文／袁 淵

作為極具創新性和顛覆性的航空交通工具，電動垂直起降飛行器（eVTOL）在技術和市場方面都展現出巨大的潛力。隨着產品性能與安全性將不斷提高，eVTOL或將逐漸滿足商業化運營的要求。

eVTOL是一種依靠電力驅動，能夠實現垂直起飛、降落及水平飛行的新型飛行器。與傳統飛行器相比，它具有諸多獨特的特點：

1）垂直起降能力：eVTOL擺脫了對長跑道的依賴，能夠在有限的空間內完成起降操作，極大地提高了航空運輸的靈活性和可達性。

2）電力驅動：採用電力作為動力源，與傳統的燃油動力相比，eVTOL在運行過程中不會產生二氧化碳、氮氧化物等污染物，實現了零排放。

3）潛在的低成本運營：由於結構相對簡單，維護需求較低，且電力成本通常低於燃油成本，eVTOL在大規模商業化運營後，有望實現較低的運營成本。

電力推動 噪音較低

1、總體設計

eVTOL的總體設計需要綜合考慮多個學科領域的因素，進行多學科優化設計，以實現飛行器性能、安全性、成本等多方面的最佳平衡。

氣動與結構優化：在氣動設計方面，需要通過大量的數值模擬和風洞試驗，優化飛行器的外形和機翼、旋翼的氣動布局，以降低飛行阻力，提高升力效率，減少噪音產生。同時，結構設計要在保證飛行器具備足夠強度和剛度的前提下，盡可能減輕重量。大量使用碳纖維複合材料等輕質高強度材料，通過優化結構拓撲和製造工藝，實現結構的輕量化。

動力與能源系統匹配：動力系統的選型和設計要與能源系統緊密匹配，以滿足飛行器在不同飛行階段的功率需求。電機的功率、扭矩特性要與旋翼的負載相適應，確保在垂直起降和巡航等階段都能提供穩定可靠的動力輸出。同時，能源系統要具備高能量密度和高功率密度，以支持飛行器的長航程和快速充電需求。

飛控與航電系統協同：飛控系統和航電系統是eVTOL的核心神經系統，它們之間的協同工作至關重要。飛控系統負責飛行器的姿態控制、飛行軌跡規劃和穩定飛行，需要具備高度的可靠性和精確性；航電系統則為飛控系統提供各種傳感器數據、導航信息及通信支持。

2、動力系統

分布式電推進技術：分布式電推進技術是eVTOL動力系統的關鍵技術之一，它通過在飛行器上分布多個小型電動推進單元，取代傳統的集中式動力系統。這些電動推進單元通常由電機、螺旋槳以及相應的控制器組成，它們協同工作，為飛行器提供升力和推力。

分布式電推進系統具有多項顯著優勢。首先，它能夠顯著提高飛行器的安全性和可靠性。由於採用多個獨立的推進單元，當某個單元出現故障時，其他單元可以繼續工作，保證飛行器仍能安全飛行或降落。其次，分布式電推進可以有效降低噪音。多個小型螺旋槳在較低轉速下運行，相比傳統大型旋翼，產生的噪音更小，更適合在城市環境中飛行。

在分布式電推進系統中，常用的電機類型有永磁同步電機和直流無刷電機。永磁同步電機具有較高的功率密度和效率，能夠在較小的體積和重量下提供較大的功率輸出。其轉子採用永磁材料，無需勵磁電流，減少了能量損耗。

3、飛行控制系統

自主飛行控制是eVTOL飛行控制系統的核心功能之一，它使飛行器能夠在無需人工干預的情況下，按照預設的航線和任務要求自主完成飛行。

eVTOL通過多種傳感器實現對周圍環境和自身狀態的感知。其中，激光雷達能夠實時掃描周圍環境，構建三維點雲圖，用於檢測障礙物和識別地形特徵；攝像頭則提供視覺圖像信息，通過計算機視覺算法進行目標識別和跟蹤。慣性測量單元（IMU）能夠精確測量飛行器的加速度、角速度等姿態信息，GPS則提供全球定位數據。這些傳感器數據被實時傳輸到飛行控制系統的中央處理器，通過先進的算法進行融合處理，使飛行器對自身位置、姿態及周圍環境有全面、準確的感知。

為了實現精確飛行控制，eVTOL採用多種先進的控制算法，如模型預測控制（MPC）算法等。PID控制算法通過對誤差信號的比例、積分和微分運算，產生控制輸出，以快速、準確地調整飛行器的姿態和飛行狀態。模型預測控制算法則基於飛行器的數學模型，預測未來一段時間內的系統狀態，並根據預設的性能指標和約束條件，優化計算出最優的控制輸入序列。這些控制算法通過控制電機的轉速、螺旋槳的槳距等執行機構，實現對飛行器的高度、速度、航向等飛行參數的精確控制。

通勤快捷 物流需求大

1、城市空中交通需求

通勤需求：在大城市中，通勤時間過長已成為困擾上班族的主要問題之一。以北京、上海、廣州等一線城市為例，平均單程通勤時間超過1小時，部分區域甚至達到2小時以上。eVTOL能夠避開地面交通擁堵，實現城市內的快速通勤，尤其是在商務中心與住宅區之間、機場與城市中心之間等高頻通勤路線，市場需求的潛力巨大。

應急救援需求：在城市應急救援場景中，時間就是生命。eVTOL能夠快速到達事故現場，將傷員及時送往醫院救治，或者將救援物資運送到受災區域。

2、物流配送需求

快遞配送：隨着電子商務的快速發展，快遞業務量呈爆發式增長，消費者對快遞配送速度的要求也愈來愈高。在同城配送方面，eVTOL也能夠在短時間內將快遞送達客戶手中，大大縮短配送時間。

醫療物資運輸：醫療物資的及時供應對於保障患者的生命健康至關重要。在一些緊急情況下，如器官移植、急救藥品運輸等，對運輸速度和時效性要求極高。eVTOL可以快速、安全地將醫療物資運送到指定地點，確保醫療救治工作的順利進行。

3、旅遊觀光需求

乘坐eVTOL進行城市觀光，遊客可以從空中俯瞰城市的標誌性建築、風景名勝和繁華街區，獲得獨特的視覺體驗。eVTOL城市觀光項目將吸引大量遊客，通過精心設計的觀光路線，遊客可以在短時間內領略城市的全貌和特色。

技術突破升級 機遇巨大

1、技術發展趨勢

電池技術突破：電池技術是制約eVTOL發展的關鍵因素之一。隨着固態電池、鋰硫電池等新型電池技術的不斷突破，電池的能量密度、充電速度和安全性將得到顯著提升。預計在未來5至10年內，固態電池有望實現商業化應用，其能量密度將達到400至600Wh/kg，充電時間縮短至15至30分鐘，將大幅提高eVTOL的續航里程和運營效率。

智能化與自動化升級：eVTOL的飛行控制系統將朝着更加智能化和自動化的方向發展。人工智能、機器學習等技術將被廣泛應用於飛行控制、路徑規劃、故障診斷等領域，使飛行器能夠更好地適應複雜的飛行環境和任務需求。

2、市場發展機遇

政策支持與基礎設施建設：隨着eVTOL產業的發展，各國政府和相關部門逐漸認識到其在解決交通擁堵、推動經濟發展等方面的重要作用，紛紛出台相關政策支持eVTO的研發和商業化應用。例如，美國聯邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）已經制定eVTOL的適航認證標準和法規框架。

消費升級與市場需求增長：eVTOL作為一種新型的交通和旅遊方式，能夠滿足人們對高品質生活的追求。在城市空中交通方面，愈來愈多的人願意為節省通勤時間支付更高的費用；在旅遊觀光領域，新穎獨特的eVTOL觀光項目將吸引大量遊客。

產業協同發展：eVTOL產業的發展將帶動上下游相關產業的協同發展，形成一個龐大的產業生態。在產業鏈上游，電池、電機、傳感器等零部件製造企業將迎來新的發展機遇；在產業鏈下游，城市空中交通運營、物流配送等服務企業將不斷湧現。同時還將與人工智能、大數據、物聯網等新興技術產業深度融合，推動技術創新和產業升級。近年來不斷湧現低空經濟企業做出產業鏈創新，例如杭州眾安航空定位「低空＋文旅」和「低空＋客運」，通過場景化基建解決方案＋數字化運控平台集成＋空中交通服務能力，構建城市空中交通生態體系。

（作者為外資投資基金董事總經理）

（來源：大公報A12：經濟 2025/07/08）