来源:雪球App,作者: 低位硬逻辑,(https://xueqiu.com/4542638929/282391006)
近期飞行汽车火起来了,这是一个新的概念,飞行汽车是“低空经济”的一个重要方向,无论在政策上,还是产业上目前催化都比较多。由于飞行汽车能够在多领域发挥其独特优势,且具有巨大的发展潜力,因此,越来越多国家加大了对其的重视力度,飞行汽车已经成为各国竞相研究的焦点,或可引发一次伟大的科技变革。个人觉得这是今年值得重点关注的方向!
其实人类对于飞行汽车的探求由来已久,早在4000多年前的《山海经》中就有飞车的记载。等到了近代发明汽车和飞机之后,1917年世界首个陆空两用飞行汽车专利诞生,可那只是实现了短距离的飞行式跳跃。其后百年中断断续续也出现过一些发明,均因其能力不足而让人类对飞行汽车的探索止步于概念阶段。但是近几年情况发生变化,在技术进步和社会需求的共同助推之下,飞行汽车迅速成为国内外企业的创投风口,飞行汽车正在由概念大步地向产业化方向迈进,打“飞的”出行即将成为现实!
政策层面梳理:自 2010 年起,中国政府逐步推出低室空域改革的相关政策,并在最新的国家综合交通网规划中明确表示支持飞行汽在产业的发展。2023年底的中央经济工作会议明确指出,低空经济被列为新的战略新兴产业之一,随后一系列重要会议及媒体对此的高度关注,进步印证了政府对低空经济支持力度的升级。产业链规模评估据中国民航局数据,我国低空经济在 2023年的产值已突破 5000 亿元大关,预计至2030年将达到2万亿元。此外,粤港澳大湾区数字经济研究院预测,到 2025年,低空经济对中国整体国民经济贡献值有望达到3万亿至5万亿元。
近期航空运输行业活动频繁催化:深圳于1月25 日开通首条黄金珠宝低空运输航线:2月 27 日深圳至珠海试运行短途飞行,仅需约20分钟:3月8日小鹏汇天在广州城市中心区域成功试飞,这些事件有力展现了我国航空运输业的快速发展势头,预示着未来将有更多低空航线开放。与此同时,一系列补贴政策出台,如珠海市发布的“支持低空经济高质量发展若干措施”,针对空中观光旅游、交通类及城市间交通类飞行提供每架次 150 元至 300 元不等的补贴,单个企业每年最高可获 500万元补贴额度。对于开设无人机或直升机跨境客运航线的企业,每架次补贴 400元,年度上限为 500万元,此举或将激发更多航空运输企业探索商业模式并实现盈利。安徽去年完成了 2024 年度低空航线规划审批,新增三条航线。我们期待政策将持续为高质量发展和新型生产力提供更多支持。国内低空经济论坛已成功举办两届,预计今年二、三季度将召开第三届,多款机型有望获得试行批准,这将成为推动行业发展的潜在催化剂。
下面从三个方面带领大家详细认识一下飞行汽车。
一、什么是飞行汽车
飞行汽车是一种结合了汽车和飞行器功能的交通工具,能够在陆地上行驶和在空中飞行。它可以变换形态,在道路上像传统汽车一样行驶,同时也可以展开翼和推进系统,在空中进行飞行。飞行汽车不仅能解决交通拥堵难题,其应用场景还可从日常出行的基本用途拓展到其他领域。飞行汽车作为一种新型交通工具,与地面行驶的汽车、高空长距离飞行的飞机有所不同,飞行汽车主要用于低空领域、短途的载人飞行,是对现有的交通和出行方式的补充与拓展,当前飞行汽车行业正处于从0到1的商用化拐点阶段,发展前景十分广阔。
二、飞行汽车的基本构成
飞行汽车结构主要包括三大部分:动力推进系统、车体平台和飞行控制总系统,其中每个部分又可分为多个子系统。
具体来看,动力推进系统的核心技术及零部件主要包含电池、电机、驱动器、伺服电机、减速器等。车体平台系统主要包含机体外壳、桨叶、航空玻璃等,部分零部件可与飞机、直升机通用,目前该领域主要是航空航天企业在研发和制造;
飞行控制总系统分为四个主要部分:①飞行控制系统:包括起飞着陆控制、飞行姿态控制、路径规划、应急安全等;②传感器系统:包括摄像头、激光雷达、超声波、空速管,以及温度、气压、湿度传感器等;③通讯系统:包括无线电、5G、卫星通讯等;④导航系统:包括北斗导航和GPS的定位系统以及基站导航、惯导等导航系统。其中,飞行控制系统、传感器系统的研发制造参与者主要以军工单位、研究所及高校为主,如中航工业618所、北航、南航等;通讯和导航的技术及零部件,则是华为、中兴等信息通信科技企业与合作伙伴在尝试研发。
从中可以看出,飞行汽车是新汽车与航空两大领域技术交叉的产物,其发展建立在新能源、自动驾驶和物联网等三类科学技术有机结合的基础上。也可以说,正是近年来电动化、智能化和网联化等新技术的进步,推动了飞行汽车的加速发展。
飞行汽车商业化落地的核心要素
核心技术要素包括动力电池、轻质车身和低空飞行智驾技术。这三个技术的发展成熟直接影响eVTOL的性能及商业化落地进程。
(1)动力电池
飞行汽车需要高比能量动力电池,电池能量密度是决定飞行汽车eVTOL能否商业化落地的核心要素之一。飞行汽车的商业化要求续航应至少达到200公里,参考清华大学郝瀚副教授团队的测算结果(详见图5),那么电池的能量密度必须提升至300-400Wh/kg。
具体测算过程如下:通常情况下,eVTOL的最大起飞质量约1000kg,电池占总质量的比例约为30%,这一占比在极限减重的情况下可达到50%,因此eVTOL上电池的质量极限约为500kg。
当电池能量密度达到200Wh/kg时,仅能支持eVTOL续航100公里左右,此时所需电池容量为70kWh。若eVTOL需要续航200公里,则需电量超500kWh。按照每度电对应电池质量约5kg计算,意味着需要2.5吨电池,而eVTOL上电池质量极限是500kg,显然如此能量密度比的电池无法满足eVTOL续航要求。
当电池能量密度提升至400Wh/kg,eVTOL续航200公里所需电池容量约90kWh,在车身轻量化和电池系统轻量化的理想状态下甚至可支撑eVTOL续航300公里。如果电池能量密度进一步提升至600Wh/kg时,eVTOL飞行汽车的续航甚至可达400km。
(2)轻质车身
飞行汽车对于轻质车身的要求非常高。轻质车身技术主要包括整机空气动力学和轻量化材料技术,目前处于持续优化阶段,主要方式为优化机身和机翼空气动力学设计。
其中,整机空气动力学方面的技术尚欠成熟,由于飞行汽车平台构型升阻比小、气动阻力大,导致其荷载较小、经济性较差,因此单纯依靠多旋翼的机型能效较低,复合翼或倾斜翼是主要发展方向;轻量化材料技术较为成熟,由于eVTOL车体必须兼顾高强度和轻量化,应综合考虑密度低和强度高的材料,目前常见材料是碳纤维复合材料,小鹏汇天使用的就是该材料。
(3)低空飞行智驾技术
目前低空飞行智驾技术处于发展早期,多数eVTOL配备飞行员,预计L5级智能驾驶技术将在2030年后实现商业化落地,届时需要整个系统体系的协同管理。飞控技术包括感知、决策、控制和通信技术四大领域,当前主要技术难点与研究方向如下:
第一,在感知领域,飞行汽车需要对起降区域的环境、可行区域做出精准判断,监测环境相对复杂,同时对抗噪声干扰和监测距离也有较高要求,但是现有传感器技术难以满足如此高的要求。在微机电传感器基础上的复杂气象环境感知技术是传感器的发展方向;
第二,在决策领域,飞控算法主要涉及不同机型的姿态控制问题,对多旋翼、复合翼、倾旋翼的控制难度依次升高,目前研发企业正在推进相关智驾算法研究;
第三,在控制领域,行业内主要研究方向包括传统的线性飞行控制、以AI为基础的深度学习飞行控制、主要基于模型实现的非线性控制;
第四,在通信技术领域,现有通信技术可以满足点对点飞行的需求,但是不同区域的通信信号覆盖情况差异明显,难以满足eVTOL大范围普及要求的通信稳定性和可靠性保障需求。
2.政策法规要素
飞行汽车的资质许可主要包括四类证书,分别是型号合格证、生产许可证、运行许可证,以及单机适航证。如图6所示,飞行汽车生产企业只有获得前三个证书,且每款机型获得单机适航证后才能开展商业运营。目前多数企业处于型号合格证审定阶段。eVTOL取得全部资质的流程时间长、成本高。前三证从申请到审批预计需要3-5年时间,预估eVTOL获取适航认证需花费10亿元。
当前全球已有多家企业获得单机适航证(包括特殊适航证/特许飞行证等),具备了试飞的资格。其中国内有吉利沃飞长空、小鹏汇天、亿航等公司,其中亿航是国内首家获得中国民航局型号合格证的企业;国外有JOBY、Alef Aeronautics等公司。
相较于传统大飞机,eVTOL的适航条款中少了燃油、液压、机身增压等复杂系统的验证工作,因此业内认为其适航取证时间相对较短。另外,各国对eVTOL制造商的认证进度也在加快。
飞行汽车商业化路径预判
第一阶段,2025年飞行汽车将迎来小规模的商业化应用,率先从B端切入,主要应用在乘员少、航程要求低、点对点、追求出行效率或体验的场景中,例如公共设施检查、空中旅行、抢险救援等。
第二阶段,2030年飞行汽车产业将迎来快速发展时期,主要应用场景是300公里内的短途出行场景,同时将逐步向城区渗透,例如警务航空(巡线巡逻)、公务出行、紧急医疗等。
第三阶段,2040年飞行汽车产业将实现初步规模化,随着基础设施完善,逐步由点对点运行向不定点、不定时的空中出租车服务方向发展,同时私人飞行汽车也将具有一定的市场规模。
飞行汽车市场规模由三部分构成:整车销售规模、相关产业链规模及服务运营收入。整车销售方面,预计2025年中国飞行汽车市场规模约800台、2030年约2000台、2040年将超5000台。结合飞行汽车商业化路径下的核心应用场景、产品成本及运营成本趋势、未来市场规模等各种因素,盖斯特预测:中国飞行汽车的产业产值将在2025年、2030年和2040年分别达到100亿、500亿和1500亿元。
综上所述,在电动化、网联化、智能化等科技持续进步,以及社会需求的共同推动下,飞行汽车的概念阶段被快速突破,全球几百家企业在飞行汽车领域布局,eVTOL成为现阶段的主流产品方向。飞行汽车作为一种新型交通工具,当前仍处于起步期,其产业化进程受到核心技术、政策法规、市场环境等多种核心因素的影响。盖斯特预测:我国飞行汽车的应用及商业化落地将经历三个发展阶段,从2025年小规模商用阶段的空中旅行、抢险救援等,逐渐发展到2030年快速发展期的多种应用场景,再到2040年初步产业化阶段的空中出租车服务和私人飞行汽车等。飞行汽车前景广阔,具有巨大的市场潜力。未来随着飞行汽车应用落地,人类梦想中陆空一体的智能立体交通时代将会逐步到来。
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