飞行汽车深度研报1
飞行汽车深度研报
一、飞行汽车的基本概念
1.本次研究的范畴
VTOL（Vertical Take-Off and Landing）意为垂直起降，更常见的eVTOL意为电动垂直起降（此处e代表Electric）。
虽然“飞行汽车”这个词汇较为常见且宽泛，本次研究的飞行汽车主要聚焦于纯电驱动、载人场景、载人数在2人或2人以上的垂直起降飞行器。
备注：直升机不属于VTOL，VTOL一般垂直起飞与降落和悬停的时候靠旋翼产生升力，在平飞时可以像普通的飞机一样靠机翼产生升力；直升机全程靠旋翼产生升力，靠旋翼的倾斜来控制方向；直升飞机由于体积、重量都较大，起飞和降落需要更专业的场地，eVTOL对于起落的场地需求相对于直升机较小。
2.为什么是电动eVTOL
（1）更环保：燃油发动机如果在低空域使用，会造成空气污染问题。
（2）低噪音：电机驱动的噪音低于燃油发动机。（例如直升机噪音在82dB，而纯电的Volocopter 2X的噪声分贝为65dB）
（3）电机稳定性强：电机驱动相对于燃油机驱动结构简单，电机输出功率不受含氧量影响，日常维护简单，对飞行员的操作水平要求低。
（4）燃料成本大幅降低：电力的运营成本远低于燃油，例如飞行汽车高速巡航情况下百公里耗电可降至31度（Uber测算），按照0.6元一度电计算，百公里成本约18元；同级别的燃油小飞机百公里油耗在10-15L，按照9元/L计算，百公里成本在100元上下。
总结：发展eVTOL是继地面交通新能源化后，燃油航空的电动化革命，短期内eVTOL产品集中于短距离、小型化载客运输场景，长期来看有望取代长距离、载客数十人的中大型航空交通工具，大幅降低航空燃料成本及碳排放。
3.飞行汽车近年的快速发展
2016年，全球只有6~7种飞行汽车在被研发。
2017年，国内开始有部分创投媒体报道飞行汽车。
2018年，飞行汽车公司数量暴增至70多家，部分创投媒体预言飞行汽车已经不远。
2021年，研发飞行汽车的企业进一步翻倍到150多家；分析：国内飞行汽车创业热潮与2021年10月小鹏汇天获得5亿美元大额融资有一定关系，同时也与纯电动汽车产业的崛起有较大关系，促使人们去探索下一代的汽车产业变革，而飞行汽车是其中的重要方向。
近年航空创新已总共融资150亿美元，其中2021年融资额为69亿美元，2022上半年获得22亿美元，包括可持续航空、超音速飞机、载客电动垂直起降 (eVTOL)飞机以及监控或物流无人机（根据麦肯锡发布数据）。
二、市场需求与政策环境
1.当前市场阶段
当前飞行汽车的市场处于从0到1的起步阶段，2021-2022年全球仅有数千万美元订单预付款；较为领先的玩家普遍预计在2024-2025年发布量产产品（部分已取得数十亿美元订单）。
未来市场能否实现从1到100的突破，我们认为取决于电池能量密度能否提升（至少要到300-400Wh/kg以上），续航里程大幅提升。长期来看，市场规模的培育一方面取决于技术成熟度（如续航、安全性、飞控算法等），另一方面也取决于基础设施、相关法律法规、用户接受度等因素。
2.潜在的应用场景
（1）特大型城市的点对点日常通勤（缓解全球城市化进程导致的地面交通压力加剧问题）
（2）医疗急救、消防等应急场景
（3）山地、河流、跨海等公路交通不便的场景
（4）临近都市圈的城际运输
（5）货运市场
（6）除民用外，工业及军事上的需求
3.政策支持与约束
（1）政策支持
2021年7月，湖南成为我国首个全域低空飞行试点省份，在3000米以下低空空域针对航空器监视通信覆盖、低空空域监管、低空空域运行管理等方面积累经验。此外江西、安徽也加入全国低空改革试点省份。
2022年3月29日，交通部、科技部在《交通领域科技创新中长期发展规划纲要（2021—2035年）》中，正式提出将飞行汽车的研发纳入到规划当中：部署飞行汽车研发，突破飞行器与汽车融合、飞行与地面行驶自由切换等技术。
2022年10月20日，沃飞长空旗下沃飞天驭近日获得中国AOPA（中国航空器拥有者及驾驶员协会）倾转旋翼无人机合格证培训资质，成为该类型无人航空器全国首家培训资质授权单位。
国外情况：美国在60年代就开放了3000米以下的空域，低空空域管理基本趋向民用化管理，eVTOL和直升机都可以在无限制空域（一般为G级空域）自由飞行；日本和韩国率先在政策支持上打开了城市空中交通（UAM）的局面。
（2）制度约束
全球各个国家和地区对于飞行设备都有着严格的管制，例如飞机的航线、高度、宽度、速度都有相应的规范和要求，否则会发生意外和事故。
4.用户的潜在顾虑
对于城市居民的安全性：可能会成为恐怖分子作案工具，造成伤亡，高层民众会担忧其安全性。
对于用户的安全性：高净值人群很可能对新技术的安全性顾虑，短期几年内需要用户培育过程。
学习门槛：例如需要考取飞行汽车的驾驶证。
三、现有产品形态及分析
1.多旋翼
现阶段创业公司最常见的构型之一。
优势：占地空间小，可垂直起降，精准悬停，操作简单，技术难度相对较小。
难点：能效较低，航程短，仅适用于短途运输。
例如小鹏现有的第五代机型飞行速度可以达到130公里每小时，续航35分钟，自重560kg，最大载重200kg，单次飞行最远直线距离为75.8KM。
2.复合翼
起飞及降落依靠多旋翼，滑行期间依靠固定翼节约能源，复合翼可兼顾巡航速度与巡航距离。
优势：能效较高，载人数量通常更多，更加安全稳定，能够使灾难级故障率大幅下降。
难点：固定翼占地面积较大，不易折叠，该机型难以改造成陆地汽车形态。
3.倾旋翼
优势：倾转旋翼载人飞行器兼具直升机(或多旋翼)和固定翼载人飞行器的优点，复杂度大于二者之和。倾转翼方案也被认为是下一代的eVTOL机翼方案。
难点：由于其结构复杂度最高，因而在飞行状态下，伴随结构变化的控制难度也最大，技术难点有气动干扰研究、飞行控制研究、结构设计研究等。
4.倾转涵道风扇
目前仅有德国Lilium公司选择了这一独特构型，将涵道风扇与倾转机翼融为一体，旗下五座原型机目前由多达36个小尺寸涵道风扇提供升力、推力和航向与姿态控制；涵道风扇消除了开放性螺旋桨在安全方面的隐患。
优势：由于接近于复合翼构型，续航里程可以达到300km。
难点：目前该方案并非主流构型之一，可参考经验少。
5.陆空两栖汽车
从设计图来看，小鹏汇天的陆空两用汽车是最贴近于“飞行汽车”这一称号的，预计90%的时间用于开放道路自由行使，10%的时间用于飞行状态。
优势：在于折叠形态下占地面积小于其他固定翼/倾旋翼飞行器，无缝衔接开放道路与飞行的两段需求。
难点：在于同时搭载陆地及飞行两套动力系统，在飞行及陆地行使层面会增加额外的自重，如何突破续航能力是不小的挑战。
