此外Lilium在去年还宣布与中国直升机运营领军企业中信海直达成合作( ),在昨晚的央视《焦点访谈》的《发展新质生产力 低空经济 展翅高飞》节目中,Lilium相关负责人还出镜( )。
随着城市化进程加速,交通拥堵和环境污染问题日益突出,人类社会对绿色高效的交通方式的需求日益迫切。因此,开发低空空域、实现低空出行、发展低空经济已成为解决这些问题的重要选择之一。由电动垂直起降飞行器(electric vertical take-off and landing,eVTOL)驱动的空中交通被视为推动低空经济发展的核心引擎。eVTOL采用以新能源电池作为动力的分布式电推进系统,能有效降低飞行噪音和提升操作系统的安全性,同时实现垂直起降、无需跑道,是一种理想的绿色智能交通工具。
从未来产业发展来看,eVTOL应用场景广阔。现阶段最主要的是替代直升机,在测绘、消防救援、电力巡线、警用巡查、医疗救护、搜救、海上石油钻井、农业植保、农业飞防等领域广泛应用。而行业内普遍期望,eVTOL能广泛应用于以城市和区域出行为主的空中载人客运。在不同应用场景中,载人客运是必然的核心发展方向,因为人的时间价值远远高于货物。预计eVTOL率先在载货物流、城市服务、消防救灾等场景开始商业化运营,随着技术发展和市场成熟,载客eVTOL将迈入大规模商业化时代。电池续航里程提升,使得eVTOL主机厂在机型研发方面更倾向于城际和区域出行类型的机型,主要是由以下因素驱动:城际和区域出行的单位经济效益高、为客户节省的时间多、所需的飞行频率和机队密度较低和公众接受度高。当前载人客运的展示和试点推广日趋火热,2024年奥运会和2025年世博会的试运营计划或开启“eVTOL元年”。未来十年,在政府、产业巨头和民间资本的助推下的eVTOL低空交通领域,产业发展与投资局面很可能发生剧变。
面对多元化应用场景需求,eVTOL在关键核心技术,特别是飞行器构型设计方面,仍处于验证比较、市场选择到大规模应用的“前夜”,但数字技术加速和赋能已成共识,并在实践中落地。综合国内外情况来看,eVTOL在科技创新方面呈现“电动化、长续航、智能化”三大技术趋势:
eVTOL普遍采用电推进系统作为动力装置,是一种航空领域的颠覆性技术。电推进系统利用电力驱动多个推进器作为动力装置,能有效提升飞行器气动效率、载运能力、环保性和鲁棒性等。传统直升机使用内燃机或涡轮发动机作为动力装置,噪音大、污染严重、能效低。
eVTOL在商业化的过程中形成了不同构型或技术路线,其中多旋翼构型实现技术路线简单,但有效载荷和航程相对有限;矢量推进构型(倾转旋翼、涵道)和复合翼构型eVTOL在航程、巡航速度和载重比方面优势明显,具有较好的有效载荷、最大起飞重量和运营经济性,更适合在城际运输等空中交通商业场景中应用推广。随着电池技术发展,复合翼及矢量推进构型相对于多旋翼的优势会越来越明显。全球900多个eVTOL设计研发项目的统计数据显示,约320个项目选择矢量推进构型,约260个选择多旋翼构型,约150个选择复合翼构型,其他项目选择悬停自行车和个人飞行器、电动旋翼机设计。
电池技术突破助力eVTOL实现中长距离城际飞行。锂电池因其高能量密度和安全性成为大多数eVTOL主机厂的首选动力来源,尤其在目标航程约200-300公里的范围内,其能源效率和成本优势明显。头部企业认为电池能量密度在300Wh/kg以上,eVTOL性能已经展现出比较好的商业化能力。目前,业界最领先的航空级别电池的能量密度有望达到500Wh/kg,将会极大提升eVTOL续航里程,有潜力支持现有厂商的机型飞行400-500公里。总体而言,eVTOL电池的下一步研发目标是在保证航空安全的前提下,提高电池能量密度并以业界可接受的成本实现量产。
氢能应用潜力大但受限于总成本高和技术成熟度低,导致氢能源飞机的商业化进程缓慢。长期来看,氢燃料电池的能量密度最高可达锂电池的数百倍,具有广阔的应用前景。短期内,由于成本、重量、储运和潜在安全风险等因素的限制,氢能电池的应用空间仍然有限。德国创业公司H2FLY近年推出了一款液态氢飞机HY4,该飞机为双体式、四座位、单发设计,主要用于技术验证和演示;空中客车等公司则计划在2035年前推出氢能飞机。
得益于智能驾驶技术发展与政策支持等有利因素,eVTOL飞行器正逐步从传统的有人驾驶模式过渡到更高效的无人驾驶模式,呈现出“软件定义飞行器”的趋势。未来eVTOL在空中交通竞争中的关键既包括飞行器设计和性能,也包括以AI为核心的软件技术,同时还需要配备高效的数字化空中交通管理系统来支持大量无人驾驶eVTOL运行。
在早期推广阶段,为了使eVTOL符合适航安全要求以及更容易被乘客接受,主机厂可能会为早期机型配备飞行员或安全员、延后无人驾驶eVTOL研发计划,或同时研发无人驾驶和有人驾驶eVTOL。然而,从长远来看,实现自主飞行、取消飞行员是降低运营成本、提高经济效益的必然选择。亿航、峰飞和波音公司旗下的Wisk专注研发无人驾驶飞行器,亿航已获得我国颁发的适航证,峰飞计划在配备安全员的前提下进行商业试运营,而Wisk计划在2028年洛杉矶奥运会期间才会开始试运行无飞行员、全自主飞行的飞行器。
此外,低空基础设施建设将助力高效安全空中交通管理,加速低空空域开放和利用进程。eVTOL在低空运行、服务公众,流量大于现有通航直升机。尽管eVTOL航空器数量远低于城市内网约车,但其运行环境为三维,受天气等因素影响,复杂性和不确定性较高。数字技术可通过以下途径助力空中交通管理智能化:(1)低成本、高精度、高可靠性的通信、导航、监视系统,实时获取航空器信息,降低航空器间隔,提高空域流量和安全性;(2)基于传统气象雷达以及激光雷达等新一代传感器收集的气象数据,结合AI大模型等技术,为低空飞行带来更精准、网格化的气象服务;(3)基于云计算、边缘计算、深度学习和人工智能的管控和调度系统,为eVTOL飞行提供决策支持,如实时航路规划、起降场选择;(4)集成多种技术的空域数字化平台为空域管理部门进行空域设计、航道规划、模拟测试提供数字化工具。
展望未来,我们期待在eVTOL技术、新能源技术和数字技术的发展和共同引领下,以eVTOL为代表的空中出行方式能够加快实现,改变以地面交通为主导的出行模式,推动全球加速奔赴空中出行新时代。
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