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飞行汽车eVTOL产业研究——低空经济启航

随着2023年底亿航智能的飞行汽车eVTOL获颁发世界首张适航证并开启商业化运营。eVTOL开始进入1到N的阶段。这将会是有着万亿想象空间的市场,值得重视。

板块龙头是美股上市的亿航智能$亿航智能(EH)$。A股上市公司中直接涉及到eVTOL的不多,代表公司主要是参股eVTOL制造商的$商络电子(SZ300975)$、山河智能 ,有望进入产业链的供应商$光洋股份(SZ002708)$、海特高新等,还有下游的应用运营商st西域、岭南控股等。

一、什么是飞行汽车eVTOL

eVTOL(ElectricVerticalTake-OffandLanding),中文意思是电动垂直起降飞行器,是指以电力作为飞行动力来源且具备垂直起降功能的飞行器,是飞行汽车的主流方向。

两大特征:

1)电动(Electric):传统的飞机、直升机以燃油为主,eVTOL则是纯电动,更环保。

2)垂直(Vertical):相对于滑跑起降需要的空间比较大,垂直类节省空间,容易布局。

相对传统飞行器,eVTOL在安全性、智能性、经济性和环保性方面的优势显著,可使人和货物以无缝且经济的方式在城市低空快速流动与灵活作业并有效缓解日益严重的城市地面交通拥堵问题,并解决空中物资运输和交通出行的需求。eVTOL是对于未来城市空中交通(UAM)场景设计,同时更符合未来城市综合立体交通系统的飞行器形态创造了新的通勤方式。

二、投资要点

处于产业化初期,发展迅速:随着亿航智能获得全球首架eVTOL的适航证和商用首飞,产业化正式从0到1迈入1到N的阶段。后续会不断有新的事件催化。2024年将会是商用化的元年。参与企业已分别获得数十数百甚至上千的飞行器订单。包括载人和载物以及军用等场景的需求快速显露;

市场空间大,天花板较高:前期ToB为主,主要替代直升机市场,而且由于其成本较低和较环保,会扩大使用的市场,后期会进入ToC市场,产品形态也会有新的升级空间。未来市场空间有望破万亿。

产品开始趋于成熟:垂直起降、跨越天地的出行方式具有颠覆性,但实际上依赖的电机、高放电与高密度电池、智能驾驶、轻量化技术迎来陆续突破,而且在新能源等相邻产业得到验证。这使得较多厂商获得适飞资格或进入量产阶段;

市场政策超预期:不仅欧美、日韩在紧密跟进eVTOL领域的政策和监管,我国也在部委和省市层面落地了包括“十四五”规划、电动飞机适航规定、低空飞行空域和航线划定等政策。

三、未来发展路径和相关标的

eVTOL整机及供应商:首先是生产单位及配合供货的单位,像亿航、峰飞、沃兰特、山河智能、商络电子等。

旅游观光公司将成为首批应用场景:人少安全性高,航程要求低,像ST西域、岭南控股等。

中途运输,像开通城际航线或者较长距离运输:中信海直等拥有航线或者直升机业务的,因为采用eVTOL替换直升机可以大大降低成本,并随着运输成本降低开拓出新航线与新应用。

长途运输,等到固体电池突破,航线距离能达到1000公里,那么会有类似于航空公司的大型运营商出现,坐飞机就像打的士一样方便,当然这或许需要10年的时间维度才能达到。

等到低空领域彻底放开,个人富豪可以开着飞行器到处飞的时候,那么城市结构或许会发生变化。

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四、发展历程

自1917年格林·卡蒂斯研制“Autoplane”飞行汽车起,一百多年间共有3千多款飞行汽车设计问世。eVTOL方面,Joby在2011年首次提出概念,2016年Uber发布“UberElevator”计划使行业热度飙升,2019年欧美政府开始纳入监管。至2021年,全球超过200家企业研发eVTOL,共有约420种型号。2023年,eVTOL领域愈发活跃,多家公司获得特许适航证书。

全球各国积极研发eVTOL,争夺未来城市低空智能交通主导权。包括美国、英国、中国、德国、加拿大等国在内的航空国家占所有设计实体的近60%。美国AlefAeronautics公司电动飞行汽车ModelA获FAA特殊适航认证,Joby公司倾转旋翼电动飞机亦获证书。中国eVTOL发展领先,亿航智能EH216-S获全球首张型号合格证,成为首个获得载人无人机设计批准的型号,标志着eVTOL步入商用化阶段。

五、近期事件

2023年7月,由谷歌创始人拉里佩奇投资的eVTOL飞行器创新企业Opener发布首个客户飞行视频,其主要产品Blackfly现已进入小规模生产阶段;

2023年7月,吉利科技集团旗下沃飞长空获亚得太地区首单100架eVTOL公务航空订单;

2023年8月,马斯克旗下SpaceX投资的飞行汽车公司AlefAeronautics表示收到2500份预定订单(其中2100份来自个人、400份来自企业),其ModelA飞行汽车此前获得合法飞行许可;

8月,宁德时代携中国商飞和上海交大企业发展集团有限公司,成立商飞时代(上海)航空有限公司,开始电动飞机的预研项目。

9月28日,民航华东局受理沃兰特VE25-100首个客运载人eVTOL项目。在此之前,民航西南局在审定沃飞的有人驾驶载人eVTOL项目。

10月13日,由亿航智能自主研发的EH216-S无人驾驶载人航空器系统获得中国民航局正式颁发的型号合格证(TC)。

12月21日,亿航EH216-S获取民航局办法的标准适航证(AC)。

12月28日,亿航EH216-S分别在广州、合肥两地完成商业首飞,标志着开启全球首次商业运营。未来将在深圳、广州和合肥推出商业化项目。

六、国内政策

2023年5月,我国发布《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》,首个eVTOL关键试验验证完成,无人机产业进入新阶段。

2023年10月《色航空制造业发展纲要(2023—2035年)》提出,到2025年电动通航飞机投入商业应用,eVTOL实现试点运行。

地方政府加速低空经济规划,如上海、深圳、浙江等省市推出政策推动低空产业发展,鼓励无人机产业及机场建设,应用在城市物流等场景。深圳提出发展低空经济,2023年12月《深圳市支持低空经济高质量发展的若干措施》,其中提到,加快推动载人eVTOL等低空航空器产业化。

七、eVTOL和其他飞行器区别

和飞机比较:典型环境不同,eVTOL面对人口密集的城市地区、100~1000米的低空领域、点对点(无需大型机场)模式;

和无人机比较:功能不同,而且尺寸效应限制有较大区别(飞行器体重以体积三次幂增加,但旋翼面积以二次幂增加),带来更大挑战。

和直升机比较:场景类似,但直升机成本高、噪音大、需要停机坪、建造复杂、安全性低;

八、eVTOL的优势

1. 高安全:与民航客机相同

eVTOL的安全系数达到了民航客机10的负9次方(每飞行十亿小时才允许出现一次灾难性事故)的水平,对比之下,直升机的安全系数只有5x10的负6次方。原因是eVTOL采用多电池、多电机驱动、多旋翼,具有安全冗余,典型如六旋翼失效1~2个旋翼仍然能够正常降落,安全性相比传统直升机提升了1000倍,追平了民航客机。

2. 低成本:与出租车相近

eVTOL飞行速度快,而电价远远低于燃油价格。试运营成本5-6元,规模化运营后每公里价格2-3元,与出租车持平,比传统直升机低了100倍。同等条件下,eVTOL成本约为直升机的15%(据御风未来创始人)。2人座的多旋翼eVTOL价格200万左右,5人座复合翼在100美金以上。

3. 低噪音:比正常说话稍高,低于街道噪音

eVTOL没有发动机,噪音65分贝比正常说话稍高,低于街道噪音,城市内可以正常起降,远低于传统直升机。

4. 智能化:自动驾驶

eVTOL在三维空间中运动,障碍更少,相比汽车可以更容易实现自动驾驶。无人智能化设计提高安全性。目前空难人为因素占比不断提高,已经达到了84%,无人技术反而更靠谱。而我国飞行员数量少,无人智能化更容易推广,而不需要先培训飞行员,另外就是可以节约很大比例的人力成本。智能化也为未来的集群控制和调度技术、路空协同提供基础。

九、eVTOL技术路线

1)多旋翼构型:类大疆无人机,有多个旋翼提供升力,平飞时空阻大,飞行效率低,一般航时不超过30分钟,航程不超过50公里,使用场景相对有限。技术风险和研制难度较低。

2)复合翼构型:风险中等,难度中等。有机翼,有独立的螺旋桨分别提供升力和巡航推力,效率高于多旋翼,但升力和推力来源于不同的螺旋桨,达不到更高效率,速度也达不到最快。

3)倾转翼构型:风险高,性能好。有机翼,由任一矢量推进器既提供垂直升力也提供水平巡航推力,旋翼可以根据需要调整方向。优点是重量较轻,推力较大,在速度和航程上都更有优势;劣势是复杂的机械设计、较高的控制难度,导致安全性较低。

4)倾转涵道:未来技术,尚未成功验证。有机翼,无控制舵面,eVTOL的升力、推力、航向和姿态控制均由倾转涵道风扇提供。外观时尚酷炫,颇具科幻感,消除了开放性螺旋桨在安全方面的隐患。

eVTOL技术路线-多旋翼

eVTOL技术路线-复合翼

eVTOL技术路线-倾转旋翼

十、市场空间

德勤曾给出了一份eVTOL的时间表:

2020年-2025年,货运eVTOL将实现商业化;

2025年-2030年,客运eVTOL商用化的第一阶段;

2030年之后,成熟的自动驾驶将eVTOL应用到更广泛的领域。

目前乐观的预测是到2040年将实现整机生产数量800万,年飞行服务次数450亿次。

VTOL批量应用后价格可下探到100万元,未来有可能以豪华车的价格打开2C市场。

据摩根士丹利预测,全球UAM市场规模将在2030年达到550亿美元,到2040年和2050年,全球UAM市场规模将达到1万亿美元和9万亿美元,中国占23%。未来eVTOL的目标市场有三个方向:共享出现、货运、短途航空。其中52%货运物流,46%城市载人,3%城际通航和军政市场。

十一、前期商用化应用场景

第一阶段是在人口不密集的景区,用eVTOL替代观光直升机,因其部署要求低,可用地区增多,市场规模或达10倍。eVTOL如EH216s,成本低、噪音小、无需驾驶员,改善了直升机的高成本、噪音大等问题。如西域旅游,与亿航共建合资公司,共同运营航线。

后续为城际交通场景,在运营安全性和航线申报流程完善后,有望实现城市内空中交通,如市中心至机场航线。随着低空经济开放,城际交通将更便捷,如深圳至珠海,汽车需1小时,飞行汽车仅15分钟。

2024年举办的巴黎奥运会,eVTOL飞行器就将正式的试运营载人,接下来的2025年大阪世博会,也将会以每小时20个航班的频率开始进行eVTOL商业运营。eVTOL的商业化,应该就在明后年之后。

十二、订单

2023年9月14日发布的《民用直升机中国市场预测年报(2023-2032)》显示,目前全球eVTOL(电动垂直起降飞行器)市场订单总计超过1.3万架,主要用于人员运输和空中物流领域。

美国eVTOL整机公司Archer和美国空军签订总价值高达1.42亿美元新合同。美国Joby已拿下了美国军方1.31亿美元的订单。2023年7月,马斯克参与投资的美国加州的阿莱夫航空推出的ModelA飞行汽车共收到了2500份预定订单,预计将在2025年正式上市。

2023年7月26日,沃飞长空与华龙航空签署100架AE200飞行汽车意向采购订单。

沃兰特VE25-100型eVTOL已累计获得近600架意向订单,囊括了空中游览、短途运输、货运、空中的士、应急救援等应用场景。

时的科技分别与精功通用航空总经理张明定、南昌普莱恩航空、星空会私人飞行俱乐部进行签约。据了解,经过此次签约,时的科技的意向订单已超200架。

2023年9月4日,峰飞航空科技与深圳市东部通用航空有限公司签署战略合作协议,东部通航将向峰飞采购100架盛世龙航空器。

亿航,目前EH216-S产品的国内订单储备已超过100架。已向客户深圳博领交付5架EH216-S自动驾驶飞行器,采购计划共100架。其他意向订单很多。

十三、适航周期

中国适航要求取得型号合格证(TypeCertificate,TC)、生产许可证PC(ProductionCertificate,PC)、单机适航证AC(AircraftCertificate,AC证),一般需要2~5年。

飞行汽车要获得适航认证才能投入商业运营,适航认证是民航监管当局对飞行器安全性的技术审查,其中最具挑战性的即是TC证。亿航在2017年就开始了载人的飞行,当时就开始了申请适航证的准备。到2020年11月,亿航智能正式向中国民航局提交了EH216-S的TC申请,到现在获得型号认证,一共经历了接近3年的时间。

美国联邦航空管理局FAA、欧洲航空安全局EASA、中国民航局CAAC均有各自的适航要求,整体大同小异,除亿航外,目前Joby最快,预计2024年取证。

十四、存在的问题

构型设计不成熟。目前国内外不同的eVTOL构型总计有几十种,显然最终经市场竞争淘汰后只会剩下一两种构型——就像约100年前的直升机那样会面临淘汰赛。

电池能量严重不足。理想的eVTOL电池的比能量要达到目前三元锂电池的10倍左右,最低要求也要达到目前的2倍。主流电动车续航达500公里,但对应的电池密度给eVTOL载人的话,可能只能支撑20分钟;

控制技术上实现L5级别的完全自动驾驶还需要时间。其他诸如轻量化、用户交互等也会需要随之探索、调整。

目前安全性还有待实际运营来验证,尤其是在城区上空的载人飞行(UAM)。毕竟人命关天,了解民航机的都明白这一点。

eVTOL配套的上下游产业链,还没发展起来,还需要很多的准备工作,而且这方面国内比国外先进国家差距更大。

目前eVTOL还没有确定的大规模应用的场合(目前的UAM和旅游观光等只有很少量的应用前景),而这决定了它的产量和销量,甚至行业与公司的死活。显然,没有市场的产品是没有前途的。

十五、国外厂商

参与eVTOL 的厂商基本都分为三类:专门的初创型企业、传统汽车和飞机厂商、高科技企业。

海外的代表性企业包括Joby、Lilium、Vertical、Volocopter、Archer、Wisk、AlefAeronautics等初创企业,空客、波音、阿斯顿马丁、通用、大众等传统主机厂,还有少数科技类企业(如Uber)等。目前美国JOBY是国外进展最快的,已经提交审定计划,进入复合型验证阶段。其次美国Archer、英国VerticalAerospace、德国Lilium和Volocopter提交了认证审定。

其中,JOBY、Archer、Lilium都已于21年在美国上市。

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十六、国内厂商

国内eVTOL市场玩家结构和国外类似,包括亿航、小鹏汇天、零重力、上海eVTOL五小龙(峰飞、时的、御风未来、沃兰特、磐拓)等专业类的创新企业,以及中国商飞、中航、广汽、吉利等传统飞机/汽车厂商。另外,上海和长三角地区eVTOL公司比较聚集的原因之一就是位于上海的中国商飞带来大量的人才和产业资源优势。

国内排第一的是亿航智能,已经取得首个合格证。

第二梯队是沃飞长空(吉利)、沃兰特、峰飞,合格证申请进入审定。

第三梯队(有全尺寸飞过的):小鹏汇天、山河星航(与大众合作,山河智能子公司)、时的科技、广汽研究院等。

第四梯队(有缩比例飞过的):亿维特(商络电子参股)、零重力、御风未来等。

1. 亿航智能

亿航智能成立于2014年,是全球城市空中交通/电动垂直起降飞行器行业的领军者,在2016年发布全球首款纯电力载人级自动驾驶飞行器EH184(EH216的单座版原型机),并且在2019年12月登陆纳斯达克,成为全球首家上市的UAM企业。

截至2023年3月31日,亿航的EH184、EH116和EH216系列AAV已在亚洲、欧洲和美洲的12个国家累计进行了超过40,000次安全、自主的试验或演示飞行。同时,亿航智能率先在全球开启商业化,截至2022年底,已经累计向全球客户交付了185架EH216系列自动驾驶飞行器。

2023年上半年,亿航智能总共交付了16台EH216-S系列AAV。客户主要来自旅游行业,如西域旅游。在未来五年内,亿航智能计划与合作伙伴一起,运营不少于120台EH216-S或类似的载人级AAV。

2023年10月和12月,亿航EH216-S航空器先后取得了中国民航局颁发的型号合格证(简称“TC”)和单机适航证(简称“AC”)。这亦是该行业的第一张TC和AC。

12月28日,亿航EH216-S无人驾驶载人航空器分别在广州、合肥、深圳进行全球商业首飞演示。后续将常态化空中商业飞行。

亿航智能EH216s:世界首张适航证

技术参数:

最大起飞重量:650公斤,最大载荷:220KG

最大飞行速度:130千米/小时

最大飞行高度:200米(AGL);3000米(MSL)

最大航程:30千米

最大航时:25分钟

售价:216万元,预计毛利率60%。

EH216-S型无人驾驶航空器系统是一款可搭载2名乘员的无人驾驶、航空器系统。EH216-S型无人驾驶航空器系统的航空器可按照预先输入的飞行计划全程自动飞行,机上没有驾驶员和航空器操纵装置。位于地面控制站的远程机组可在飞行全程对航空器运行状态进行监视,并可在需要时,尤其是应急状态下对航空器进行人工指挥和控制飞行。

2. 峰飞航空

上海峰飞航空科技成立于2019年,是国内最早涉足eVTOL赛道的企业。该公司掌握了吨级eVTOL从垂直飞行到水平飞行的复杂技术,并于2023年7月首次实现吨级以上eVTOL编队飞行。根据“由小到大、由物到人”的战略,峰飞的eVTOL已在海岛物流等场景实现应用落地。其自主研发的V400盛世龙,最大起飞重量2吨,纯电动力,5座设计,已创2吨级eVTOL全球航程纪录。

公司与深圳宝安区政府签署合作备忘录,将在大湾区开展全面战略合作。预计将开通全球第一条城际空中交通运营航线,实现eVTOL跨城空中交通航线深圳-珠海示范飞行。此外,与深圳市东部通用航空签署战略合作协议,东部通航将采购100架盛世龙航空器。

3. 小鹏汇天

公司于2020年正式成立,最早可源于2013年的相关项目。在研机型产品包括旅航者T1、X1、X2等。2022年10月在迪拜进行了全球首次公开飞行,小鹏汽车董事长、小鹏汇天董事长何小鹏曾透露,要在2024年实现飞行汽车的量产并将价格控制在100万元以内。

适航取证方面,2023年1月X2获国内特许飞行许可证、2022年获迪拜特许飞行许可证。

4. 吉利沃飞长空

吉利投资德国Volocopter、发布新通航战略,并于2020年9月成立沃飞长空,接着沃飞长空与Volocopter在国内成立合资公司沃珑空泰,共同为吉利的“立体出行”布局。一方面积极引进当前高安全性等级且适航进度全球领先的Volocity轻型飞行汽车,瞄准服务市域短途通勤与低空观光环飞;另一方面,沃飞长空坚持研发具备完整自主产权与国际先进技术水平的AE200飞行汽车。2022年年底,AE200已经完成首次飞行试验,预计2025-2026年获得TC型号证。

5. 沃兰特

成立于2021年,主要机型产品包括五座的VE25等。2022年公司完成亿元Pre-A轮融资。2023年1月,公司在研机型VE25X1成功实现首飞。2023年7月与亚捷航空、招商银行上海分行签订战略合作协议,亚捷航空集团将采购118架VE25;已累计取得8家各领域头部航空运营企业和租赁公司近600架飞机订单,累计金额超百亿元人民币。2023年9月28日,民航华东局发出沃兰特“VE25-100型号合格证首次申请项目”受理申请通知书。

6. 山河智能

持股山河星航13%,山河星航是山河智能董事长何清华教授的另一个创业公司。山河星航与大众合作研发,去年第一代叫V.MO如虎添翼,今年第二代V.MO山水新境。并在2023年3月22日上了央视新闻联播,李总理试坐。今年还会有性能升级机型的试飞。另外山河智能有全资子公司山河通航,从事飞行培训、飞行器代管及维修、飞行器销售(目前主要是山河星航的固定翼飞机)。

7. 亿维特

亿维特(南京)航空科技有限公司成立于2022年1月,公司专注于载人eVTOL研发、制造。2023年11月2日,亿维特ET9飞机001架在珠海总装下线。ET9飞机是南京亿维特公司研发设计的一款5人4座电动垂直起降飞行器,最大起飞重量为2.2吨,采用全复合材料机体结构,飞机翼展近15米。目前,原型机即将首飞,力争2026年底前获得中国民航适航证。商络电子参股亿维特航空科技14.6%股权。

十七、eVTOL产业链

1. 电池:需要航空级电池,软包电池有优势。未来固态电池。

(1)宁德时代,行业龙头开始布局,并推出一些全新产品,如快充效果好的神行电池;(2)孚能科技,软包电池是eVTOL主要产品方案之一,公司的航空电池已经开始进入eVTOL领域。

2. 动力系统:采用分布式推进系统DEP

(1)国内企业如三瑞智能T-Motor,总部位于中国南昌,专业从事无人机动力系统;(2)国外企业如Pipistrel(已有产品完成适航认证)、赛峰、罗罗、MagniX等(适航认证中)。

3. 飞控系统:感知、控制、决策

(1)传统飞控系统供应商,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;(2)新兴民营企业,如边界智控、安胜(海特高新子公司)等。

4. 通信

华为、中兴等在积极与合作伙伴尝试研发。

5. 高精度惯导

主要依赖军工体系研制,如中航工业等,以及MEMS传感器供应商有参与。

6. 机体:总体气动布局、旋翼设计等

整机厂即前一章节所属参与者,主要来自创新企业和通航厂商。

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