首款“飞行汽车”获批生产!打“飞的”即将成为现实?| 研报推荐

jh 2个月前 (04-07)

注:原文为华福证券《eVTOL:下一个出行风口——低空经济深度报告系列》,分析师:邓伟、游宝来

就在今天,中国民用航空局为亿航智能EH216-S无人驾驶载人航空器系统颁发了生产许可证,这款机型成为全球首个三证齐全的eVTOL(电动垂直起降)飞行器。

一般来说,航空器从生产到商业化运营共需三类证件,分别为型号合格证、适航证以及生产许可证。随着EH216-S陆续拿下三大证件,意味着这款机型已经成为全球首款可以上天的“飞行汽车”。

作为低空经济里一个非常重要的部分,“飞行汽车”的正式上天,也让低空经济概念在近期迎来一阵爆火,一个万亿级市场蓄势待发。

在名为《eVTOL:下一个出行风口——低空经济深度报告系列(1)》的行业深度报告里,分析师从产业链、政策等多角度介绍了eVTOL的发展历。

以下为研报内容节选:

1、相关概念概述

1)eVTOL相关概念

1、eVTOL(electricVerticalTake-offandLanding),即电动垂直起降飞行器,是指采用电能驱动方式并且具备垂直起降能力的飞行器。

2、AAM(Advanced Air Mobility)先进空中交通是一个广义的利用新型航空器在各种区域提供客货运输的愿景。相较于传统直升机、无人机等,eVTOL具有起飞无需跑道、高安全性、低噪音、零排放、易维护、规模运营化后低成本等优势。有望打破传统交通运输工具的市场边界,成为高铁、地铁、长途巴士、出租车、私家车的重要补充和替代,甚至有机会成为未来的交通出行和运输的主流方式之一。可运用于城市短距离空中旅客与货物运输、医疗救援、军事等领域。

3、UAM(UrbanAirMobility),即城市空中交通。根据美国NASA定义,是指“在城市中用于客运或货运的、安全高效的有人驾驶/无人驾驶(空中)交通工具系统”。就目前正在研制和演示验证的飞行器来看,UAM专注于城市区域内或城际中短途运输(3~100千米),在高度100米以下的超低空或100~1000米低空空域飞行,有人驾驶飞行器的驾乘人员在1~2人或5人以下(以目前的技术水平),城市内飞行基本采用电池(锂电或氢燃料电池)供电的纯电推进,城际飞行则可能选取混合电推进。

4、低空空域,指在垂直高度1000米以下、根据实际需要延伸至不超过3000米的低空空域范围内。根据2010年国务院、中央军委发布的《关于深化我国低空空域管理改革的意见》,“低空”是指“垂直范围原则为真高1000米以下,可根据不同地区特点和实际需要,具体划设高度范围”的空域。2016年中国民用航天局《关于促进通用航空业发展的指导意见》将低空空域范围由真高1000米提高到3000米。

5、低空经济,是指在垂直高度1000米以下、根据实际需要延伸至不超过3000米的低空空域范围内,以垂直起降型飞机和无人驾驶航空器为载体,以载人、载货及其他作业等多场景低空飞行活动为牵引,带动相关领域融合发展的综合性经济业态2021年2月,中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》,首次将“低空经济”概念写入国家规划。

2)eVTOL发展历程

eVTOL概念最早于2009年出现于NASA的一则动画视频中。

2009年eVTOL先驱企业Joby成立。

2011年世界直升机巨头AugustWestland正式提出eVTOL概念。

2014年,美国直升机国际协会和航空宇航协会正式引入eVTOL概念。

随着2016年Uber提出UberElevate城市空中出租车计划,全球范围内开始掀起eVTOL的热潮,eVTOL也逐渐从概念开始转变为实际的商业化产品。

2017年,美国垂直飞行协会VFS发布业内第一份eVTOL目录。

2019年,欧洲航空安全局EASA针对小型eVTOL的适航认证做出规定。2019年,中国亿航登陆纳斯达克,成为“全球eVTOL第一股”。

2021年之后,美国Joby、德国Lilium、美国Archer等eVTOL研发企业也陆续上市。

目前,国内峰飞、小鹏汇天、沃飞长空、亿维特等企业也在积极推进试飞及适航认证进程,产业进展加速。

3)技术分类

eVTOL的技术路线可分为多旋翼、升力和巡航复合(复合翼)、矢量推力(倾转旋翼)和倾转涵道4种。

目前eVTOL尚处于研发阶段,并不存在占全面优势的技术构型。具体技术方案选择应考虑应用场景。具体技术方案选择应考虑应用场景。

从性能上看:多旋翼型不适用于长航程、航时的任务,飞行速度较慢、阻力较大,通常载重也较小(一般在600kg左右,仅有1-2座)。而大载重、长航程任务,复合翼及倾转旋翼在速度、航程等方面具有明显优势(一般可以做到2000kg,容纳4-5座)。

从设计难度上看:倾转涵道>倾转旋翼>复合翼>多旋翼。目前推出申请适航的案例较多使用倾转旋翼构型和复合翼构型,较容易实现商业化。

2、政策梳理

1)各国空中交通监管体系:

•中国:民航局、人民解放军空军、当地政府分别负责城市空中交通航空飞行器的适航审定、空域审批和交通运输管理。

•美国:联邦航空局则全权负责这3个环节。

•欧洲:欧洲航空管理局是负责适航认证的监管机构,空中交通管理则由各国的空中航行服务提供商、EASA、欧洲空中航行安全组织网络管理机构(EUROCONTROL)共同负责。

2)适航规定:

目前中美欧尚未形成专用于eVTOL适航审定的系统性规定。

欧洲航空安全局(EASA)针对eVTOL飞机制定了新的适航规章,并在2019年至2021年间陆续发布了专用条件和适航符合性方法(MOC)。

美国联邦航空局(FAA)正在建立eVTOL飞机的适航认证框架,结合现有的航空规章,并已为某些eVTOL飞行器发布了专用条件。

中国民用航空局(CAAC)对eVTOL的适航审定采取一事一议的方式,参考国内外相关条例和条件,并已为亿航智能、峰飞颁发了型号合格证。

3)eVTOL相关适航取证规定

以中国为例,CAAC对于eVTOL的审定采取每个项目一事一议,根据其具体设计和预期用途来单独制定专用条件的原则。

一般来说,eVTOL型号首先要取得型号合格证TC,然后申请生产许可证PC,才可进行批量生产。

由于eVTOL的审定需要不同的专用条件,所以目前TC的申请周期较长、耗费较大。PC可以在TC申请过程中提交,也可以有TC后提交。航空器投入运营则需要申请适航证AC,如果在持有PC的情况下申请AC,则只需要递交一些材料。如果航空器在仅有TC的情况下申请AC,则不仅需要递交文件,还需要进行必要的适航检查甚至试飞。

4)中国相关政策

1、中国在eVTOL相关领域,从中央、试点地区都给出了政策支持和管理方案。例如,民航局、工业和信息化部等联合印发的《绿色航空制造业发展纲要(2023-2035年)》中提出到2025年电动通航飞机投入商业应用,eVTOL实现试点运行。政府会议、工作报告中多次强调低空经济等战略性新兴产业的重要增长引擎作用,强调eVTOL作为发展低空经济的重要载体的地位。

2、地方政策:多省市助推低空经济加速发展

多省市将低空经济写入政府工作报告,多地区出台具体政策。主要代表有广东省、深圳市、安徽省、湖南省等。在2021年前后,安徽、湖南、江西等省份已计划、获批、试点了对低空飞行的规划和监管,包括通用机场建设、低空空域管理改革试点建设、临时航线规划等。多地以资金、政策形式围绕技术创新鼓励、企业落户奖励、基础设施扶持、产业配套完善、应用场景发展扶持等方面展开支持。

3、全球主机厂加快开发,进展超预期

产业化进展:eVTOL研发市场在近几年增速可观。

垂直飞行协会(VFS)于2017年4月推出世界权威的eVTOL目录,当时只有十几个eVTOL项目正在研发中。而仅2023年就增加了近200种新设计。

截至目前,该目录已对来自世界各地400多家公司和创新者的979种不同的eVTOL概念进行了分类。

目前技术较为成熟的eVTOL设计主要集中在美国、中国、英国和德国。中国亿航(EHang)、峰飞、小鹏汇天、美国Joby、德国Lilium、英国VerticalAerospace、美国Volocopter、美国ArcherAviation等企业的进展较快。其中技术较为成熟的机型以Joby-S4、亿航EH216-S、VerticalAerospace-VX4、Volocopter-VoloCity等为代表。各公司都还在进一步进行技术研发,提高产品成熟度,并对已有机型推进适航审定申请进程。

4、应用场景丰富前景广阔

1)应用前景:

eVTOL在航空医疗应急救援、低空旅游、城市空中交通和物流等领域均有可观的应用前景。eVTOL在这些领域的应用具有避免拥堵、跨越障碍、节约时间、减少排放等优势,能够更高效地开发城市低空空域资源,顺应了未来城市交通系统发展绿色化、智能化的趋势。但面临技术成熟度、适航管理、运营管理和硬件设施等挑战。其市场推广依赖于技术进步、法规完善、商业模式创新以及公众认可度的提升。

必要性:

城市拥堵和长时通勤造成生产力浪费和经济损失:随城镇化发展和汽车保有量提升,城市通勤高峰拥堵现象严重影响通勤效率和生活质量,也给城市管理带来较大压力。根据交通分析机构INRIX估算,2017年交通拥堵给美国司机带来的经济成本高达3050亿美元。

根据百度地图统计,2023Q3最拥堵的10座城市,通勤高峰平均速度在23.4km/h~28.04km/h之间,通勤时耗前十的城市中,平均时耗达到34.33~43.87分钟,浪费大量时间(生产力)。

公路造价高、建设期长,对环境影响大:根据中国交通运输部统计,我国汽车保有量增速超过公路里程增速,高速公路整体造价1-2.2亿元/km,公路建设周期长、对环境影响较大,城市立交建设有上限,亟需发展低空立体交通进行补充。

便捷性:

针对不同场景、行驶距离,各种交通工具耗时不同。不考虑特别拥堵情,<50km时汽车由于不需要前置准备时间、启停灵活,用时最短,而在50-400km范围,空中交通优势逐渐明显,相比于飞机需要安检、候机等前置准备时间,eVTOL综合用时最短。

考虑到人口密集城市市内拥堵、路线设计复杂,eVTOL有将对汽车、地铁等交通方式在市内20-50km场景形成替代,对50-400km左右,特别是100-300km范围内的城际交通场景,对大巴、汽车、高铁、飞机等形成替代。

4)消费经济性:市内、城际多场景体现消费需求和经济可行性

客运eVTOL对比公路交通的优势是可以进行直线运输,无需绕路或受限于道路网络,节省时间;对比传统航空器的优势是不需要跑道和专用机场,运营成本极低。因此,eVTOL有望打破传统交通运输工具的市场边界,成为高铁、地铁、长途巴士、出租车、私家车的重要补充和替代。以下对3个典型的客运运营场景进行重点分析,反映客运eVTOL应用的消费经济性。

5)eVTOL生态链

涉及制造、运营、基建、B端与C端客户、监管机构等。

eVTOL的设计研发技术壁垒较高,涉及到多个专业体系的综合应用,但相关产业链基础较好。eVTOL的研发设计和测试涉及空气动力学、机构力学、材料学、计算机等多学科的综合应用,囊括理论计算、仿真实验、台架实验、静力实验等复杂实验过程。

eVTOL技术系统包括:飞控系统、导航系统、通讯系统、动力系统、电池、机体。(这些系统本身均有较为完善的产业基础,eVTOL可以直接借助这些丰富的基础。)

6)eVTOL成本拆分

参考亿航智能2023年报预告,以及官网公布的定价,分析师预计600kg级eVTOL初期售价在240万元/台左右,BOM成本估计约为74万元/架,其中电驱动系统占32%、电池能源系统占14%,壳体成本占12%,航电及飞控系统占27%,其他占15%,人工和制造成本假设初期为10万元/架。

而针对2000kg级eVTOL,对电机功率、带电量和其他零部件都有更高的要求,分析师预计初期售价在800万元/架,BOM成本约为290万元/架,其中电驱动占28%、电池占34%、壳体占10%、航电飞空占21%、其他占7%。

若中期量产规模达到10万台/年,分析师预计600kg方案售价有望下降到95万元/架,2t方案售价有望下降到285万元/架。

考虑到电机(类比发动机)、电池(高性能)的更换检修周期在3-5年左右,售后维保市场对应空间更大。

7)eVTOL技术发展瓶颈及各环节技术难点:

eVTOL目前面临的主要技术挑战包括:避障、智能驾驶、航路划设、新能源电池技术、电驱动技术等。需要更高敏度的态势感知与避障技术、高精度的低空智能驾驶技术、高韧性的低空航路规划设计、开发更高能量密度的新能源电池技术、开发可靠性和轻量化性能更好的电驱动系统

近几年相关产业的发展也为eVTOL技术难点的进一步突破奠定了基础,eVTOL造价、运维成本等有望降低,安全性、性能等有望提高。

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