evtol的发展现状研究 1

近年来,随着航空电机、电池、电传飞控、复合材料结构等关键技术的快速发展,电动垂直起降（electric Vertical Take-Off and Landing,eVTOL）飞行器因其自身特点在城市空中交通（UAM）领域正迎来革命性的发展,其主要用于城市短距离空中旅客与货物运输,可有效缓解交通堵塞,减少交通时间,降低大气污染。

eVTOL 区别于常规飞行器的主要技术特征有：（1）可实现垂直起降；（2）采用分布式推进；（3）运用全电/混合动力技术。与常规直升机相比,eVTOL 的显著优势包括：低碳环保、噪声低（采用电动推进）、自动化等级高（多为自主飞行）、运行成本低（简化了结构及维修成本）、高安全性和可靠性。因此,eVTOL 被看作是最具发展前景的、可作为城市空中交通运输这个大众市场的有效运载工具,近几年来得到迅猛发展。

eVTOL发展现状分析

一、eVTOL分类

根据垂直飞行协会（VFS）的统计,截至2020年2月,世界范围内共有253 个eVTOL 项目,将近188 个eVTOL 厂家[7]。根据eVTOL News 网站（VFS 主办）的分类,eVTOL重点分为以下三类。

（1）矢量推力型（Tilt-X）：在不同使用阶段,通过改变推力方向,实现垂直起降和巡航。典型的例子如Lilium-Jet、Joby-S4等,该类eVTOL数量达到97个；

（2）升力+巡航型（Lift+Cruise）：升力和巡航用的螺旋桨是独立的,分别实现垂直起降和巡航。典型的例子如Boeing-PAV、Wisk-Cora等,该类eVTOL数量达到97个；

（3）多旋翼型（Multi-copters）：无巡航用螺旋桨,完全通过控制多旋翼的升力大小实现飞行。典型的例子如Ehang-216、Volocity、LIFT-Hexa 等,该类eVTOL 数量达到119个（其中含46个单人可悬停飞行器、19个电动旋翼机）。

总的来看,三种类型的eVTOL 数量大体相当,均达到30%以上,其中多旋翼型占比接近40%。

二、典型矢量推力型eVTOL分析

1、 A3(Airbus)-Vahana

Vahana 是由空客公司硅谷创新中心（A3）于2016 年初启动的研究项目,原型机在2018 年1 月31 日实现首飞,此后进行了一系列的验证测试。仅在2019年,就测试飞行达130 多次,累计飞行将近14h,最远飞行距离将近50km,单次最长飞行时间将近20min。Vahana 原型机如图1 所示。Vahana主要特性信息见表1。

表1 Vahana主要特性信息

图1 Vahana原型机

2、Lilium-Jet

Jet由位于德国慕尼黑的Lilium公司研制,是一型电动5 座垂直起降飞行器,其机翼上共布置12 个可垂直偏转的襟翼,每片襟翼上集成三个喷气电动机。与传统设计相比,Jet无需齿轮箱、螺旋桨和冷却装置。原型机已于2019年5月首飞,计划2025 年投入市场。Jet 原型机如图2 所示,Jet主要特性信息见表2。

表2 Jet主要特性信息

图2 Jet原型机

3、Bell-Nexus/6HX

Bell公司在2019年度国际消费类电子博览会上公开了Nexus/6HX。该飞行器采用混合电推进,航程可达240km,主要用于城际空运。该项目的研制联合了Moog、Thales、EPS、Safran、Garmin 等全球知名供应商。Nexus/6HX 原型机如图3所示,Nexus/6HX主要特性信息见表3。