一、飛行汽車的基本概念

1.本次研究的范疇

VTOL（Vertical Take-Off and Landing）意為垂直起降，更常見的eVTOL意為電動垂直起降（此處e代表Electric）。

雖然“飛行汽車”這個詞匯較為常見且寬泛，本次研究的飛行汽車主要聚焦于純電驅動、載人場景、載人數在2人或2人以上的垂直起降飛行器。

備注：直升機不屬于VTOL，VTOL一般垂直起飛與降落和懸停的時候靠旋翼產生升力，在平飛時可以像普通的飛機一樣靠機翼產生升力；直升機全程靠旋翼產生升力，靠旋翼的傾斜來控制方向；直升飛機由于體積、重量都較大，起飛和降落需要更專業的場地，eVTOL對于起落的場地需求相對于直升機較小。

2.為什么是電動eVTOL

（1）更環保：燃油發動機如果在低空域使用，會造成空氣污染問題。

（2）低噪音：電機驅動的噪音低于燃油發動機。（例如直升機噪音在82dB，而純電的Volocopter 2X的噪聲分貝為65dB）

（3）電機穩定性強：電機驅動相對于燃油機驅動結構簡單，電機輸出功率不受含氧量影響，日常維護簡單，對飛行員的操作水平要求低。

（4）燃料成本大幅降低：電力的運營成本遠低于燃油，例如飛行汽車高速巡航情況下百公里耗電可降至31度（Uber測算），按照0.6元一度電計算，百公里成本約18元；同級別的燃油小飛機百公里油耗在10-15L，按照9元/L計算，百公里成本在100元上下。

總結：發展eVTOL是繼地面交通新能源化后，燃油航空的電動化革命，短期內eVTOL產品集中于短距離、小型化載客運輸場景，長期來看有望取代長距離、載客數十人的中大型航空交通工具，大幅降低航空燃料成本及碳排放。

3.飛行汽車近年的快速發展

2016年，全球只有6~7種飛行汽車在被研發。

2017年，國內開始有部分創投媒體報道飛行汽車。

2018年，飛行汽車公司數量暴增至70多家，部分創投媒體預言飛行汽車已經不遠。

2021年，研發飛行汽車的企業進一步翻倍到150多家；分析：國內飛行汽車創業熱潮與2021年10月小鵬匯天獲得5億美元大額融資有一定關系，同時也與純電動汽車產業的崛起有較大關系，促使人們去探索下一代的汽車產業變革，而飛行汽車是其中的重要方向。

近年航空創新已總共融資150億美元，其中2021年融資額為69億美元，2022上半年獲得22億美元，包括可持續航空、超音速飛機、載客電動垂直起降 (eVTOL)飛機以及監控或物流無人機（根據麥肯錫發布數據）。

二、市場需求與政策環境

1.當前市場階段

當前飛行汽車的市場處于從0到1的起步階段，2021-2022年全球僅有數千萬美元訂單預付款；較為領先的玩家普遍預計在2024-2025年發布量產產品（部分已取得數十億美元訂單）。

未來市場能否實現從1到100的突破，我們認為取決于電池能量密度能否提升（至少要到300-400Wh/kg以上），續航里程大幅提升。

長期來看，市場規模的培育一方面取決于技術成熟度（如續航、安全性、飛控算法等），另一方面也取決于基礎設施、相關法律法規、用戶接受度等因素。

2.潛在的應用場景

（1）特大型城市的點對點日常通勤（緩解全球城市化進程導致的地面交通壓力加劇問題）

（2）醫療急救、消防等應急場景

（3）山地、河流、跨海等公路交通不便的場景

（4）臨近都市圈的城際運輸

（5）貨運市場

（6）除民用外，工業及軍事上的需求

3.政策支持與約束

（1）政策支持

2021年7月，湖南成為我國首個全域低空飛行試點省份，在3000米以下低空空域針對航空器監視通信覆蓋、低空空域監管、低空空域運行管理等方面積累經驗。此外江西、安徽也加入全國低空改革試點省份。

2022年3月29日，交通部、科技部在《交通領域科技創新中長期發展規劃綱要（2021—2035年）》中，正式提出將飛行汽車的研發納入到規劃當中：部署飛行汽車研發，突破飛行器與汽車融合、飛行與地面行駛自由切換等技術。

2022年10月20日，沃飛長空旗下沃飛天馭近日獲得中國AOPA（中國航空器擁有者及駕駛員協會）傾轉旋翼無人機合格證培訓資質，成為該類型無人航空器全國首家培訓資質授權單位。

國外情況：美國在60年代就開放了3000米以下的空域，低空空域管理基本趨向民用化管理，eVTOL和直升機都可以在無限制空域（一般為G級空域）自由飛行；日本和韓國率先在政策支持上打開了城市空中交通（UAM）的局面。

（2）制度約束

全球各個國家和地區對于飛行設備都有著嚴格的管制，例如飛機的航線、高度、寬度、速度都有相應的規范和要求，否則會發生意外和事故。

4.用戶的潛在顧慮

對于城市居民的安全性：可能會成為恐怖分子作案工具，造成傷亡，高層民眾會擔憂其安全性。

對于用戶的安全性：高凈值人群很可能對新技術的安全性顧慮，短期幾年內需要用戶培育過程。

學習門檻：例如需要考取飛行汽車的駕駛證。

三、現有產品形態及分析

1.多旋翼

現階段創業公司最常見的構型之一。

優勢：占地空間小，可垂直起降，精準懸停，操作簡單，技術難度相對較小。

難點：能效較低，航程短，僅適用于短途運輸。

例如小鵬現有的第五代機型飛行速度可以達到130公里每小時，續航35分鐘，自重560kg，最大載重200kg，單次飛行最遠直線距離為75.8KM。

2.復合翼

起飛及降落依靠多旋翼，滑行期間依靠固定翼節約能源，復合翼可兼顧巡航速度與巡航距離。

優勢：能效較高，載人數量通常更多，更加安全穩定，能夠使災難級故障率大幅下降。

難點：固定翼占地面積較大，不易折疊，該機型難以改造成陸地汽車形態。

3.傾旋翼

優勢：傾轉旋翼載人飛行器兼具直升機(或多旋翼)和固定翼載人飛行器的優點，復雜度大于二者之和。傾轉翼方案也被認為是下一代的eVTOL機翼方案。

難點：由于其結構復雜度最高，因而在飛行狀態下，伴隨結構變化的控制難度也最大，技術難點有氣動干擾研究、飛行控制研究、結構設計研究等。

4.傾轉涵道風扇

目前僅有德國Lilium公司選擇了這一獨特構型，將涵道風扇與傾轉機翼融為一體，旗下五座原型機目前由多達36個小尺寸涵道風扇提供升力、推力和航向與姿態控制；涵道風扇消除了開放性螺旋槳在安全方面的隱患。

優勢：由于接近于復合翼構型，續航里程可以達到300km。

難點：目前該方案并非主流構型之一，可參考經驗少。

5.陸空兩棲汽車

從設計圖來看，小鵬匯天的陸空兩用汽車是最貼近于“飛行汽車”這一稱號的，預計90%的時間用于開放道路自由行使，10%的時間用于飛行狀態。

優勢：在于折疊形態下占地面積小于其他固定翼/傾旋翼飛行器，無縫銜接開放道路與飛行的兩段需求。

難點：在于同時搭載陸地及飛行兩套動力系統，在飛行及陸地行使層面會增加額外的自重，如何突破續航能力是不小的挑戰。

四、關鍵技術難點

1.電池能量密度

在當前鋰離子電池化學體系下很難實現超過400Wh/kg的能量密度。而實現超過400乃至達到600Wh/kg的高能量密度就需要下一代電池技術的發展。潛在的技術包括：固態電池，金屬-空氣電池等等。

當前鋰電池能量密度舉例參考：比亞迪三元鋰電池能量密度為219Wh/kg，寧德時代麒麟電池目前能量密度255Wh/kg；2022年10月NASA宣布研制出了500Wh/kg的固態電池（硫硒電池），可應用于電動飛機。

對于電池能量密度對于續航能力的影響，根據清華大學郝瀚副教授團隊測算：

當電池能量密度為200Wh/kg時，飛行汽車續航100km所需電池容量為70kWh，續航200km所需電池容量為537kWh（按照每度電5kg的重量，續航200km需要2.5噸電池，因此不現實）。

當電池能量密度提升至400Wh/kg時，100km續航所需電池容量為44kWh，200km續航所需電池容量下降到94kWh（下降了80%以上）。

電池能量密度如果提升至400Wh/kg，續航甚至可達到300km；能量密度如果提升至600Wh/kg，續航可達到400km。

2.氫燃料電池方案的可行性

相對鋰電方案，雖然氫燃料電池存在能量密度高、電池壽命長等優勢，但在動態響應性及功率密度上存在一定不足（航空通常要求1500W/kg的功率密度，而氫燃料電池系統僅僅只能達到600W/kg），因此長期來看，我們認為氫燃料搭配一部分鋰電池儲能是更優方案，鋰電池可用于啟動和提供快速變化的功率輸出，氫燃料電池可用于續航中的能量輸出。

3.飛控/自動駕駛算法

eVTOL的飛行控制相關技術包含多個方面，包含動力學模型建立、（正常和降級）控制律設計、電傳飛控系統設計、軟硬件設計等。

飛控算法主要設計到不同機型的姿態控制，難度上多旋翼＜復合翼＜傾旋翼。

自動駕駛算法目前國內有小鵬匯天在研究。

4.機身材料技術

常見的有碳纖維復合材料（例如小鵬匯天、商用大飛機等），主要考量點為密度低、強度高。

碳纖維復合材料結構的密度通常在1.6g/cm3以下，而航空常用的金屬中，鋁合金密度為2.7g/cm3。

5.整機空氣動力學性能

使得在巡航的過程中，能極大降低能源消耗。這也是相較于直升機的優勢點，同時也是未來與地面交通工具能耗對比的關鍵點。

單純依靠多旋翼的機型能效較低，未來的飛行汽車采用復合翼或傾旋翼是大概率事件。

6.安全性/適航認證

（1）關于適航認證

國際上認可的符合性表明方法有十種，分別為符合性聲明（MC0）、設計評審（MC1）、分析/計算（MC2）、安全評估（MC3）、試驗室試驗（MC4）、地面試驗（MC5）、飛行試驗（MC6）、航空器檢查（MC7）、模擬器試驗（MC8）、設備合格性（MC9）。

企業在使用每一種符合性方法時，如何表明評審結論是有效的，都有相應的標準和規范要求。最終企業將會面對一個龐大的符合性矩陣。據從業人士和研究機構預計，eVTOL獲取適航認證一般可能需要花費十億元人民幣左右。

例如沃蘭特選擇了中國民航局（CAAC）作為適航切入口，并在今年1月簽署了中國國內首份客運eVTOL的安全保障合作計劃（PSP），目標在2026年取得型號合格證（Type Certificate）；Joby在爭取美國聯邦航空管理局（FAA）型號合格證，希望在2024年開始提供商業服務。

（2）保障安全性的措施

飛行控制系統需要在因故障降級后仍需要一定的飛行性能和飛行品質，故障引發安全關鍵功能失效的概率要足夠小。

參考輕型飛機的安全配置，eVTOL也可標配或選配整機降落傘。

五、商業模式探討

1.面向C端銷售

例如小鵬匯天，預計售價在100萬元以內，于2024-2025年開始交付；目標用戶可參考全球范圍內的豪車購買群體（如中東地區、歐美地區、國內用戶等）。

2.面向B端銷售

例如億航智能，向景區銷售載人飛行器，景區向游客提供航空游覽服務。

3.提供運力服務

空中出租車模式，例如市區內的點對點服務（如市中心到機場）或臨近城市的點對點服務，以運力服務為主的廠商需要重點看單臺飛機的回本周期。

基于一系列假設測算，Uber認為可以將飛行出租車每英里的運營成本控制在0.496美元，低于Uber X（類似于專車）每英里的價格為2.34美金，Uber Pool（類似于拼車）的每英里價格為1.36美元。

4.行業現有的商業化進展

美國聯合航空于2022年8月向Archer轉了1,000萬美元的交付前預付款，作為對首批100架飛行器的預定。

美國航空2021年給英國公司Vertical Aerospace投資了2,500萬美元，且同意為250架飛行器訂單中的50架支付一筆數目不明的交付前預付款。

商用時間規劃：例如小鵬匯天、空客旗下CityAirbus NextGen、Volocopter、AeroMobil及Joby計劃與2024年開始商用，貝爾旗下Nexus 6HX、SkyDrive、巴西航空旗下Eve、Lillium計劃于2025-2026年開始商用。

六、國內外eVTOL公司總結

現有參與者主要分三類：國內創業公司、國外創業公司及國內外的產業巨頭（例如汽車、航空產業）。

1.國內創業公司

國內值得關注的創新公司有：沃蘭特航空（復合翼）、零重力飛機工業（傾旋翼方案，同時有前兩款技術積累）、時的科技（傾旋翼）、WEFLY齊飛等。

總結：國內廠商普遍成立時間相較于國外晚4-5年，在設計形態、技術積累及團隊經驗上有較大的差異化，在募資規模及公司體量上僅為國外友商的1/10左右，未來仍有較大的追趕潛力；以下19家公司中，多數公司在2020-2021年成立。

2.國外創業公司

總結：國外飛行汽車領域的獨角獸公司普遍成立時間較早，集中于2014-2015年成立；

其中上市公司有5家：Lilium Aviation、Joby Aviation、Archer Aviation、Vertical Aerospace、Eve Holding，5家公司在美股的市值總和為78.25億美元（根據2022年10月統計）；其中有4家在2021年上市，1家在2022年5月上市；

非上市獨角獸公司4家：Volocopter、Wisk Aero、Overair、Beta Technologies；

以上9家相對頭部的公司中：美國5家，德國2家，巴西1家，英國1家。

3.產業巨頭

目前國內產業巨頭中，量產進展相對領先的是吉利集團，旗下擁有沃飛長空及太力飛行兩家公司，在專利布局方面最領先的是大疆科技（雖然并未開始推出相關產品）。

七、觀點總結

1、發展eVTOL是繼地面交通新能源化后，燃油航空的電動化革命，長期來看有望大幅降低航空燃料成本（約為當前水平20%）及碳排放（如零碳航空）。

2、eVTOL能否實現的最核心關鍵點在于電池能量密度是否超過300-400Wh/kg，屆時續航里程能夠超過200-300km。

3、eVTOL企業的目標市場很可能是全球化的，有望在高鐵/高速公路不發達國家，歐美/中東等發達國家率先落地。

4、商業模式上由專業公司運營的點對點載客服務很可能更先實現，C端用戶開放自由駕駛難度較大。

5、eVTOL從現階段到量產運營要到2025年（根據各廠家規劃），預計從現在起5年內會小范圍落地，大范圍應用可能會長達10年以上。

6、目前對于選擇何種機型技術路線尚未形成共識，復合翼方向兼顧實現可行性及先進性，傾旋翼方向更為先進，但實現難度更大。

7、國內外大型車企布局研發飛行汽車有一定的防御性/試探性，長期來看初創企業仍有較大的創新競爭機會。

附錄：eVTOL VS 其他交通工具

1.油耗對比：

大型客機油耗：民航客機理想條件下平均每人每百公里油耗3-5升，而且隨著飛行距離的增加和載客量的增多，油耗還會進一步降低。世界上最大的民航客機空客A380，理論平均每人百公里油耗僅有2.9升。

飛行汽車：由于不需要克服地面的阻力，僅需要克服空氣阻力，再加上走直線，理論上能耗相對于汽車會更低；隨著速度提升到201km/h時，飛行汽車獲得最好的能源經濟性，百公里的電耗將會降低到31度（根據Uber在2016年的測算）；研究表明，eVTOL的航程只有突破了35公里，能源成本優勢才能逐步凸顯出來。

電動汽車：以Model S為例，如果車速到了超過141km/h時，百公里電耗將會達到41度。而在這個點，飛行汽車的能耗經濟性將超越Model S（根據Uber在2016年的測算）。

2.運營效率：

由于速度更快，飛行汽車一天之內的運輸趟數可能是汽車的數倍，每日運營公里數可達數千公里；因此一輛飛行汽車在整個生命周期內的運輸里程可達到數百萬公里（在換電模式下），遠高于汽車水平。

3.碳排放：

在100千米（62英里）的旅程中，一輛滿載的電動垂直起降飛行汽車攜帶一名飛行員和三名乘客，比平均載客量為1.54的陸基汽車所排放的溫室氣體要少。（根據2019年4月9日《自然通信（Nature Communications）》研究）

短期內，隨著電池技術進步及電網清潔化，純電動飛行汽車碳排放將低于路面內燃機汽車，但與路面純電動汽車仍有一定差距，長期有望趕上或超越純電動汽車。