300块“打飞的”，跨城不用半小时—eVTOL出行如何又快又便宜？

导语

长期以来，跨过从深圳与珠海间的伶仃洋，需要靠2、3小时轮渡或者开车绕上一大圈。但在“低空经济”热度加持下，不久将来通过eVTOL，两地通勤只需一趟外卖的时间、仅需不到300块就能抵达对方市中心。

图注：跨海跨城飞行的evtol 图源：深圳特区报

一、eVTOL：低空经济新势力

“低空经济”，是相对“高空经济”而来的概念。它通常指通过飞行于1000m下空域的飞行器进行载货或载人飞行、空中作业等活动。该概念的出现意味着一个虽小于汽车工业但远比传统航空工业广阔的市场被发掘，也让国内广大民营企业，得以从长期被西方大厂把持的民航工业体系撬开一个缺口。而eVTOL，则是这片蓝海中一块重要版图。

1.什么是eVTOL

eVTOL，是电动（e）和垂直起降（VTOL）的英文缩写：前者表示动力来源——以电池代替了油箱、以电机代替了燃机；后者表示飞行状态。eVTOL很容易被认为是直升机“换皮”： “垂直起降”与“直升”是高度相似概念,且和直升机有着类似特征：由旋翼为航空器提供升力。

不同的是，以旋翼数量论大部分直升机通常是单旋翼，而eVTOL为多旋翼构型。前者通过挥舞、摆振、扭转旋翼维持升力平衡，既“变矩定速”，而后者则仅需调节不同旋翼的转速以平衡扭力，即“定矩变速”。

与需变矩的直升机旋翼采用定矩旋翼的evtol旋翼结构要简洁许多

随着城市人口不断增加、地面道路交通日益拥堵，2016年共享出行巨头Uber乘势推出城市空中出租车计划，引发全球eVTOL浪潮：根据美国垂直飞行协会统计，2022年全球共48个国家347家企业从事eVTOL的研发，我国有21家，位列全球第三。2021年，国内仅6家企业获得eVTOL融资，到2022年已超过10家——即有峰飞、御风未来、亿航等eVTOL创业企业，亦有吉利、小鹏等乘用车厂商入局。目前这一势头依然强劲：2025年，国内8家头部企业已在全球获得3000+订单，融资累计超15亿美元。

图源：央广网

2.eVTOL构型有哪些

目前eVTOL按飞行原理大致分多旋翼、复合翼、倾转旋翼型三类。倾转旋翼型在航程、速度方面优势最大，机械设计也最复杂、可靠性等方面仍有待克服，且在电能系统的束缚下航程、速度优势难以充分发挥。因此已投产的eVTOL中以多旋翼、复合翼型为主流。

图注：不同eVTOL比较

多旋翼型eVTOL原理类似传统民用无人机，在设计构型上最成熟简单、稳定性最高。如该构型的eh-216s即我国也是全球最早“三证（型号合格证、生产许可证、适航证）齐全”的eVTOL。但该构型因其旋翼阻力大、功率大部分用于维持升力，最大巡航速度通常仅有100+km/h，未与地面交通拉开质的差距；飞行包络不及直升机,使飞行气象条件受限；商载续航里程更仅有数十公里，仅相当于一台插混汽车纯电里程，目前应用场景主要局限于观光游览。

图注：在东湖风景区试飞的eh-216s 图源：长江日报

复合翼构型eVTOL则融合了固定翼和旋翼飞行器：升力&巡航分别由两套动力系统执行，使电机&桨的调节频率不必如普通多轴旋翼机那样频繁：在1h飞行任务中，升力旋翼工作时间不到1/3，更多功率专注于升力&巡航任务中；功率—载荷效率更加优异，如国内采用该构型已载客试飞的“盛世龙”、“ 御风M1”其巡航速度可达200+km/h，航程达250+km,超过同等级多旋翼类eVTOL近一倍。复合翼构型也成为包括我国在内全球大部分行业龙头公司的迭代新选择。

我国eVTOL厂商已试飞机型，巴西航空、波音旗下公司复合翼eVTOL

二、“科幻”还是“复古”：eVTOL的前世今生

eVTOL这种多旋翼构型的历史甚至比（单旋翼）直升机更悠久——只是由于机械式操作系统无法有效控制飞行姿态、飞行可靠性难以保障而沉寂，当年条件下更易控制的单旋翼直升机大行其道。

早在1907年，人类即尝试利用多旋翼以VTOL的方式飞离地面

但当“低空经济”的飞行场景从郊外搬到市区，因安全性与维护性较差、噪音等污染较大等问题使其在城市内应用面临多方掣肘；燃料、维护与人员配置等综合运营成本高企业也让直升机低空通勤的成本居高不下，仅100km-200km的城际航线票价即超过千元，传统直升机愈难托起“低空经济”的热度。而电气化技术的发展解决了多旋翼机过往的诸多难题，并以其低噪音、结构与维护简单等优点让这种“古老”设计在eVTOL上再度复兴。

20世纪初部分复合翼—多旋翼机设计已具有部分现代eVTOL的构型特征

与以往的直升机相比 eVTOL有着先天优势：省却由发动机将化学能转化为机械能、变速箱将动力分配给旋翼与尾桨这些二传手，电池电能直接通过电缆输送给无极变速的电机。加之旋翼定矩旋转，力全作用于升力、不必像直升机旋翼不断变矩以保持平衡，效率是内燃机动力的2倍以上。

图注：eVTOL与传统直升机传动结构差异

换言之，eVTOL以远低于直升机的轴上功率与转速即可完成起降，降低了桨涡干扰带来的气动噪声；电力推动更消除了燃机与变速箱带来的机械噪音——在起降时的地面可感噪音由超过120db降低到65db，低空飞行时更低至45db（500m飞行高度以185km/h的速度飞越测量点上方）,仅相当于汽车在城市内道路胎噪，能在更多城市场景内穿梭。

图注：eVTOL与直升机噪音差距明显

除了运行更安静，eVTOL的运营成本也显著降低——能源综合成本仅不到航空燃料的30%；又省却了驾驶员培训和执照管理成本以及对飞行器载荷的占用：诸如“盛世龙”、“御风M1”这类2吨级eVTOL仅此一项即能比同类起飞重量与载荷直升机降低约26%的运营费用。整套“组合拳”有望将深圳至珠海等类城际交通控制在现有直升机空中航线价格的1/6。

图注：eVTOL与不同出行方式对比 图源：中金公司研究部

三、从蓝图到现实，国内eVTOL技术面临哪些拦路虎

新概念的eVTOL与电动汽车类似,其核心是电池、电机、电控三大件。因此也很容易被联系为“电动汽车”上天。但投入运营在技术上不仅是将现有产品与技术放大或移植，想走入现实首先需克服“e”与“VTOL”的技术难题。

1.电从何处来？

从需求看，eVTOL采用的动力电池在高比能量、高倍率、高安全性等性能要求比电动汽车更高。目前电动乘用车的能量密度约在140-200wh/kg,足够驱动车辆跑上数百公里，但这对航空器而言就远远不够。除了让eVTOL飞得远，还要满足起降等特殊场景下功率迅速上升的需求，得经受住瞬间充放电的考验：充放电倍率需在5C以上，是电动车的3倍。

新能源汽车动力电池与eVTOL电池技术指标对比 图源：新华网

得益于我国电车领域迅猛发展，让国内外eVTOL都能找到成熟的电池供应商,使之不至于成为 “电动爹”。如eVTOL开山企业JOBY采用的国内正力新能供应的811NMC（镍、锰、钴）电池其能量密度提升到270wh/kg，在20%的低电量状态下仍能以12C以上水平大倍率放电，让充电更迅捷——仅15min即可充电80%，一波乘客下机、换乘、登机的功夫即能投入到下一班运营；孚能科技为国内部分eVTOL供应的锂金属电池能量密度高达285wh/kg，较乘用车电池提高了近一倍水平；而国内电池厂商的脚步不止于此，进一步研发了能量密度高达370-400wh/kg的半固态电池。这也成国产eVTOL能“旱地拔葱”航程“破百”的关键因素之一。

图注：新能源汽车动力电池与eVTOL电池技术指标对比 图源：新华网

2.电往何处使？

无论哪种构型的eVTOL，都采用分布式电推进设计——由多个分布于机身或机翼上的电机驱动旋翼。想要实现“VTOL”，主要在于力与力矩如何被准确分配。多旋翼eVTOL的飞控相对简单，通过多个定距螺旋桨以相反方向旋转产生升力并抵消单个旋翼产生的扭力实现悬停飞行，靠不同螺旋桨转速差以获得水平方向加速度。这也是部分初创eVTOL企业选择该类构型作为首发产品的因素之一。

图注：evtol 螺旋桨尾流影响示意图 图源：边界智控

复合翼构型eVTOL就麻烦许多：由于飞行状态在旋翼模式、过渡模式、固定翼模式三种飞行构型切换，还需考虑多向力矩与滚转、俯仰、偏航力矩，加之因不同旋翼与翼面的气动耦合效应，需以每秒数百次以上精密调整动力与气动面以保证飞行稳定。传统飞控设计针对不断转换阶段、不同速度段分别设计一套控制率，使整个开发工作巨大：三种模式六个力矩机制仅设计飞控的配平点就高达上百个。

图注：飞控在复合翼evtol不同飞行阶段的功能需求 图源：边界智控

高门槛使得全球完成复合翼转换状态飞行的eVTOL屈指可数，适用的飞控系统货架产品更是稀缺。国产复合翼构型eVTOL想“赶上风口”，简单的拿来主义显然行不通。

图注：霍尼韦尔用于evtol的电传飞控模块

为此，国内飞控厂商尝试基于增量非线性动态逆(INDI)的统一控制策略来实现在同一套系统下实现不同飞行姿态的控制——不同于以往调度控制式飞控分别设置旋翼控制器与固定翼控制器各一套，事先离线配平计算控制率速度、倾角的变化进行输出调节；INDI通过在线测量或估算加速度和角加速度信号实现控制率更新，从而简化设计、优化飞行品质；并配合搭载的ADS-B、TCAS等空中防撞设备实现对城市低空复杂环境的感知、决策与控制。

适用与国内evtol的国产飞控与机载组合导航系统。 图源：边界智控

结语

在此风口上，eVTOL的前景不仅是运客拉货，更在于包括它在内的低空经济将依托国内成熟供应链与庞大产能创造需对应的消费需求——目前已有45个城市启动低空经济政策规划，涵盖低空基础设施建设、飞行器制造、运营服务、飞行保障等诸多环节。站在新能源汽车、航空工业、人工智能三个板块交汇点起飞的eVTOL，仅是通向未来的台阶。

参考文献

1.环球网：空中出租车公司Joby Aviation首段飞行视频曝光：噪音极低.

2.中国民航杂志（2024）.深圳珠海，一人300元直达；虹桥浦东，单程15分钟……天空城市这谁顶得住.

3.航空之家（2024）.发力eVTOL谁能捧得下一代动力电池技术“圣杯”.

4.新华网（2024）.正力新能“三高一快”eVTOL航空航天电池挑战动力电池技术制高点正力新能“三高一快”eVTOL航空航天电池挑战动力电池技术制高点.

5.边界智控（2024）.不同构型eVTOL飞控算法实现挑战.

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