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低空經濟行業專題報告:政策持續落地,eVTOL加速啟程

作者:未來智庫

(報告出品方/作者:國海證券,王甯、張婉姝)

一、低空經濟新載體為無人機和eVTOL,政策關注度高

定義:低空領域以真高3000米以下非管制空域為主

高度方面,對于低空空域的界定一般依據兩個檔案,分述如下:1)2010年,國務院及中央軍委釋出的《關于深化大陸低空空域管理改革的意見》提出低空空域垂直範圍原則為真高1000米及以下;2)2016年,國務院釋出的《關于促進通用航空産業發展的指導意見》提出“及時總結推廣低空空域改革試點經驗,實作真高3000米以下監視空域和報告空域無縫銜接”,标志着低空空域擴充至真高3000米以下。

管制規則方面,民航局于2023年釋出的《國家空域基礎分類方法》将空域劃分為A、B、C、D、E、G、W七類,其中A-E類為管制空域,為所有飛行提供空中交通管制服務;非管制空域中,G類僅提供飛行資訊服務,W适用于微型、輕型、小型無人駕駛飛行器,無需進行資訊申報。目前,實際利用的低空領域以非管制空域為主。

政策:低空經濟持續迎政策利好,無人與有人駕駛航空器區分管理

低空航空器主要依據民用航空法律體系。低空航空器主要屬于民用航空類别,按法律層級分,第一需服從監管法律如《中華人民共和國民用航空法》,第二需服從民航行政法規如《中華人民共和國民用航空器适航管理條例》、《中華人民共和國民用航空安全保衛條例》等,第三需服從民航規章(CCAR體系,China Civil Aviation Regulations)。第四層規範性檔案是各職能部門下發的有關民用航空規章的實施辦法或具體管理程式,具體包括:管理程式(AP)、咨詢通告(AC)、管理檔案(MD)等。

民用航空行政法規及規章大體上依據有人駕駛和無人駕駛分類,CCAR-92部釋出代表無人機運作正式進入有法可依階段。2023年6月,國務院和中央軍委公布實施《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》,為首部專門為無人駕駛航空器領域制定的行政法規;2024年1月,中國民航局公布實施《民用無人駕駛航空器運作安全管理規則》(CCAR-92),明确民用無人駕駛管理器運作的操控員、登記、适航管理等要求,管理範圍包括消費級無人機、工業級無人機以及無人駕駛eVTOL,适航審定服從《民用航空産品和零部件合格審定規定》(CCAR-21)下位法《民用無人駕駛航空器系統适航審定管理程式》(AP-21-71)。其餘有人駕駛航空器仍按照民航通用法規管理,包括CCAR-21下位法《型号合格審定程式》(AP-21-11)、《生産準許和監督程式》(AP-21-31)等。2024年3月,工信部等四部門釋出《通用航空裝備創新應用實施方案(2024-2030年)》,圍繞技術創新、供應鍊競争力、應用領域、基礎支撐體系、融合産業生态五個方面明确提升裝備供給能力和産業創新能力的具體任務,全面促進通用航空器的發展。

二、eVTOL迎發展拐點,有望進入商業化營運階段

發展背景:eVTOL是汽車、航空、新能源三大領域技術交彙點

eVTOL (electric Vertical Take-Off and Landing,電動垂直起降飛行器)技術遷移自傳統飛機及新能源三電供應鍊,技術基礎成熟;其差別于正常飛行器的主要特征在于:1)可實作垂直起降,無需滑行,能夠擺脫對機場的依賴;2)采用分布式推進動力系統,安全水準提高;3)采用電動技術,降低成本。2016年,Uber公司釋出城市空中交通白皮書,提出未來城市空中交通的概念,引出對eVTOL的需求,由此引發世界範圍内對eVTOL航空器的研制熱潮。大陸企業除億航智能外起步略晚,但新能源汽車産業鍊的優勢為eVTOL儲備了大量潛在供應商,為大陸航空業提供彎道超車的機會。

技術路線:eVTOL構型遷移自固定翼飛機和直升機的衍生機型

飛行器早期主要有固定翼和直升機兩種構型,固定翼具有航程長、航速快、載重大的特點,但是需要完善的機場和跑道以供起飛和降落;直升機具有垂直起降、可懸停的特點,可以節省空間和成本,但由于複雜的氣動特性(前飛工作環境下,旋翼槳葉的相對氣流不對稱,前行槳葉會受壓縮性影響,後行槳葉會受氣流分流的限制),最大飛行速度存在瓶頸。基于這兩種構型的優缺點,後衍生出三種飛行器:1)傾轉旋翼通過旋翼的傾轉過渡技術實作飛行器從空中懸停到高速前飛的轉換,可以兼備直升機和固定翼飛機的優點,但由于傾轉過渡過程鐘氣動幹擾情況複雜,安全性和穩定性表現較差;2)複合翼型為規避傾轉過程,直接在固定翼飛機上安裝旋翼元件,結構簡單且可行性高,但這也意味着在起降/前飛過程中分别有一套動力系統處于備援狀态,存在死重問題,一定程度上減小續航時間;3)多旋翼飛行器以多個小直徑旋翼替代直升機單個大直徑旋翼及尾槳,簡化了直升機的機械結構,控制難度降低且操作更加靈活;但由于需要高頻率通過IMU(慣性測量機關)來調整各旋翼轉速以實作穩定飛行,僅能在低載重機關上實作完全的高頻率調節,後成為無人機的主要構型。

現有eVTOL産品主要有多旋翼、複合翼和傾轉旋翼三種構型,技術分别遷移自多旋翼無人機、複合翼無人機&飛機、傾轉旋翼飛機。

審定要求:eVTOL正式營運需要通過适航準許和運作管理流程

eVTOL作為民用航空器,獲得适航準許和運作許可是其合法開展規模化運作的前提。考慮到大多數eVTOL航空器仍處于概念設計階段,大陸民航局尚未針對eVTOL監管專項立法,涉及無人駕駛部分依據無人機監管相關法規,而有人駕駛部分仍依據傳統民航航空器法規。具體而言,無人駕駛eVTOL的審定程式參照《民用航空産品和零部件合格審定規定》(CCAR-21)及其下位法《民用無人駕駛航空器系統适航審定管理程式》(AP-21-71);有人駕駛eVTOL作為特殊類别航空器以“一事一議”模式進行審定,程式參考包括CCAR-21下位法《型号合格審定程式》(AP-21-11)、《生産準許和監督程式》(AP-21-31)等;具體條件制定參考歐洲EASA提出的VTOL适航審定特殊條件SC-VTOL、《正常類飛機适航規定》(CCAR-23)、《正常類旋翼航空器适航規定》(CCAR-27)、《小型航空器商業運輸營運人運作合格審定規則》(CCAR-135)。

有人駕駛航空器,以及中型、大型民用無人駕駛航空器需要進行适航管理,包括設計标準、生産準許和适航準許,對應型号合格證(TC)、生産許可證(PC)、适航證(AC)等證件的申請、辦法和管理。除微型無人機以外的機型均需要進行營運安全評估,對應營運合格證(OC)等證件的申請、辦法和管理。

整機現狀:億航智能和峰飛航空驗證進度領先,借助視窗期轉化訂單

億航智能EH216-S及峰飛航空V2000CG率先完成TC驗證。億航智能載人EH216-S于2023年10月擷取全球首張型号合格證(TC),同年12月取得适航證(AC),2024年4月取得生産許可證(PC)。EH216-S為多旋翼構型,适用旅遊觀光場景,主要客戶為各地政府,訂單儲備超過600架;峰飛航空V2000CG于2024年3月取得TC,為複合翼構型的載物航空器,最大起飛重量達到2噸,适用物流運輸、應急救援場景,訂單儲備超過200架。其餘頭部企業載人産品如時的科技E20、沃蘭特航空VE25-100、沃飛長空VE25-100、峰飛航空V2000EM均已在中國民航局完成TC受理,據我們估算,預計将于2026-2027年完成驗證;2024-2026年為億航和峰飛發展的視窗期。

三、eVTOL規模化落地需要建設基礎設施+優化零部件性能

上遊零部件:電池能量密度亟需提高,固态電池為未來發展方向

新能源汽車锂電池技術仍不能滿足低空飛行航空器的需要。1)放電效率方面,飛行器需要更高的能量密度,以提供足夠的動力支援飛行。根據高工锂電資料,新能源車三元锂電池的能量密度(電池機關重量提供的能量)為200Wh/kg,面向城市空中交通的eVTOL至少需要達到400Wh/kg;而目前成熟的eVTOL電池能量密度僅有285Wh/kg。2)峰值功率持續時間方面,飛行器需要再起飛和着陸時提供瞬時的峰值功率。3)循環次數方面,低空飛行存在頻繁充放電需求,锂電池會面臨快速老化;高頻率的完整充放電循環可能會減少電池壽命。4)安全方面,飛行器電池需要保障在緊急情況下的可靠性和穩定性。5)快充頻率方面,飛行任務轉換較為快速,飛行器需要能夠在短時間内快速充電。

锂離子電池技術面臨能量密度限制,固态電池是未來的提升方向。目前主流的锂電池是液态锂離子電池,理論能量密度天花闆是300Wh/kg。短期看,可以通過改良電極材料、拓寬SOC區間等方式提升系統能量密度;中期看,固态電池的理論能量密度超過500Wh/kg,或成為主流研發方向。

中遊基建:無人機區域資訊管理系統及飛行服務平台有待規劃

空中交通管理系統為飛行活動提供有效的飛行計劃、航空情報、 航空氣象、告警和協助救援等服務,是空管體系的核心軟體平台。 按照技術要求由低到高可以分為三類:1)資訊類:運作環境資訊 收集、交通态勢資訊收集、飛行計劃設計等;2)協同類:飛行活 動申請、空域風險評估等;3)管制類:間隔服務、流量管理等。

信、導航、監視(Communication、Navigation、Surveillance,CNS)基礎設施是空管體系的外圍硬體設施。通信能實作飛行器與地面、飛行器與飛行器之間的聯網溝通;導航能夠為飛行器提供全天時的精準位置和時間服務;監視要求實時回傳飛行器定位結果,實作飛行器管控。

大陸現有的CNS僅能滿足對高空飛行器的管理需求。1)通信:民航主要通過VHF電台實作管制台和飛行員的語音通信,無法實作對無人駕駛航空器的數字化控制,且通信鍊路帶寬小、部署成本高,用于高密度的低空飛行可能會導緻信道阻塞;2)導航:民航飛行密度低,導航所用的航點模式無法滿足低空飛行的精細化要求。同時,衛星導航系統可以在開闊場景提供精準位置服務,但是信号落地功率弱,在城市低空容易受到遮擋;3)監視:高空監視主要以ADS-B(廣播式自動相關監視)為主,地面站會根據飛行器的導航資訊來擷取實際位置、識别代碼、高度、速度等重要飛行資料;但其有限信道不足以支撐低空大容量的飛行模式,且以衛星導航系統為信号源,用于低空的可靠程度會降低。

四、eVTOL落地短期看短途運輸及旅遊觀光,中期進入UAM,長期替代私家車

産品優勢:eVTOL相比直升機有明顯的經濟性和安全性優勢

eVTOL v.s. 直升機:1)經濟性:雙發五座的直升機售價為5000-7000萬元,eVTOL以時的E20為例,公司預計售價為700-800萬元。同時因其輕量化、子產品化和電動化的特點,營運成本大幅低于直升機。2)安全性:直升機隻有單發或雙發動力,而eVTOL一般是多發動力,任何一發失效都不會影響正常飛行,安全備援度高,安全系數接近民航飛機。

eVTOL v.s. 計程車:1)效率:eVTOL在特定路程範圍内,具有高效便捷的優點。 50-400km内,eVTOL巡航速度優勢明顯,綜合用時短于汽車。2)經濟性:随着eVTOL産品的大規模量産,預計單程票價将繼續下探,并最終與豪華專車趨同。

根據Porsche Consulting資料,民航客機主要覆寫了800公裡以上的長距離出行需求,高鐵主要覆寫了400-1,000公裡左右的中長距離出行需求,汽車主要覆寫了5-200公裡左右的短途出行需求,而直升機和eVTOL兩類運輸方式則主要覆寫了50-400公裡左右的中短途出行需求。對于20-50公裡範圍内的市内交通需求,因受益于更短用時,eVTOL将對汽車、地鐵等傳統交通方式形成替代效應。而對于100-300公裡左右的城際交通運輸需求,eVTOL将主要與城際大巴、汽車、高鐵等形成競争。

市場空間:短/中/長期分别替換短途直升機/計程車/私家車

依據産業發展進度,我們認為eVTOL應用短期看物流配送、應急救援和旅遊觀光,中期看城市空中交通。目前拿到TC證的億航智能EH216-S為多旋翼構型,适用旅遊觀光場景,主要客戶為各地政府,訂單儲備超過500架;峰飛航空V2000CG為複合翼構型,最大起飛重量達到2噸,适用物流運輸、應急救援場景。其餘頭部企業載人産品如時的科技E20、沃蘭特航空VE25-100、沃飛長空VE25-100、峰飛航空V2000EM均已在中國民航局完成TC受理,據我們估算,預計将于2026-2027年完成驗證。綜上,在2024-2026年的發展視窗期,億航智能有望打開旅遊觀光場景,同時峰飛和其他無人機企業推動空中物流運輸市場發展;2026年及之後,随其他載人eVTOL陸續驗證,“空中的士”試點有望逐漸推進,低空經濟若打開城市空中交通市場,将具有更大的發展潛力。

報告節選:

低空經濟行業專題報告:政策持續落地,eVTOL加速啟程
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(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關資訊,請參閱報告原文。)

精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站

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