2023 年 12 月，习总书记在中央经济会议提出，要打造低空经济等战略新兴产业；2024 年起《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》等相关法规正式实施；2024 年 3 月，政府工作报告提出，要积极打造低空经济等新增长引擎。随后，多地发布支持低空经济的相关政策，低空经济进入发展快车道。
电动垂直起降飞行器（eVTOL）为低空领域主要产品形态，其驱动方式和能源形式发生变化。
低空领域飞行载具主要为工业级无人机以及载人飞行器两类，其中，电动垂直起降飞行器（eVTOL）是载人飞行器是主要产品形态。
eVTOL 使用分布式电推进系统，替代传统飞机的燃气涡轮发动机。
“分布式”是指从传统的集中式大功率燃气涡轮发动机推进改为总功率相同的若干小功率电机推进，“电推进”是指通过电动机驱动涵道式风扇、螺旋桨或者其他装置产生动力，从而将电能转化为机械能。
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 eVTOL：动力系统变革
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。
1.2 电机电控：核心动力系统，各家方案存在差异
电机和电控系统是飞行器的核心动力单元，决定了飞机的能源利用率和推进效能，与旋翼的分布紧密相关。
不同构型和不同产品的机型差异较大，采取的动力结构、数量、分布、性能参数存在较大区别。
我们对主流构型和具有代表性的机型进行梳理：
1.3 市场空间：价值量占比高，未来潜在空间巨大
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。
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。
2 eVTOL电驱系统技术难点
2.1 进入壁垒：性能要求严苛，研发验证周期更久
电驱系统是 eVTOL 的核心动力来源，对于飞机性能至关重要。
电机的功率密度直接影响着飞行汽车的有效载荷能力；电机的大范围变工况动力输出能力影响飞机的动力特性；电机的可靠性和环境适应性对飞机的安全性也有重要影响。
eVTOL 电机主要有两种类型：无刷电机和永磁同步电机。其中，无刷直流电机结构更简单成本更低，更适合无人机使用；永磁同步电机效率高噪音低，适合 eVTOL 运用场景。
1）
无刷直流电机：由于省去了电刷和换向器，无刷直流电机具有效率高，维护成本低和寿命长等优点，但功率较小，适用于无人机；
2）永磁同步电机：
基本结构与无刷直流电机相同，但其使用编码器测定转子位置并使用正弦波驱动电流。与无刷直流电机相比，具有更高、更平稳的扭矩、更高的效率和更低的噪音。并且其保持全扭矩的能力非常适合eVTOL 在各阶段的动力要求。因此在 eVTOL 中，使用永磁同步电机较为常见，如 Joby S4、Archer Midnight 等均采用了永磁同步电机。
eVTOL 电驱电机的壁垒高，包括材料壁垒、设计壁垒、政策壁垒和应用壁垒等方面：
eVTOL 运营环境更复杂，电机需要具有更好性能和更高安全性。
eVTOL 要求电机具有更高的功率密度，以在较小的尺寸和重量下提供足够的推力，并由于 eVTOL 对冗余性的额外需求，电控系统需要具备冗余设计，能够在部分系统失效的情况下继续安全运行，以确保飞行安全。此外，由于航空级电机所处工作环境与新能源汽车不同，其对于不同环境如高低温、湿热、低温低气压、盐雾、臭氧、电磁兼容、振动等方面的要求较高。
功率密度要求高，提升难度较大。
航空推进电机需要更高功率密度，而功率密度的提升来源于电机的电磁结构设计，或者材料改进，包括更高耐温极限的绝缘材料、更高磁能密度的永磁材料、更轻的结构材料，均存在较大挑战。
eVTOL 市场尚处于起步阶段，主机厂进入壁垒高、研发周期长、适航取证难度大，配套供应商同样需要很长的研发和验证周期。
目前亿航智能是全球首个同时取得型号合格证（TC）、生产合格证（PC）、适航证（AC）的公司，以亿航智能为例，其 EH-216 最早于 2018 年 2 月公开载人首飞，2020 年 12 月向中国民航局递交型号合格证申请，直到2023 年 10 月，历时近 3 年时间才取得型号合格证。电驱系统作为核心动力单元，供应商需要在产品早期开发阶段就开始配合主机厂进行设计和研发，并参与后续适航取证过程，开发和验证周期很长；同时电机供应商在航空行业经验、航空级别的实验室和试验检测设备、高功率密度电机技术基础等方面也需要长时间和大量投入，才有机会得到下游主机厂认可。
根据国际民航组织对于民用飞行器的相关认证资质许可，其中包括 D0160，D0178，D0254 等标准，电机作为设备需通过 DO160 环境实用性测试，电控系统需要通过 DO-178 标准认证，对国内外主机厂及零部件供应商要求较高。
2.1 横向对比：相比汽车行业，性能要求大幅提升
受益于新能源汽车三点系统的技术外溢，eVTOL 推进系统发展迅速，但在技术要求、设计复杂性和应用场景上与新能源汽车相比仍有不同。
（1）eVTOL 用于低空领域交通，对电机可靠性和安全性要求更高。
eVTOL 飞行器主要用于城市空中交通、短途运输和空中出租车服务，可靠性和安全性至关重要，飞行器及核心部件需要满足航空级别的要求。相比之下，新能源汽车则主要用于地面交通，更注重高效的电能转换、较长的续航里程和快速充电能力，在可靠性和安全性方面的冗余要求相对较低。eVTOL 通常配备多个电机（4 个或更多），以实现分布式电推进系统，这不仅提高了飞行器的稳定性，还增强了其安全性。新能源汽车的电机数量通常为 1-2 个，多数乘用车采用单电机配置，而高性能或全驱车型可能采用双电机或四电机配置。
（2）eVTOL 所需电机电控系统性能要求更高。
eVTOL 需要具备高效的垂直起降能力、稳定的悬停性能以及高效的巡航能力，对电机提出高功率密度和高效率的要求，因此电机通常采用无刷直流电机或永磁同步电机，能够提供足够的推力。eVTOL 电机仍然在努力提升功率密度，途径包括提升电磁设计技术、热管理技术和轻量化技术降低电机结构重量和散热系统辅助重量等；在冷却系统方面，由于电机在悬停和垂直起降时会产生大量热量，eVTOL 需要更高效的冷却系统。新能源汽车的电机技术已较为成熟，主要采用永磁同步电机或感应电机。
（3）电控系统：飞行电控系统精度要求更严格，以确保飞行安全。
eVTOL 的电控系统需要高度集成，以实现对多个电机的精确控制和协调。其飞行控制系统支持悬停、垂直起降和巡航等多种飞行模式，并且必须具有高冗余性，以确保任何单点故障不会导致飞行器失控。相比之下，新能源汽车的电控系统则主要用于控制电机输出、能量回收和电池管理。车辆控制系统相对简单，包含动力控制、稳定性控制和驾驶辅助系统，复杂性较低，目前技术相对成熟。
2.3 竞争格局：格局较为集中，自研与第三方共存
eVTOL 电机电控领域类似于新能源汽车行业，参与者包括主机厂自研自制与第三方供应商。但进入壁垒高于新能源汽车，因此竞争格局更为集中，参与者较少。
1）主机厂自研
：由于电机电控需随机型适航，准入门槛较高，供应商切换难度较大，部分主机厂选择了自主研发以及生产制造，完全适配自身的 VTOL 型号，如亿航智能，Joby 等。但这对于主机厂的设计、生产和制造能力要求较高。
2）第三方供应商
：大部分主机厂选择与第三方供应商合作，共同开发或改造适用于eVTOL 电驱系统，如 Lilium 与霍尼韦尔，赛峰与时的科技，卧龙电驱与商飞、沃飞等。
第三方供应商往往深耕工业或者航空发动机行业，在电机设计、制造和性能优化方面具有深厚的经验，可以针对下游客户产品的特征和需求做定制化设计，帮助客户提升飞行器的整体性能和可靠性，降低设计和制造成本、缩短研发周期、优化供应链管理。
国内航空级电机主要供应商包括卧龙电驱，江苏迈吉易威，天津松正，深圳北极鸥等，
国内 eVTOL 电机配套产业大多和无人机行业相混合，针对航空级标准的供应商较少。
卧龙电驱与商飞、吉利沃飞等企业建立了合作关系，在航空级电机方面处于行业领先位置。
卧龙采用了“3+1”的产品布局，即小、中、大三个功率等级的驱动产品及一个适航标准。
其中小功率产品（2kW～30kW）应用于工业无人机及 1-2 座 eVTOL。
中功率产品（50kW～175kW）应用于 4 座载人 eVTOL。
其他国内企业如江苏迈吉易威，目标客户群体偏向于军方，从事于军用高功率密度轮毂电机系统并在中国电机博览会展出了多款航空电推进产品；天津松正针对载人级电动航空领域专注于高效功重比的电推进系统的开发，在纯电驱多旋翼垂直起降、涵道风扇等不同构型的飞行器均有研究及产品应用；深圳北极鸥非晶动力与中研非晶合作，共同开发及量产了非晶无人机盘式电机；产品已应用至小鹏汇天 X2。
3. 混合动力：低空飞行的另一种解决方案
3.1 混合动力：弥补纯电劣势，续航能力优势明显
纯电驱动的效率高，但能量密度低，针对中长距离的低空出行，纯电动目前还不具备可行性。
若仅考虑单独部件效率，传统推进系统（内燃机）的效率约为 20%-36%，而电推进系统（电池和电机）的效率可以达到 75%-83%，是内燃机的 3 倍。然而电池最高声明的电池能量密度比内燃机的喷气燃料低约 30 倍，因此内燃机与电推进系统的推进功率比将转变为约 10:1，这限制了纯电动飞机的续航里程和飞行时间。纯电动飞机要想达到传统飞机 25-50%的航程，其电池能量密度需要超过 1000Wh/kg，现有电池无法达到。
混合动力是低空领域的另一种驱动方案，作为纯电方式的补充，其性能和前景类似于新能源汽车混合动力。
全球多家飞机制造商，如波音、空客、巴西航空工业公司，以及罗罗、西门子、美国宇航局、代尔夫特理工大学和德国航空航天中心等企业和机构致力于开发混合动力飞机。
国内政策也在鼓励以混合动力研究方向。
工信部《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030 年）》中提到，以电动化为主攻方向，兼顾混合动力、氢动力、可持续燃料动力等技术路线，并开展 400kW 以下混合推进系统研制。
根据驱动原理的不同，混合动力包括串联混合动力、并联混合动力、串并联混合动力、涡轮电动混合动力等：
不同的混合动力所用能源系统存在差异。
涡轮电力推进系统和全电力推进系统为单一能源系统；并联混合动力系统垂起过程和水平推进过程相互独立，垂起过程的电力需求由电池提供，水平推进过程的电力需求由内燃机提供；串联混合动力系统内燃机和电池可同时工作，因此其机理比其他推进系统更为复杂。
混合动力结合了传统燃油飞机的特点，相比纯电动飞行汽车的性能优势明显：最大起飞重量和电池重量降低、巡航高度更高、巡航距离更长、载荷能力更强。
参考 Evaluation and Comparison of Hybrid Wing VTOL UAV with Four Different Electric Propulsion Systems 的对比实验，以无人机为例：1）在固定的性能要求和飞行参数下，混合动力类型的最大起飞重量和电池重量更低；2）巡航高度更高：全电动飞行器的最高巡航高度仅1100m，并联混合动力飞行器为 2500m，涡轮电动和串联混合动力均超过 5000m；3）巡航距离远高于纯电方式；4）载荷能力强，最大飞行重量对载荷的敏感度低。
3.2 产业进展：目前玩家较少，处于早期研发阶段
全球多家飞机制造商，企业和机构在推进全电动垂直起降飞行器（eVTOL）之外，也在同时致力于开发混合动力飞机或飞行器，但目前进度基本处于概念或早期研发阶段。
尽管混合动力 eVTOL 在续航、性能、补能等方面相较当前纯电 eVTOL 技术具有明显优势，但市场上从事混合动力 eVTOL 研发的企业仍然相对较少，背后原因可能在于：
① 技术挑战：
混合动力系统的设计和集成相较纯电动系统更为复杂。需要同时管理传统燃油发动机和电动机，对初创 eVTOL 主机厂来说，这会导致更高的研发难度和更长的开发周期。
② 成本原因：
混合动力系统的开发和制造成本较高，需要同时拥有出色的内燃机和电动机及联动系统技术。相较之下，纯电动系统的研发成本更低，且第三方供应商电池和电机技术更为先进，成本更低。
③ 市场需求和监管因素：
当前市场对零排放、低噪音的电动航空器有着强烈的需求。纯电动 eVTOL 能够提供更为环保和安静的解决方案，符合许多城市和政府的可持续发展目标。与早期新能源汽车类似，纯电动方案更符合监管机构倾向的路线。
Source：申万宏源证券
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