eVTOL优势、机型、及市场空间如何？

三大主流构型，产品形态百花齐放。

相比传统直升机，eVTOL 具有结构简单、效率、安全三方面的优势。 1）结构简单：eVTOL 允许电气系统架构良好地交互，而无需相对复杂的机械部件， 相比现有直升机或飞机控制更为简单； 2）效率提升：eVTOL 允许飞机使用多个小型电机而不是一个大型电机，同时也允许 机械结构增加电动机的总数，而无需牺牲重量。每个电机都能产生足够的推力来补偿其自 身重量，其分布方式也使飞机能够实现整个飞机的最佳推力分布。NASA 和 Joby Aviation 的研究表明，分布式电推进技术的功率水平已达到与直升机相似的水平，但效率 几乎是直升机的 3 倍； 3）安全性高：eVTOL 包括一个由电动机、控制装置和电池结构组成的互连网络，使 整个飞机都具有冗余性，发生故障概率降低，安全性大幅提高。

分布式电推进系统（DEP）技术使得飞行器的构型突破了传统架构的限制，eVTOL 机型设计多样化，不同产品都有各自独特的设计，产品形态百花齐放。

各类机型可总结为三大主流构型：多旋翼构型、复合翼构型、矢量推力构型/倾转构 型。根据保时捷咨询和美国垂直飞行协会 2021 年对全球 eVTOL 制造商和机型的统计，在 200 多个 eVTOL 型号中，40%为多旋翼构型，38%为矢量推力构型，22%为复合翼构 型。 1）多旋翼构型（Multirotor）飞行器是由多个旋翼提供升力，通过调整各旋翼转速 来控制姿态及讯飞，没有固定翼或倾转旋翼。 2）复合翼构型（Lift and Cruise）飞行器结合了多旋翼和固定翼的特点，垂直阶段 和水平阶段使用不同的螺旋桨。在悬停和低速飞行时，飞机以垂直起降模式运行；在巡航 时，由机翼提供升力，由水平推进螺旋桨提供向前的推力。 3）矢量推力构型/倾转构型（Vectored Thrust）飞行器有机翼和矢量推进器，推进 器提供升力也帮助巡航，通过旋转（矢量控制）推力点来实现。矢量推力可能通过以下几 种形式来实现：倾转旋翼-旋翼可以改变角度；倾转机翼-整个或部分机翼可以旋转；旋转 涵道-涵道风扇可以倾斜来转换方向等。

旋翼配置对飞机的航程、载荷、成本等方面有显著影响，不同构型各有优劣。机翼可 以实现更高的巡航速度和更长的飞行距离；旋翼则提供了更好的机动性、悬停效率和垂直 起降能力，但转子产生的升力会产生更多的阻力并产生更多的能量，从而降低飞行器的航 程和有效负载能力。1）多旋翼机型航程较短、速度较低，结构简单，技术实现难度低， 成本较低、研发周期短；2）复合型航程和巡航速度较高，结构较为复杂，生产维护成本 和技术难度相对较低，有效载荷低；3）矢量推力构型航程和巡航速度较高，有效载荷高， 但倾转机械和电控系统复杂，开发难度大，成本高。

eVTOL 未来应用前景广阔，商业化快速推进。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）。根据 Morgan Stanley 预测，预计 2026 年全球 eVTOL 市场规模将达到619 亿元，2040 年全球总体潜在市场规模为 1 万亿美元，2050 年将达到 9 万亿美元， 中国将是全球最大的城市空中交通市场，预计中国市场占到全球的 20%-25%。按具体应 用领域进行拆分，根据 Morgan Stanley、德勤等预测，2040 年 eVTOL 全球市场中 52% 为货运物流，46%城市载人，3%为城际通航和军政市场。

不同的技术路线/构型的机型，其成本的差异较大。根据论文《Cost Analysis of eVTOL Configuration Design for an Air Ambulances System in Japan》，以生产 60 架 eVTOL 为例，eVTOL 的生产成本包括 RDT&E（研究、开发、测试与评估）成本，制 造成本（包括机身，航电和推进系统）以及额外成本（如降落伞），不同机型的总成本区 别较大，制造成本约占总成本的 70%-75%。根据《2022 eVTOL Design Short Course at SNU》的研究结果，矢量构型中倾转旋翼的最大起飞重量最高，约为 360-590 千克， 平均成本也为所有构型中最高，约为 27-45 万美元；其次为多旋翼、复合翼和涵道风扇构 型；倾转机翼构型最大起飞重量最小，约为 270-450 千克，平均成本为 21-35 万美元。

整个推进系统通常在 eVTOL 成本中占比 30%以上。以 Lilium 公司的 eVTOL 为例， 根据官网介绍，Lilium 采用矢量推力构型，有 36 个分布式电机和 72 个电源模块为飞行 器提供能源和动力，采用霍尼韦尔的 3 个飞控计算机。在 eVTOL 的成本构成中，推进系 统（电池、电机、电控）占比最高，为 40%，结构与内饰占比 25%、航电与飞控占比 20%、能源系统占比 10%、装配件占比 5%。

根据测算，预计 2030/2040/2050 年 全 球 eVTOL 电机市场规模将达到 42/357/1890 亿元。核心假设：①根据 Roland Berger 预测，2030/2040/2050 年全球 城市交通领域的 eVTOL 运营量分别为 5000 架/4.5 万架/16 万架，市场规模分别达到 20 亿/170 亿/900 亿美元；②假设 2030/2040/2050 年 eVTOL 单价分别为 280 万/264 万 /394 万元，随着技术水平提高、规模增加，成本将有所下降，但远期随着应用场景向通 航拓展，eVTOL 飞机的载人数量和平均单价将有所提高；③参考 Lilium 公司的成本结构， 以及新能源汽车的电机的价值量占比约为 10%，eVTOL 的结构构成与新能源汽车相似度 较高，假设电机成本占比为 10%；④由于航空飞机对于安全性要求极高，为了保证故障率 降低到要求范围内，飞机全生命周期内通常要更换 3 次电机。 在政策推动之下，国内低空经济呈现加速发展态势，推动全球 eVTOL 行业快速发展， 我们认为未来发展速度有望超过当前机构预测情况。