靠与协同,从而进一步减少死重、增加 续航,在保证运行安全性的同时降低噪音和 能耗。除此以外,通过模块化和标准化的接 口和模块设计,主机厂可以提高零部件通用 性和互换性,从而增加产品的可维修性,减 少后期使用运维的调试和维护成本,提高全 生命周期内的整体性价比,从而增强产品的 市场竞争力。

具体到制造和运营层面,采取自建产能的方 式可以更好地掌握工艺制造参数,保持在产 能爬坡和后续产品迭代时的协同开发与质 量管理,进而有利于产品性能和设计的持续 优化。然而,对资金并不充裕的初创企业来 说,自建产能也意味着企业现金流存在较大 压力,并且也意味着未来产能增长会有巨大 的内部阻力。归根到底,自建产能亦或是外 包代工,需要综合评估企业自身竞争力与现 实资源约束之间孰轻孰重。

2.航电设备与飞控系统: 自主研发与国产化合作驱动

国际上,欧美在通用飞机和eVTOL航电和飞 控系统领域处于绝对领先地位。全球主流机 载公司基本都和相关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。这些系统被广泛应用于 通用航空及新兴的eVTOL市场,涵盖从导航 显控、飞行管理、飞控计算机等各种功能。相 比之下,中国的航电和飞控系统研发仍处于 起步阶段,尽管有如“海鸥”300飞机等个别 机型已尝试使用国产航电系统,但在系统架 构设计、小型化设计和低成本化设计等方面 仍有很大提升空间, 通用航空航电和飞控产 品依然主要依赖进口。随着eVTOL近几年在 国内的发展,逐步带动了航电和飞控初创企 业以及中航工业的军品转民用化发展趋势。 但目前的解决方案都处于研制阶段,尚未取 得相关资质。因此,从当前的行业态势来看, 中国的eVTOL企业想要在供应链上实现自主 可控,需与国内机载设备供应商共同成长, 实现最终航电和飞控系统的产品化应用。

3.能源系统: 期待固态电池获得突破

作为eVTOL技术的核心,电池的性能和安全 性直接决定了整机的市场接受度。能量密 度方面,eVTOL垂直起降所需的动力是地面 行驶的10-15倍,商用门槛高达400Wh/kg, 且未来或将达到1000Wh/kg的能量密度要 求,远超当前车用动力电池。起降阶段对电 池瞬时充放电倍率的要求在4C-5C以上。此 外,eVTOL对电池的安全性和循环寿命亦有 极高要求。相比传统液态电池,固态电池以 固态电解质替代电解液和隔膜,能够提升电 池性能,增强安全性,尤其在应对热失控和 机械挤压方面表现突出。

 

国家层面,2024年3月2 7日,工信部等四部门印发的《通用航空装备创新应用实施方案 (2024-2030年)》明确提出推动400Wh/kg级航空锂电池产品量产。鉴于传统液态锂电池 在能量密度上的局限和eVTOL对电池性能的苛刻要求(图26),eVTOL市场渴望实现新型电 池的大规模应用。

4.动力推进系统: 高效与安全性驱动的国产化优势

目前,电机厂商与eVTOL主机厂的合作多基 于随机适航的需求,形成了高客户粘性。由 于适航认证要求复杂且严格,一旦通过,主 机厂与电机供应商之间的合作关系往往会 非常稳固,切换供应商带来的产品可靠性风 险较大。 从全球市场来看,早期进入eVTOL领域的主 机厂如Joby、峰飞等,普遍倾向于进行电推 进系统的自主研发。时的科技则采用了赛峰 提供的高性能、高功率密度电机。在国内市 场,主要的eVTOL电机电控供应商包括卧龙 电驱、天津松正和迈吉易威等公司,与国内 主机厂建立了密切合作关系,以满足日益增 长的市场需求。

从技术指标来看,国产驱动电机在关键性能 上已经接近甚至达到国际领先水平。 国产电机在峰值功率、转速和效率等方面处 于领先地位,在功率密度和转矩密度等方面 表现优异与国际知名品牌,与宝马和通用 的电机相比不相上下。这表明,国产电机在 eVTOL的应用中一定程度可以满足高标准的 动力需求。

对于涉及飞行安全和适航认证车企是没有 经验的,需要来自主机厂更加明确的技术需 求和算法方案。 针对电机控制算法和系统集成,企业可以考 虑自主研发,确保技术的领先性和安全性, 还可以更好地适应不断变化的市场需求。与 此同时,对于标准化程度较高、技术成熟的 电机组件,尤其是在成本控制和生产效率方 面,可与国内领先的供应商合作或外包的方 式进行,在确保技术质量的同时,大幅降低 生产成本和缩短产品上市时间。

5.结构机身 :全球碳纤维市场国产化崛起

碳纤维因其卓越的强度与轻量化特性,成为eVTOL机体结构的核心材料之一。其拉伸强度是 钢铁的五倍,重量却仅为钢铁的四分之一,这使得它在航空领域尤其是eVTOL中具有极大的 应用潜力。在当前的eVTOL设计中,机体结构中高达70%的材料为复合材料,其中碳纤维复 合材料占据了90%的比重。根据Stratview Research 预测,eVTOL行业对复合材料的需求预 计将在6年内增长约20 倍。这一趋势表明,碳纤维将成为未来航空材料的关键。

碳纤维的主要优势包含质轻高强度、耐腐蚀 性、高温耐受性、电磁干扰防护等特点。在 eVTOL材料需求持续牵引下,低成本、高效 率、规模化制造将是碳纤维复合材料在该行 业的重要发展趋势。另外由于eVTOL必须借 助复杂的翼型和机身曲面来获得更好的飞 行性能,而复合材料的成型特点有利于复杂 曲面的生产,使得更先进构型的生产成本与 简单构型几乎没有差异,这是eVTOL先进构 型得以出现的重要原因。

供应链布局方面,国外碳纤维供应商主要包 括日本东丽、美国赫氏、索尔维等。它们凭 借在民航复材结构件上的技术积累,形成了 强大的市场壁垒。在国内,光威复材、吉林 化纤、中复神鹰等碳纤维厂商正在不断提升技术能力,缩小与国际先进制造商之间的差 距。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也拥有丰富的产业经 验,多型产品可用于 eVTOL 飞行器,有望率 先受益。

基于碳纤维复合材料低成本、高 效率的特性,机身结构高达70% 由碳纤维复合材料构成的eVTOL 将具备更强的轻量化、低运维成 本特性。随着国内碳纤维复合材 料技术逐步成熟,相关企业实 力逐渐增强,供应链配套日趋完 善,将为后续整机规模制造和后 期运维更换提供强大供应体系保 障。