前言

　　eVTOL（電動(dòng)垂直起降飛行器）與電動(dòng)汽車，作為現(xiàn)代交通領(lǐng)域的兩大創(chuàng)新技術(shù)，它們在功能上互補(bǔ)，共同推動(dòng)了綠色出行和智能交通的發(fā)展。eVTOL以其垂直起降的能力，為城市空中交通提供了新的解決方案，特別是在城市擁堵和交通不便的地區(qū)，它能夠提供快速、靈活的點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)輸服務(wù)。而電動(dòng)汽車則以其零排放的優(yōu)勢，逐漸替代傳統(tǒng)燃油車，成為地面交通的主流選擇。

　　在產(chǎn)業(yè)上，兩者的延伸性表現(xiàn)在它們對新能源、新材料、智能控制技術(shù)的需求上，推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和創(chuàng)新。eVTOL和電動(dòng)汽車都需要高效、輕質(zhì)的電池系統(tǒng)，強(qiáng)大的電機(jī)和先進(jìn)的控制系統(tǒng)，這些技術(shù)的進(jìn)步不僅提升了產(chǎn)品性能，也為整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來了新的增長點(diǎn)。

　　然而，eVTOL在關(guān)鍵性能上的要求更為嚴(yán)苛。由于其飛行特性，eVTOL需要更高的安全性、更強(qiáng)的穩(wěn)定性和更精確的控制系統(tǒng)。同時(shí)，eVTOL的續(xù)航能力、載荷能力和運(yùn)營成本也是衡量其性能的重要指標(biāo)。相較之下，電動(dòng)汽車雖然也面臨續(xù)航和成本的挑戰(zhàn)，但其運(yùn)行環(huán)境相對簡單，安全和穩(wěn)定性的要求沒有eVTOL那么高。

　　一、eVTOL與電動(dòng)汽車的關(guān)鍵性能指標(biāo)對比

　　中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2028年中國飛行汽車（電動(dòng)垂直起降器eVTOL）行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報(bào)告》指出，eVTOL（電動(dòng)垂直起降飛行器）作為汽車產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，確實(shí)在核心架構(gòu)上與新能源汽車有著諸多相似之處。它們都依賴于電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)以及先進(jìn)的控制技術(shù)。這些技術(shù)在新能源汽車中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，為eVTOL的設(shè)計(jì)和制造提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而，eVTOL在關(guān)鍵性能方面的要求比新能源汽車更為嚴(yán)苛。

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　　eVTOL和電動(dòng)汽車在里程和負(fù)載方面的主要區(qū)別在于它們的運(yùn)行環(huán)境和設(shè)計(jì)目的。eVTOL需要在空中垂直起降，而電動(dòng)汽車在地面上行駛。eVTOL的航程和負(fù)載受到更嚴(yán)格的限制，因?yàn)樗鼈冃枰�在空中飛行并滿足安全要求。電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和負(fù)載能力更容易通過技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化來提高，因?yàn)樗鼈儾皇艽怪逼鸾档南拗�。兩種交通工具都在不斷發(fā)展，以提高效率、降低成本，并滿足日益增長的市場需求。

　　圖表：eVTOL與電動(dòng)汽車的里程（航程）和負(fù)載對比

　　資料來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　�。ǘ�）巡航速度和功率保持率

　　eVTOL和電動(dòng)汽車雖然都依賴電池和電機(jī)技術(shù)，但它們的設(shè)計(jì)目標(biāo)和運(yùn)行環(huán)境不同。eVTOL需要在空中進(jìn)行垂直起降和水平飛行，而電動(dòng)汽車在地面上行駛。eVTOL的巡航速度通常針對空中交通優(yōu)化，需要在保證安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)輸。電動(dòng)汽車的巡航速度則更多地考慮道路條件和駕駛體驗(yàn)。在功率保持率方面，eVTOL需要在空中保持穩(wěn)定和可靠的功率輸出，而電動(dòng)汽車的功率保持率則更多地關(guān)聯(lián)日常使用和電池維護(hù)。兩種交通工具都在快速發(fā)展，隨著技術(shù)的進(jìn)步，它們的性能將得到進(jìn)一步提升，為未來交通提供更多可能性。

　　圖表：eVTOL與電動(dòng)汽車的巡航速度和功率保持率對比

　　資料來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　二、eVTOL與電動(dòng)汽車的核心結(jié)構(gòu)對比

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　　中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2028年中國飛行汽車（電動(dòng)垂直起降器eVTOL）行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報(bào)告》指出，電動(dòng)垂直起降飛行器(eVTOL)的關(guān)鍵性能指標(biāo)在很大程度上依賴于動(dòng)力電池的性能。電池系統(tǒng)的能量密度、安全性、快速充電能力和循環(huán)壽命對飛行汽車的多數(shù)核心性能有著顯著影響。特別是電池系統(tǒng)的能量密度，它直接關(guān)系到電動(dòng)飛行汽車的飛行距離、載重能力、能源效率、成本效益和環(huán)境友好性等關(guān)鍵參數(shù)。

　　鋰電池技術(shù)相較于氫燃料電池技術(shù)，目前更為成熟和穩(wěn)定，具有更高的能量密度、優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和較低的自放電率等優(yōu)勢，因此成為eVTOL主要采用的電池類型。

　　2023年10月，工業(yè)和信息化部聯(lián)合其他三個(gè)部門發(fā)布了《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023-2035年）》，其中明確提出了航空級電池產(chǎn)品的性能目標(biāo)：達(dá)到400Wh/kg能量密度的航空鋰電池產(chǎn)品應(yīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而500Wh/kg能量密度的產(chǎn)品則應(yīng)進(jìn)行小規(guī)模驗(yàn)證，以滿足電動(dòng)航空器的使用需求和適航標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖表：鋰電池技術(shù)發(fā)展路徑

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　圖表：eVTOL和電動(dòng)汽車電池性能對比

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　圖表：eVTOL和電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的區(qū)別

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　圖表：eVTOL電池的參數(shù)要求

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　（二）電推進(jìn)系統(tǒng)

　　電動(dòng)垂直起降飛行器(eVTOL)采用分布式電力推進(jìn)系統(tǒng)（DEP），其中電機(jī)系統(tǒng)扮演著核心動(dòng)力源的角色，主要由電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成。這些電機(jī)負(fù)責(zé)在垂直起降和飛行過程中提供必要的推力，而電機(jī)控制器則負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，其控制精度直接關(guān)系到飛行器的推力控制精度。

　　與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相比，電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)擁有更高的功率重量比，大約為5kW/kg，而內(nèi)燃機(jī)的功率重量比大約為1kW/kg。由于eVTOL對電機(jī)的效率和轉(zhuǎn)矩密度有很高的要求，永磁同步電機(jī)（PMSM）成為了電推進(jìn)系統(tǒng)中一個(gè)非常有前途的選擇。與直流電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)不僅功率密度高、調(diào)速范圍寬廣、電磁轉(zhuǎn)矩大，而且其全扭矩維持能力非常適合eVTOL在起降階段的動(dòng)力需求。目前，許多電動(dòng)垂直起降飛行器，例如Joby的S4和Archer的Midnight，都采用了永磁同步電機(jī)。

　　永磁電機(jī)根據(jù)其磁場的布局方向分為徑向磁通和軸向磁通兩種類型。軸向磁通電機(jī)在徑向上的空間利用率較高，在有限的徑向空間條件下，其功率密度和轉(zhuǎn)矩密度表現(xiàn)出優(yōu)勢。而徑向磁通電機(jī)則在軸向上提供均勻的功率輸出，在相同的氣隙面積和最大轉(zhuǎn)子線速度條件下，其功率輸出更為突出。

　　為了確保電動(dòng)垂直起降飛行器(eVTOL)能夠安全地進(jìn)行垂直起降并保持穩(wěn)定的飛行，這些飛行器通常會(huì)裝備6個(gè)、8個(gè)、12個(gè)或16個(gè)旋翼電機(jī)。這些電機(jī)的設(shè)計(jì)還包含了1.5到2倍的拉力冗余，這樣的設(shè)計(jì)可以確保即使在單個(gè)或多個(gè)旋翼失效的情況下，eVTOL依然能夠安全運(yùn)行。相比之下，新能源汽車的動(dòng)力配置則簡單得多，通常只配備一個(gè)電機(jī)或者前后各一個(gè)雙電機(jī)系統(tǒng)。

　　中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2028年中國飛行汽車（電動(dòng)垂直起降器eVTOL）行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報(bào)告》指出，目前，eVTOL所使用的電機(jī)在功率密度方面與高端電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相近，但在扭矩密度上則遠(yuǎn)超傳統(tǒng)汽車。例如，應(yīng)用于電動(dòng)飛機(jī)的電機(jī)，如羅羅、天津松正和EMARX的功率密度分別達(dá)到34.2、17.5和13.3牛頓米/千克，而應(yīng)用于廣汽埃安汽車的夸克電機(jī)扭矩密度為14.8牛頓米/千克。國內(nèi)領(lǐng)先的電機(jī)制造商臥龍電驅(qū)與中國商飛合作開發(fā)的4座eVTOL電機(jī)（電機(jī)重量約為27千克），其最大功率密度達(dá)到3.7千瓦/千克（額定功率密度為2.6千瓦/千克），這些核心參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

　　永磁同步電機(jī)因其技術(shù)成熟、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度的特點(diǎn)，成為目前電動(dòng)飛行器電機(jī)的主要選擇。這些電機(jī)主要采用軸向和徑向永磁同步電機(jī)技術(shù)。

　　圖表：eVTOL和電動(dòng)汽車電機(jī)參數(shù)對比

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　三、eVTOL核心結(jié)構(gòu)之--飛控技術(shù)

　　eVTOL的自主飛行系統(tǒng)在功能上與傳統(tǒng)民用飛機(jī)相似，其決策和控制過程主要依靠飛行管理系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)的緊密配合。但是，由于eVTOL在運(yùn)行環(huán)境、成本效益和飛機(jī)結(jié)構(gòu)等方面的獨(dú)特性，其自主飛行系統(tǒng)的開發(fā)面臨一系列挑戰(zhàn)，主要包括：

　　圖表：eVTOL自主飛行系統(tǒng)的開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

綜上，eVTOL依賴于高能量密度和高功率密度的電池系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)垂直起降和穩(wěn)定飛行，常配備多個(gè)旋翼電機(jī)以提供必要的推力和安全冗余，而電動(dòng)汽車則通常采用單電機(jī)或雙電機(jī)系統(tǒng)，對電池和電機(jī)的性能要求相對寬松。eVTOL的電機(jī)系統(tǒng)，尤其是永磁同步電機(jī)，需要具備高效率和大扭矩密度，以適應(yīng)起飛、降落及飛行過程中的嚴(yán)苛條件。政策上，eVTOL的發(fā)展受到國家層面的支持，對航空級電池產(chǎn)品的性能有明確的目標(biāo)要求。整體而言，eVTOL的技術(shù)要求更為嚴(yán)格，涉及更復(fù)雜的系統(tǒng)集成和安全性考量，而電動(dòng)汽車則更注重日常駕駛的性能和成本效益。