eVTOL发展背景、技术路线及审定要求分析

eVTOL迎发展拐点，有望进入商业化运营阶段.

1.发展背景：eVTOL是汽车、航空、新能源三大领域技术交汇点

eVTOL （electric Vertical Take-Off and Landing，电动垂直起降飞行器）技术迁移自传统飞机及新能源三电供应链，技术基础成熟；其区别于常规飞行器的主要特征在于：1）可实现垂直起降，无需滑行，能够摆脱对机场的依赖；2）采用分布式推进动力系统，安全水平提高；3）采用电动技术，降低成本。2016年，Uber公司发布城市空中交通白皮书，提出未来城市空中交通的概念，引出对eVTOL的需求，由此引发世界范围内对eVTOL航空器的研制热潮。我国企业除亿航智能外起步略晚，但新能源汽车产业链的优势为eVTOL储备了大量潜在供应商，为我国航空业提供弯道超车的机会。

2.技术路线：eVTOL构型迁移自固定翼飞机和直升机的衍生机型

飞行器早期主要有固定翼和直升机两种构型，固定翼具有航程长、航速快、载重大的特点，但是需要完善的机场和跑道以供起飞和降落；直升机具有垂直起降、可悬停的特点，可以节省空间和成本，但由于复杂的气动特性（前飞工作环境下，旋翼桨叶的相对气流不对称，前行桨叶会受压缩性影响，后行桨叶会受气流分流的限制），最大飞行速度存在瓶颈。基于这两种构型的优缺点，后衍生出三种飞行器：1）倾转旋翼通过旋翼的倾转过渡技术实现飞行器从空中悬停到高速前飞的转换，可以兼备直升机和固定翼飞机的优点，但由于倾转过渡过程钟气动干扰情况复杂，安全性和稳定性表现较差；

2）复合翼型为规避倾转过程，直接在固定翼飞机上安装旋翼组件，结构简单且可行性高，但这也意味着在起降/前飞过程中分别有一套动力系统处于冗余状态，存在死重问题，一定程度上减小续航时间；3）多旋翼飞行器以多个小直径旋翼替代直升机单个大直径旋翼及尾桨，简化了直升机的机械结构，控制难度降低且操作更加灵活；但由于需要高频率通过IMU（惯性测量单位）来调整各旋翼转速以实现稳定飞行，仅能在低载重单位上实现完全的高频率调节，后成为无人机的主要构型。

现有eVTOL产品主要有多旋翼、复合翼和倾转旋翼三种构型，技术分别迁移自多旋翼无人机、复合翼无人机&飞机、倾转旋翼飞机。

多旋翼型eVTOL采用分布式旋翼设计，因其结构轻便、设计相对简单，是发展最早、目前技术最 为成熟的eVTOL，代表产品包括亿航EH216-S、小鹏X2、Volocopter VoloCity等；但具备巡航速 度慢、航程和载重小的缺点，是旅游观光和消防救援的主要选择。复合翼eVTOL在多旋翼的基础 上配备了机翼和水平推进螺旋桨，有效提升巡航效率和航程，且规避倾转过渡过程，大幅提高安 全性，可用于通勤和物流等。代表产品包括峰飞V2000CG、Wisk Cora、Bata Alia-250r等。倾转 翼型eVTOL以一套动力系统执行垂直起降、悬停和平飞，实现最优能效，可实现的航程与速度最 大，但具有动力冗余不足的特征；由于构型复杂，目前大部分机型仍处于验证阶段。代表产品包 括时的E20、Lilium Jet等。

 多旋翼构型受限于载荷和航程，所面对的应用场景相对固定。复合翼型和倾转翼型为未来UAM 应用的主力军，二者在性能上限方面没有明显差异；但在相同能量密度下，倾转旋翼的航程和速 度表现明显优于复合翼型。

倾转旋翼飞行器从起飞到降落需要经历三种工作状态：垂直起降和悬停时的直升机状态、巡航高速前飞时的固定翼飞机状态、直升机模式向固定翼飞机模式转换的倾转过渡状态。垂直上升阶段，飞行器通过旋翼的升力达到一定的高速，并通过改变前后旋翼的总距产生俯仰转动的力矩，从而使旋翼产生的升力在前飞方向的矢量产生前飞速度。在飞行器刚开始具有前飞速度时，速度不够大，不足以使机翼产生足够大的升力使飞行器保持现有的高速，主要还是依靠旋翼的矢量拉力保持稳定飞行。当前飞速度达到一定程度后，飞行器逐渐进入倾转过渡状态，随着倾转角从0度转变到90度的过程中，前飞的速度逐渐增加，机翼产生的升力增大，旋翼提供的升力减小，直到完全过渡到平飞状态。在高速前飞的固定翼模式下，升力由两幅机翼提供，前飞动力由四个倾转旋翼提供。

 倾转过渡状态下存在“喷泉效应”，气动干扰情况复杂。在直升机和倾转过渡模式下，机翼出于旋翼的下洗流干扰区域，气流通过旋翼以后冲击在机翼表面，产生较大的向上载荷。同时，两侧机翼上的气流会沿机翼向机身中心流动，在中心处汇聚形成向上的气流，产生“喷泉效应”。在由直升机模式过渡到巡航高速前飞模式时，前机翼尾流会影响后机翼附近的流场，后旋翼也处于前悬翼尾流干扰区域内，复杂的干扰情况成为倾转旋翼飞行器的难点，服役多年的V-22倾转旋翼机也发生过多次事故。 

除亿航智能发布产品采用多旋翼构型外，国内厂商产品多采用复合型构型。亿航智能EH216-S采用多旋翼构型，产品设计及推进较快，但续航里程有限，多用于游览、应急救援等短途通行领域；峰飞航空等国内厂商多采用复合翼构型，定位区域客运的目标市场。Ø 海外倾转旋翼制造经验丰富，eVTOL厂商多采用倾转旋翼路线。

3.审定要求：eVTOL正式运营需要通过适航批准和运行管理流程

eVTOL作为民用航空器，获得适航批准和运行许可是其合法开展规模化运行的前提。考虑到大多数eVTOL航空器仍处于概念设计阶段，我国民航局尚未针对eVTOL监管专项立法，涉及无人驾驶部分依据无人机监管相关法规，而有人驾驶部分仍依据传统民航航空器法规。具体而言，无人驾驶eVTOL的审定程序参照《民用航空产品和零部件合格审定规定》（CCAR-21）及其下位法《民用无人驾驶航空器系统适航审定管理程序》（AP-21-71）；有人驾驶eVTOL作为特殊类别航空器以“一事一议”模式进行审定，程序参考包括CCAR-21下位法《型号合格审定程序》（AP-21-11）、《生产批准和监督程序》（AP-21-31）等；具体条件制定参考欧洲EASA提出的VTOL适航审定特殊条件SC-VTOL、《正常类飞机适航规定》（CCAR-23）、《正常类旋翼航空器适航规定》（CCAR-27）、《小型航空器商业运输运营人运行合格审定规则》（CCAR-135）。

有人驾驶航空器，以及中型、大型民用无人驾驶航空器需要进行适航管理，包括设计标准、生产批准和适航批准，对应型号合格证（TC）、生产许可证（PC）、适航证（AC）等证件的申请、办法和管理。除微型无人机以外的机型均需要进行运营安全评估，对应运营合格证（OC）等证件的申请、办法和管理。