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通过新技术赋能，发展以电动垂直起降航空器（eVTOL）为代表的低空经济，是未来航空高端化智能化绿色化的发展方向，是安全高效环保的综合立体交通和低空融合飞行的主要内容，是全球争相布局、积极抢占发展制高点的重要领域。中国无人机产业创新联盟联合腾讯研究院组织相关领域的国内外专家编写了《中国低空经济产业》系列报告，报告阐述了行业发展现状、挑战与机遇，今天给大家分享一下报告的eVTOL技术发展趋势，欢迎大家查阅，也欢迎大家进群交流探讨。技术层面的分析，腾讯研究院对主流eVTOL厂商、科研机构和高校、行业主管单位等提出的eVTOL技术发展趋势进行了梳理、分析研究。将近期内可以对行业产生较大影响的技术趋势汇总介绍如下。备注：受限于篇幅，以上仅列出部分eVTOL的关键技术。近期影响eVTOL产业发展的关键技术预测，资料来源：腾讯研究院1.矢量推进型eVTOL将成为主流构型技术路线
矢量推进型（Tilt-X）eVTOL 的旋翼以可倾转的方式兼顾悬停和巡航，在不同飞行阶段采用不同的推进方式。它因为存在过渡状态过程，增加了总体设计的复杂性，牺牲了一定的安全性和可靠性。但矢量推进型eVTOL可实现更高的飞行速度和更远的航程。更大的航程可以让运营商的业务模式有更大的灵活度，更少的充电次数带来更高的任务响应速度和日利用率；更高的飞行速度意味着可以进入更多时效性任务市场，如应急救援、医疗救援。Lilium矢量推进型（Tilt-X）eVTOL 图源官网当前，eVTOL在医疗救援市场被诟病的一点就是巡航飞行速度大大低于常规直升机。随着技术的进步以及产业界对电动航空器设计理解的加深，工程技术实力雄厚的头部厂商将大幅度提高矢量推进型eVTOL的可靠性，这种eVTOL届时也将成为主流构型。2.应用涵道风扇设计的机型进一步增加
涵道风扇设计有很多优点，如对航空器附近人员提供保护、涵道环括作用有利于降噪设计和城市场景运行、涵道能够在螺旋桨的流场中产生可观的附加拉力进而提高动力系统的效能；但是，涵道风扇也有很多不足和设计难点，阻碍了它的应用推广。涵道风扇会占用额外的结构重量，而它又对强度和刚度要求很高，这就造成了制造成本和难度的问题。部分厂商将涵道集成到机体或机翼上，让两者结构融合，降低重量、提高刚性和强度，典型的如Ascendance Atea、Horizon Cavorite X5/X7、AirMule。此外，涵道转子与涵道壁的间隙要求非常高（转子半径的1%，甚至更小）因为桨-涵道间隙是系统的关键参数，决定了涵道的环括作用大小，间隙越小则效率越高，实际间隙大小是在成本与效率之间平衡的结果。它就造成涵道的设计、制造和维护要求远高于开放式螺旋桨，进而非常考验eVTOL整机设计团队实力和供应链的能力。这也是当前涵道类eVTOL企业较少的原因之一，但随着行业发展，很多问题将得到缓解。再就是涵道的阻力问题，桨盘位置对涵道风扇系统气动特性的影响体现在气流品质和桨-涵道间隙2个方面。合适的桨盘位置应处于间隙尽可能小、且距离唇口相对较远，以保证涵道的良好环括及整流作用。则涵道壁截面的增大，会造成全机浸润面积增大和阻力增大；采用数量很大的嵌入式涵道，是一个解决思路。Lilium Jet在100m距离处的噪音水平预测降低了6dB(A)，相同基础设施的乘客吞吐量几乎提高4倍，这是涵道风扇设计优势的一个案例。3.电力推进系统向更高效、更轻量、更安全的方向发展
eVTOL通常采用分布式电推进系统，能有效提升航空器的气动效率、运载能力、环保型和鲁电推系统未来将向更高效、更轻量、更安全的方向发展，具体而言，包括：高压平台的应用和普及，提高电压降低线束直径，进一步提高功率元器件IGBT的效率，轴向磁通电机取代径向磁通电机以降低体积和重量，提高电源模块和驱动模块的效率等。4.电池技术不断突破、性能全面提升
目前绝大多数eVTOL机型都采用成熟的、功率密度较高的锂电池。它能在现有约束条件下，在重量、安全特性、航程性能、适航取证进度、成本之间获得较好折中。从长期看，氢燃料电池的能量密度可以达到锂电池的百倍，但是，氢能产业链条和生态建设慢于纯电路线，制氢、储运等存在很多问题。氢燃料电池瞬间放电能力较差，并不太适eVTOL这种瞬时功率要求高的场景。总之，短期内氢电/氢内燃机路线应用不会太多。典型的头部厂商考虑选择清洁能源动力形式的比较。数据来源：Lilium Battery Webinar，2023年11月现在和未来一段时间内，电池能量密度远不能与传统航空燃油相比，现有的较高能量密度的电池包括Lilium Jet所使用的IonBox的硅阳极锂电池，电芯能量为330Wh/kg；宁德时代在研的凝聚态电池，能达到500Wh/kg，但预计商用还需要1-2年。由于能量密度低，电池包重量过大，现有eVTOL航空器普遍存在有效荷载、航程和续航时间的局限。电池循环数和寿命、充电时间特性也严重限制了eVTOL航空器高频率起降和增加运行成本。未来主机和电池开发厂商将综合权衡能量密度、放电功率、充电时间、循环数和寿命、安全特性等指标，逐步提高锂电池性能；厂商也将开发新的电池类型，如固态电池。锂离子电池自20世纪90年代发明以来得到广泛应用，在成本和性能之间有较好的平衡。但由于其性能限制以及环境和供应链问题，下一代电池技术仍在不断发展和创新。锂电产业基本上由中日韩三国占据产能绝对主导地位，其它工业强国则试图在新一代电池技术上进行突破，抢占产业发展先发优势。固态电池被普遍认为是下一代电池技术，被美国、欧盟、韩国和日本等主要工业发达国家和地区列为国家发展战略。固态电池利用固态电解质（SSE）取代了易燃的有机液体电解质，理论上更安全；SSE还可以与传统锂离子电池中不用的其他阴极和阳极材料配对，与高压阴极材料及高容量锂金属阳极兼容，有可能使能量密度超过1000Wh/L。固态电池循环寿命更长、更耐用、工作温度范围更宽、堆叠紧密、电池设计简化、机械特性可能更灵活。5.态势感知与空中避障技术逐渐应用于城市空中交通
城市空中交通运行环境复杂，面临城市地形地貌复杂、建筑物及附属设施众多、局部气象条件多变、电磁环境恶劣、低空鸟群飞行等情况。为应对这些挑战，eVTOL飞行器需要感知周围环境（如其他飞行器、地面障碍物、天气状况等）并根据环境信息做出相应决策。它需要有更强的态势感知和空中避障技术支撑，包括障碍物探测和分类、障碍物定位及路径预测与碰撞风险分析、避障策略选择和航线重新规划等技术，涉及感知传感器、多源信息融合、智能目标识别、障碍物危险评估与避障决策等专业领域。传统通用航空器加装ADS-B、TCAS等设备实现自动安全间隔保持、规避周围危险；而在未来复杂空间环境下、大空中交通流的运行将难以达到必要安全标准。很多研究机构和厂商已经在探索基于UWB、激光雷达、视觉避碰、4D雷达、合成孔径雷达、5G-A/智能物联网、气象激光雷达等设备和基础设施的新一代态势感知与空中避障技术的研发、验证和试点应用。有一些通用性技术，如根据几何空间相对运动矢量进行避障决策、利用无碰撞路径规划代替避障决策、基于AI的目标视觉识别，已经在汽车自动驾驶和避碰、无人机自动驾驶和避碰等领域有了广泛的应用，也向城市空中交通应用场景延伸。6.智能驾驶技术实现自主飞行任重而道远
新一代汽车技术类似，eVTOL也强调高度智能化、自主化的特性。智能驾驶技术是eVTOL实现智能化和自主化飞行的核心，这包括使用先进的飞行控制系统进行起飞、飞行和降落，以及在复杂气象条件下的自动驾驶。eVTOL采用视觉、激光雷达、4D雷达/毫米波雷达等传感器技术，以及新一代通讯技术增强环境态势感知能力，实现多源信息融合，通过AI、大数据、云计算、高性能机载芯片对环境信息分析处理，形成飞行决策。![]()
小鹏汇天飞行器空中自动驾驶及感知避障 图源官微
各大厂商普遍强调逐步通过有人驾驶、有人驾驶+简化航空器操纵（SVO）、半自主飞行，最终实现eVTOL航空器完全自主飞行。不过，实现自主飞行还需要相当长的一个过程，进度相对较快的Wisk Aero计划在2028年试运行eVTOL载人自主飞行。7.低空交通数字化体系建设提速
低空经济的发展和推进依赖于底层各类低空交通基础设施的建设，低空交通基础设施的完善和成熟为低空交通的高效、有序、安全的运行提供保障。低空经济运行于没有附着物相对自由的低空空域，因此有别于传统交通基础设施，低空交通天然对数字化技术有非常强烈的诉求和依赖，低空交通飞行保障的数字化体系建设成为重中之重。腾讯数字孪生技术在低空空域的应用，资料来源：腾讯研究院随着低空飞行活动持续增加，低空交通飞行的保障体系的重要性日益显现，相关的数字系统建设也伴随政府和产业界的投入增加而提速。腾讯也在积极探索前沿数字技术在低空领域的多元应用，构建了覆盖“低空基建数字化网联、空域数字化管控、低空数字化监管、协同数字化服务、算力数字化支撑、安全数字化保障”的低空交通数字化体系。腾讯低空数字化框架：算力数字化+空域数字化+协同数字化+监管数字化+安全数字化资料来源：腾讯研究院 《中国eVTOL产业发展报告》，侵权联系删除无人机产业链逐渐完善，包括无人机研发、生产、销售、培训、维修等领域。上游环节主要包括无人机主机、发动机、传感器等关键部件的研发和生产；中游环节是无人机整机制造；下游环节为无人机应用服务，包括航拍、测绘、巡检、农业植保等。欢迎产业链上下游企业加入无人机产业链讨论群，共同交流学习。活动推荐：2024年低空经济创新技术产业链论坛（11月1日 深圳）
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| 飞行汽车对锂电池的要求与挑战/飞行汽车动力系统解决方案 |
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