低空经济乘风起,eVTOL商业化进程加速 (1)
1. 当前为什么关注低空经济?
央地政策力推,空域改革不断推进,新兴产品涌现,战略新兴产业助推内需新动能。自中央经济工作会议首提低空经济之后,市场对于低空经济的关注度大幅提高。事 实上政策出台不是一蹴而就,从中央到地方,无论是相关的产业促进政策,还是低空空域的管理、无人驾驶航空器管理政策的制定和落实近年来一直在持续推进。而产业端以 eVTOL、无人机为代表的新兴行业处在加速渗透阶段。低空经济作为潜在 万亿级别空间的产业,当前产业帷幕正徐徐展开,将成为推动产业创新、发展新质 生产力、扩大内需消费的又一潜在抓手。我们认为低空经济产业处于“政策+新产品 商业化进程加速”双共振期,行业蓄势待发,值得重视。
1.1. 央地政策频出台,旨在从产业促进和规则完善两条主线推动行业前进
1.1.1. 产业促进:着重推动基础设施建设、鼓励产业主体创新及创造需求场景
中央层面定调低空经济为战略新兴产业:2023 年 12 月中央经济工作会议提出:“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业,开辟未来产业新赛道”。我们认为,此次中央经济工作会议将低空经济列入战略新兴产业,体现顶层对低空 经济产业发展的重视,为低空经济的发展提供广阔空间。在中央经济工作会议之前, 各项政策已在陆续出台,如2021年2月颁布的《国家综合立体交通网规划纲要》中 提出“加强交通运输与现代农业、生产制造、商贸金融等跨行业合作,发展交通运 输平台经济、枢纽经济、通道经济、低空经济”;2023 年 10 月发布的《绿色航空制 造业的发展纲要》中指出“加快将 eVTOL 融入综合立体交通网络”、“2025 年电动 垂直起降航空器(eVTOL)实现试点运行”。
地方层面:以深圳、合肥、广州等为代表的地方政府密集出台政策支持低空经济发 展和生态打造,抢抓低空经济发展的机遇期。1、深圳市颁布《深圳市低空经济产业创新发展实施方案(2022-2025 年)、《深圳市支持低空经济高质量发展的若干措施》,《深圳经济特区低空经济产业促进条例》从基础设施、飞行服务、产业应用、技术创新、安全管理等方面助力低空经济产业“高 飞”;2、合肥发布的《合肥市低空经济发展行动计划(2023-2025)》,提出打造低空经济 总部集聚区、建设检验检测及适航审定基地、建成飞服和管控平台、开通商业化空 中游览航线和无人机物流配送航线等;3、广州发布《广州开发区(黄埔区)促进低空经济高质量发展的若干措施实施细则》, 提出“对符合条件的低空产业项目奖补最高达 3000 万元,加快打造未来千亿级产业 集群”。
1.1.2. 规则完善:空域管理改革持续推进,无人驾驶航空器暂行管理条例正式实施
低空空域管理改革持续推进。中央层面,2010 年便印发专门意见推进低空空域管理改革。2023 年11月空管委起草《中华人民共和国空域管理条例(征求意见稿)》, 对空域管理模式进行顶层设计,实现空域资源科学精细配置、分级分类管理、动态 灵活使用。2023 年12月,《国家空域基础分类方法》发布,依据航空器飞行规则和 性能要求、空域环境、空管服务内容等要素,将空域划分为 A、B、C、D、E、G、 W 等 7 类,其中,A、B、C、D、E 类为管制空域,G、W 类为非管制空域。管理政策的出台有助于低空经济走向有章可循的规范化发展阶段。
《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》正式施行,完善无人驾驶航空器监管规则, 对无人驾驶航空器从设计生产到运行使用进行全链条管理。由中央军委、国务院公 布的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》自 2024 年 1 月 1 日起正式施行,从 2018 年发布征求意见稿至正式实施历经五年时间,标志着作为低空经济主导产业的无人 机产业迈入“有法可依”的规范化发展新阶段。条例着力构建科学、规范、高效的无 人驾驶航空器飞行及相关活动管理制度体系,为防范化解无人驾驶航空器安全风险、 助推相关产业持续健康发展提供有力法治保障。
地方空域改革成效显著。2018 年起,四川、湖南、江西、安徽等地开展低空空域管 理改革试点,并取得了许多突破性进展,如湖南实施了全国第一个由军地民三方共同签订的部分区域低空空域空管协调试运行保障协议、建成全国第一个覆盖全省的 监视通信系统、建成全国第一个可服务全省的 A 类飞行服务站、建设全国第一个联 接军地民空管信息系统,缩短空域飞行计划审批时间,逐步向实现通航飞行“一窗受 理、一网通办、全域服务”迈进。四川在全国率先成立了由省政府牵头、军民航空管 系统和地方公安部门共同参加的“四川省低空空域协同管理委员会”,将原低空空域由军民航分块管理转变为军地民三方协同管理,将低空飞行由管制指挥模式转变为 目视自主飞行模式,将任务、空域、飞行计划 3 个申请环节简化为飞行计划报备 1 个环节,盘活了低空空域资源,简化了审批流程。
1.2. 产业端,新产品商业化进程渐近、新场景涌现
国内颁发首张 eVTOL 型号合格证(TC),eVTOL 迈入商业运营起点。eVTOL 是 指电动垂直起降飞行器,具有垂直起降、智能操作、快捷机动、低成本、低噪音、 零排放、易维护、高安全等特点,可使人和货物以无缝、经济的方式在城市低空快 速流动与灵活作业,能高效开发城市低空空域资源,有效缓解日益严重的城市地面 交通拥堵问题,并解决空中物资运输和交通出行的迫切需求。2023年 10 月,中国民用航空局向亿航智能颁发了 EH216-S 型载人无人驾驶航空器系统型号合格证(简 称 TC ),这是全球首个获得该类合格证的航空器。对于整个 eVTOL 行业而言,不论是审查标准,还是商业化之路上都是极具有借鉴意义的一次突破。海外来看,美 国 eVTOL 龙头 JOBY 预计 2025 年开启商业化运营,行业拐点愈发临近。
2. 什么是低空经济?
2.1. 低空经济定义
低空经济以各类有人与无人驾驶航空器的低空飞行活动为牵引,涵盖空中交通、无 人机物流、应急救援、旅游观光等多种场景。一般来讲,“低空”是指“垂直范围原则 为真高 1000 米以下,可根据不同地区特点和实际需要,具体划设高度范围”的空域。随着低空应用的深入发展,管理部门和业内普遍将高度上升至 3000 米。eVTOL、 直升机、小型飞机和各式各样的无人机是低空经济重要载体。
从产业构成来看,低空经济主要包括低空基础设施、低空飞行器制造、低空运营服 务和低空飞行保障等产业,IDEA 发布的低空经济白皮书显示,到 2025 年,低空经济 对我国国民经济的贡献值将达 3 万亿元至 5 万亿元,市场空间广阔。低空基础设施主 要为低空飞行活动提供基本保障,包含通用机场、起降平台、监管设施等多个方面, 低空飞行器制造主要是为低空飞行活动提供航空器产品,包含整机制造及材料零部 件等,低空运营服务对整个低空经济发展起着牵引和带动作用;低空飞行保障包括 地面保障服务、空中保障服务、检验检测服务等。
低空基础设施建设是低空经济的先行根基,低空基础设施的“四张网”,包括“设施 网”、“空联网”、“航路网”和“服务网”。其中,设施网指支撑低空飞行业务的各种 物理基础设施,如起降站,能源站等;空联网指通信、导航和感知等信息基础设施, 是将低空数字化成可计算空域的关键;航路网指提供空域和飞行数字化管理和服务 能力的核心平台(操作系统);服务网指组合数字化管理和服务能力而构建的赋能各 低空经济管理和业务主体(如政府方、空管方、管理方、运营方、业务方等)的应 用。
3. eVTOL:未来城市空中交通与低空经济的主力军
3.1. 何为 eVTOL?
eVTOL 全称为 Electric Vertical Takeoff and Landing,即电动垂直起降飞行器,具 有不依赖跑道垂直起降、智能操作、低碳环保、低噪音、高安全性等特点。相对直 升机、通航飞机在内的传统飞行器而言,eVTOL 在安全性、智能性、经济性和环保 性方面具有显著优势,是一种适用于未来城市空中交通场景(UAM),更符合未来 城市综合立体交通系统的新飞行器形态。
城市空中交通(UAM,Urban Air Mobility)通常指城市内适用于载人飞行器和无 人驾驶航空器系统的安全高效交通运作方式。作为现有地面交通的补充选项,城市 空中交通的目标是通过立体交通来解决地面交通衍生的交通拥堵、空气污染等问题。从当前正在研发和演示验证的航空器来看,eVTOL 是未来城市空中交通的主要载 体之一。
3.2. eVTOL 有哪些分类?
目前全球范围内涌现出多种种类和形式的 eVTOL,可以根据运行模式、整机构型、 动力能源、设计载荷、目标客户、适航认证等方面进行分类。目前分类的重点在于 构型上。
按照整机构型来看,evtol 主要分为多旋翼、复合翼(升力巡航复合)以及矢量推进 型(倾转旋翼/机翼、倾转涵道)。
(1)多旋翼型 evtol 采用分布式旋翼设计,多个旋翼同时工作,没有机翼或有短机 翼。起飞和着陆依靠旋翼提供升力,并无巡航用螺旋桨,完全通过改变各旋翼的升 力大小实现飞行。多旋翼型设计较为简单,因此技术风险和研制难度较低,但限于 其较低能效、较慢速度和有限航程,应用场景较为局限。
(2)复合翼型(升力巡航复合)evtol 有机翼,有独立的螺旋桨分别提供升力和巡 航推力。垂直起降阶段由某特定螺旋桨提供升力,巡航阶段由其他独立的螺旋桨提 供推力,同时机翼提供升力。复合翼型研制速度较快、研制风险和成本较低、生产 和维护较简单,同时更符合监管部门熟悉的适航路径以及审定方法。但复合翼在巡 航时使用机翼而非起降阶段的旋翼提供升力,垂直升力系统在平飞阶段属于死重并 产生额外阻力,会导致能源使用效率和飞行效率降低。
(3)矢量推进型(倾转构型)eVTOL 有机翼,矢量推进器既提供垂直升力也提供 水平巡航推力。在不同的飞行阶段,矢量推进器通过改变推力方向以实现垂直起降 和巡航。矢量推进型主要包括两大类型,1)倾转旋翼/机翼型,通过倾转不同螺旋 桨或机翼方向实现飞行姿态控制和起降。以倾转旋翼为例,在垂直起降阶段,旋翼 处于水平状态,提供起降的升力;在平飞巡航阶段,旋翼可向前倾转,为飞行提供 推力,而固定机翼提供升力;2)倾转涵道型,通过改变涵道推力方向,实现垂直起 降和巡航。矢量推进型 eVTOL 具备较高的效率,同时在航程、速度和载重方面均有 优势,但其复杂的设计和飞控系统导致了研发和试飞的高难度、高风险、高成本, 以及较长的研制周期和适航审定过程。
截至 2023 年 10 月 10 日,VFS(垂直飞行协会)目录统计的 evtol 概念设计已达 900 个,包括 320 个矢量推进型、149 个升力巡航复合型、263 个多旋翼型。
多旋翼在短航程具备优势,复合翼、矢量推进型在中长航程、载重和时速方面的优 势明显,中远期增长潜力大,也是整机厂商目前重点研发方向。据《eVTOL飞行器的发展态势与应用场景综述》,目前的多旋翼 eVTOL 载重较小、速度较低、航程较 低,很难适应复杂应用要求。复合翼(升力巡航复合)具备优良技术性能,保留了 固定翼特征,可以有效地提升巡航效率、航程和安全性,但垂直升力系统在平飞时 是死重,降低了载重限度,此系统产生的额外阻力也降低了能源使用效率和飞行效 率。相比之下,矢量推进型 eVTOL 在载重、航程、时速等方面具有更大优势,但劣 势在于设计和飞控系统复杂,研制风险和成本高,研制周期和适航认证过程长。目 前,很难判断何种技术路线最佳,行业各参与方也尚未达成共识,多旋翼结构简单, 成本相对低,体积小,复合翼方向兼顾实现可行性及先进性,倾旋翼方向更为先进, 但实现的技术难度更大,今后也可能出现具有多种方案优点的新技术路线。近几年各国推出的 eVTOL 项目多为倾转构型或复合翼构型。Joby、Archer、Lilium 和 Vertical 等公司都采用倾转涵道或倾转旋翼的整体构型。据《eVTOL 飞行器的发 展态势与应用场景综述》,目前收到较多意向订单的 Vertical Aerospace 等公司也均采用了倾转构型技术路线。许多专注于多旋翼的厂商也开始纷纷转向复合翼或倾转 构型的研发。例如之前主打多旋翼构型的 Volocopter 在深入研究开发多旋翼的 VoloCity 后,在 2021 年推出了复合翼的 VoloConnect。研发多旋翼 EH216 的亿航智 能也开始开发复合翼(升力巡航复合)的 VT30。
3.3. 相比传统的飞行器,eVTOL 有什么优势?
eVTOL 具备便捷机动、绿色环保、安全可靠、低成本等优势。(1)相比固定翼飞机, evtol 不需要超长机场跑道,使用垂直起降场即可起飞,实现灵活起降。相较于城市 地面交通出行时间更短。(2)eVTOL 使用电能,与使用燃料的其他出行方式相比, 更符合低碳可持续发展要求。(3)相比直升机噪音更低:直升机的应用受限于其过 大的噪音,相比之下 evtol 的起降噪音约为 65db,远低于直升机起降噪音(120db), eVTOL 噪音小的优点将使其尽可能地飞到社区中心,延长 eVTOL 在城市内的运行 时间。(4)eVTOL 具有高安全可靠性的优势:eVTOL 用电池、电机、旋翼取代燃 油箱、发动机、螺旋桨,同时采用具备了安全冗余的分布式动力系统、自动避障、 自主驾驶、应急恢复等技术,或配备征集降落伞,电气化的 eVTOL 简化了传统动力 及传动复杂的机械结构,具备较高的安全可靠性和稳定性。eVTOL 具有低成本的优势:eVTOL 使用远低于燃油价格的电力为主要驱动力且不 受起降场所限制,运营成本大幅降低,同时 eVTOL 轻量化、模块化和分布式电驱架 构的特征赋予其相较于直升机和飞机更低的设计、生产、维护、操作成本和复杂度。据麦肯锡预计,若 eVTOL 大规模采用,每可用座英里的运营成本可降低至 0.5-2.5 美金,远低于目前直升机每可用座英里 6-8 美元的运营成本。《客运 eVTOL 应用与 市场》计算从上海临港到虹桥交通枢纽,eVTOL 约 20 分钟,时间效率优势非常突 出,分别是出租车的 4.7 倍,地铁的 7.1 倍。eVTOL 单程总收费为 1188 元,每座 售价约为 297 元,总收费为专车的 2.3 倍,豪华车 1.3 倍。价格亦相对具备性价比。