如果一个人从上海临港赶到虹桥站，最快需要多长时间？
地铁需要2个半小时，出租车得1个半小时，eVTOL仅需大约半小时。
eVTOL（Electric Vertical Takeoff and Landing）中文翻译为电动垂直起降飞行器，电动和垂直是eVTOL有别于传统飞机的两大特点。在交通出行领域，eVTOL已经成为备受关注的前沿方向。据VFS（垂直飞行协会）目录统计，截至2023年10月，全球约有900款eVTOL正处于研发阶段。
eVTOL距离产业化落地似乎也并不遥远。根据咨询机构罗兰贝格的预测，到2030年，全球投入商业运营的eVTOL数量将达到5000架，到2040年，这一数字将激增至4.5万架。2024年11月，中央空管委宣布将在六个城市开展eVTOL试点。2024年底，国家发改委新设立低空经济司，无疑是一个强有力的信号。
在低空经济领域，除了eVTOL，包括无人机、货运飞机在内的其他低空交通工具也具有一定的市场潜力。但就附加值和未来发展空间而言，eVTOL是极具前景的选择。
云途飞行器CEO田云认为，eVTOL是交通、能源和信息三大核心产业的交汇处。eVTOL能够带动交通工具的发展，推动新能源电池技术，还能助推信息自动化、自动驾驶等技术。未来，每一个人都能够像鸟一样随时起飞，翱翔在“天空之城”。
田云全程参与C919超临界机翼设计及多项国家级重大项目。2024年，田云创立云途飞行器，专注于eVTOL动力系统及整机设计，公司核心产品为电动涵道风扇推进系统及其衍生飞行器，拥有完全自主的研发能力。
在峰瑞资本2024年投资人年度峰会上，田云分享了他对eVTOL行业的系统性思考，包括但不限于：
- 在交通领域，为什么说eVTOL是中国下一个“弯道超车”的机会？
- 全球约有900款eVTOL正处于研发阶段，数量较为庞大，背后的原因是什么？
- 我们如何从大型客机的进化史，看eVTOL未来的发展方向？
在对谈环节，丰叔还与田云探讨了C919大型客机的国产化率以及为什么eVTOL是最终的解决方案等话题，我们也编辑了这部分内容，放在了文末。
希望能带来新的思考角度，欢迎你在评论区留言，跟我们分享你对eVTOL的看法。
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以终为始，eVTOL创业正当时
我分享的主题是《以终为始，eVTOL创业正当时》。所谓“以终为始”，即是以目标为导向。在着手设计产品时，我们首先要明确产品的性能和指标，然后围绕这些目标来开展具体的设计工作。
虽然这一理念看似基础，但在当前的eVTOL领域中，它却显得尤为重要。
eVTOL全称是“电动垂直起降飞行器”，而国内通常将其称为“飞行汽车”。尽管“飞行汽车”这一称呼形象生动，但并不完全准确。电动垂直起降飞行器，强调了电动和垂直起降这两个关键特性，而这正是这类飞行器区别于传统直升机或固定翼飞机的地方。
一、交通领域下一个“弯道超车”的机会
回顾过去，中国已经在两个重要的交通领域实现了显著的进步——电动汽车和高铁。
在交通领域，我们下一个弯道超车的机会将会在哪里？
有可能是电动航空。从历史来看，几乎每一次动力系统的革命都会引发行业格局的变化，催生新的入局者，打破传统企业的霸主地位。
在电动航空领域，eVTOL是最具代表性的分支之一。目前的技术水平，尤其是电池能量密度，已经足以支撑eVTOL的发展。虽然大型客机的全面电动化可能还需要很长时间，但对于短途、低速的城市空中交通来说，现有的技术条件已经可以满足需求。
eVTOL至少能够解决交通出行领域的两个主要问题：一，eVTOL能够缓解地面交通拥堵问题。二，降低基础设施成本。与建设高速铁路相比，发展eVTOL所需的基础设施投资相对较少。比如美国之前没有建设高铁，如今政府正在大力支持eVTOL的发展。
二、交通领域下一个“弯道超车”的机会
据VFS（垂直飞行协会）目录统计，截至2023年10月，全球约有900款eVTOL正处于研发阶段，数量较为庞大，背后的原因是什么？
1、eVTOL赛道热度高
eVTOL已经成为一个备受关注的新焦点，吸引了各行各业的投资者和创业者。不仅传统的航空企业参与其中，汽车制造厂商、无人机制造商以及初创公司等不同背景的企业也纷纷加入竞争行列。
2、试错成本较低
相较于开发大型商用飞机或军用战斗机，eVTOL的研发周期较短、资金投入相对较小。
3、多样化的目标设定
不同的开发者有着不同的目标，例如有人希望eVTOL速度达到50公里每小时；而另一些人则瞄准更远的距离和更高的速度，比如200公里每小时甚至300公里每小时。此外，人们对于安全性、舒适性和噪音水平等其他性能指标的要求也不同，导致设计方案层出不穷。
可以说，eVTOL不仅是技术革新的产物，更是社会经济发展到一定阶段的必然选择。在中国这样一个拥有庞大人口基数和发展潜力的国家，eVTOL有望成为继电动汽车和高铁之后，又一个引领交通变革的重要力量。
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以史为鉴：从大型客机的进化史
看eVTOL未来的发展方向
梳理了目前众多eVTOL产品的技术方案后，我们可以发现eVTOL正沿着一条明确的轨迹发展。
早期的eVTOL设计大多采用了多旋翼模式，类似于将大疆无人机放大并做成载人版本，亿航等公司已经验证了这种构型的可行性。但目前多旋翼想要实现广泛的实际应用，还有很远的路要走。
随着技术的进步，复合翼和带倾转功能的设计逐渐出现，包括涵道风扇倾转在内的多种构型被提出。
未来eVTOL应该朝哪个方向发展？
正如任何工程设计一样，eVTOL的设计也需要遵循科学和技术的基本原则——即在给定约束条件和设计目标下，最终收敛到一两个最优解上。
为了理解eVTOL可能的未来方向，我们可以参考大型客机的发展路径。
▲大型客机发展路径
图片来源：Bravo-Mosquera, P. D., Catalano, F. M., & Zingg, D. W. (2022). Unconventional aircraft for civil aviation: A review of concepts and design methodologies. Progress in Aerospace Sciences.
二战期间，以活塞式发动机+螺旋桨为动力的道格拉斯DC-3（军用版本为C-47）型飞机创造了超过1万架的产量纪录，并参与了中国抗日战争时期的驼峰航线救援任务。
二战结束前夕，航空动力迎来了新的革命——喷气式发动机逐渐被推广应用到军用飞机及民用客机。
这个时期，英国德哈维兰公司和波音公司率先采用喷气式发动机为动力开展了大型客机的设计研发。
德哈维兰公司在追求简单优雅的外形原则下，选择了将四台喷气发动机安装在机翼根部（形象一点可以理解为飞机“嘎吱窝”的位置）。而波音公司则综合考虑了总体、气动、结构及安装维护等要求，决定将发动机挂载于机翼下方。
尽管德哈维兰公司的设计初衷良好，但由于忽视了关键的安全性考量，如发动机震动引起的金属疲劳问题（客舱反复增压及方形舷窗进一步加剧了这一问题），尤其是机身机翼结合的地方，导致其产品在1953~1954年间连续发生3次空中解体事故，这也导致德哈维兰公司从此被迫出局。
相反，波音公司选择了一条正确的道路。时至今日，无论是波音787还是空客A350，现代大型客机仍然沿用了类似的布局：圆筒状机身、后掠翼以及悬挂于机翼下方的发动机。这一构型之所以成为行业标准，是因为它在多个方面达到了最佳平衡，例如空气动力学性能、结构强度和维护便利性等。
然而，随着技术进步的步伐放缓，传统构型的潜力也接近极限。从90年代的波音737 NG系列到2009年推出的波音787，尽管时间跨度长达数十年，但在燃油效率和总体性能方面的改进却相对有限。
传统构型潜力殆尽，航空电动化已经成为不可阻挡的趋势，它将促使飞机构型发生新的变化。
NASA和其他研究机构已经开始探索下一代大型客机的可能性。与此同时，中国商飞也在积极推进C919的下一代机型研发工作。
在探讨eVTOL的设计时，首先要明确它与传统飞行器的主要区别。虽然直升机也可以载人并在城市上空飞行，但它难以解决噪音问题。直升机的旋翼转速较低（通常只有几百转每分钟），这导致其发出的是低频噪声。低频噪声具有很强的穿透性和缓慢的衰减特性。因此，当一架直升机飞过，方圆10公里楼宇内的居民都能听到这种声音。这对于城市环境来说是不可接受的，因此直升机在这种应用场景中被排除在外。普通固定翼飞机需要跑道才能起飞和降落，而eVTOL的核心优势之一就是它可以实现垂直起降，无需依赖大型机场设施。如果不能垂直起降，那么eVTOL的应用场景将受到极大限制，无法充分发挥其作为城市空中交通工具的作用。设计eVTOL时，必须综合考虑多个关键因素，以确保其能够满足实际应用需求并提供良好的用户体验。以下是几个重要的考量点：
1、升阻比与飞行速度
在航空领域，升阻比是非常重要的概念，升阻比越高，托起相同重量的飞机越所需的推力就越小。假设一架飞机重100吨，升阻比为10，则需要一台10吨推力的发动机就能让飞机前进；如果升阻比提高到100，那么只需1吨推力的发动机，即可推动同样重量的飞机。比如，波音787或空客A350，通过优化空气动力学设计实现了较高的升阻比，使得其在巡航状态下升阻比接近20，这一水平几乎是目前eVTOL的2倍。另外一个重要指标是飞行速度，飞行速度越快，效率越高。大飞机在升阻比以及飞行速度这两个指标上都达到了亚声速固定翼飞机的最高水平。eVTOL目前虽然在升阻比方面已经优于直升机，但在飞行速度上还有很大提升空间。根据业界预测，eVTOL的第一阶段落地场景很可能是城市间的短途高速交通，例如中国的长三角、珠三角和成渝城市群。这些地区对快速便捷的交通工具需求旺盛。如果eVTOL可以提供大约300公里航程、时速达300公里的服务，速度接近高铁，将具有较强的竞争力。2、安全、舒适与安静
目前eVTOL产品对于安全、舒适和安静这些需求的关注度还不够高，但其实这些会最终影响eVTOL产品的构型设计及市场空间。第一，安全是航空业的首要考量。同样以大飞机为例，中国民航的安全水平在全球名列前茅，事故率极低，并且对于新机型的安全标准极为严格。当年在波音737 MAX系列发生事故两起重大事故后，中国民航局率先吊销了该机型的适航证。除此以外，中国民航客机的平均机龄在全世界也是最小的，旧飞机通常会被很快淘汰掉。因此，在设计eVTOL时，必须确保其具备足够的安全性能。第二，舒适性也是一项极为关键的指标。当今消费者对于乘坐体验的要求越来越高，尤其是在中国这样一个中产阶级崛起的大市场。人们不仅追求高效的出行方式，也注重旅途的舒适度。C919的设计团队曾考虑收窄机身、缩小座椅宽度以提高效率，但调研发现这样做会影响乘客的体验，所以最终C919客机中间座位的宽度较A320及B737更宽。因此，eVTOL的设计应充分考虑用户的舒适性需求，避免为了节省成本而牺牲用户体验。第三，噪音控制问题不仅是eVTOL设计中的重要挑战，也是决定其能否广泛应用于城市环境的关键因素。上世纪70年代，英国和法国联合研制出人类第一架超音速客机，叫协和号。这架飞机一直到2003年才退役，但总产量只有20多架。尽管协和号速度很快，但由于其无法克服噪音难题，始终未能成为主流商业航班，拓展到更为广泛的市场。以美国为例，美国曾在上世纪70年代禁止在陆地上空进行民用超音速飞行，直到今天美国都没有解除这条禁令，这也是目前摆在超声速客机商业化面前的最大的技术障碍。可以说，设计eVTOL不仅仅是技术创新的问题，还需要重点关注安全性、舒适性和噪音控制等多个方面。正是基于上述对eVTOL设计的多方面考量，我们最终确定了以下几种关键技术特征，用于优化eVTOL的设计。以下是这些技术的具体细节和背后的逻辑：传统涡扇发动机的核心机主要由压气机、燃烧室和涡轮等部件组成，其主要目的是带动前端的大风扇转动。这个大风扇能够产生大约80%的推力，而喷气产生的推力仅占不到20%。2019年，罗尔斯·罗伊斯（Rolls-Royce）推出了下一代电推进发动机模型，即直接用电机替代核心机来驱动风扇旋转。这种设计不仅简化了结构，还提高了效率，并且大幅降低了噪音水平。如果要替换C919这样大型客机上的发动机，所需的电机功率将达到20兆瓦。目前，西门子已经在实验室实现了2兆瓦级别的电机，虽然距离20兆瓦还有一定差距，但对于小型化的eVTOL应用来说已经足够成熟。比如，eVTOL可以用100千瓦的电机带动风扇转动。涵道风扇技术的主要优势在于它能显著降低噪声并提高安全性。相比于传统螺旋桨，涵道风扇的噪音明显减少，这对于未来城市空中交通的大规模应用至关重要。现在中国民航领域已经发展得很快，但整个中国大概只有4000多架民航飞机。如果eVTOL能够大规模发展，未来的天空中可能有成千上万架飞机同时飞行，如果每架飞机都发出较大的噪音，将严重影响城市的居住环境。串列翼布局是指在机身前后各设置一组机翼，提高飞行稳定性和效率。传统飞机只有一个机翼承担全部重量，类似一个人挑着两桶水行走，调节重量分布较为困难；而采用串列翼布局后，就像两个人共同抬一桶水，这意味着我们可以更容易地调整eVTOL的座位数量和机身尺寸，以适应不同的市场需求。例如，我们可以从5座扩展到7座、9座甚至16座。我每次坐飞机时，都喜欢坐在窗户边，在起飞降落时能看到飞机的襟翼伸展开来。襟翼是一种安装在机翼上的活动面，会改变机翼剖面的弧度及面积，增加机翼的升力。
▲飞机襟翼示例图动力增升技术借鉴了大飞机的设计理念，在起降过程中利用风扇喷流吹袭襟翼来增加升力。这一技术不仅可以增强eVTOL的短距/垂直起降能力，还可以根据不同场景灵活调整载荷重量，扩大适用范围。例如，在简陋的机场或短距离跑道上，eVTOL可以通过调整增升装置偏度实现在有限空间内的起飞和降落，从而适应更多样化的应用场景。我们在参与C919项目时，也在机翼增升装置的设计方面做了大量工作，积累了丰富的经验。通过合理配置前缘和后缘增升装置，可以在飞机起飞和降落时显著提升升力，弥补低速状态下升力不足问题。传统涡扇发动机时代，航空制造企业倾向于减少发动机数量以提高效率，因为发动机尺寸越大，涵道比越高，效率也就越高。例如，波音777使用的GE90发动机，单台推力达到了60吨，是世界上最大的飞机发动机之一。然而，在电动化背景下，电机效率与其尺寸无关。假如一台10千瓦的电机重量是1公斤，那么100千瓦的电机重量则为10公斤，比例关系保持不变。更重要的是，无论是一千瓦还是十千瓦的电机，其效率基本相同。因此，我们可以根据需要灵活布置多台电机，即使其中几台失效，其他电机仍能正常工作，大大提高了系统的安全性和可靠性。可以说，分布式推进，也就是多动力系统将成为未来航空设计的重要趋势。NASA等机构也在探索分布式推进这一方向。云途飞行器基于对eVTOL赛道的理解，进行了大量技术研究。我们已经掌握了电动涵道风扇、分布推进及动力增升等核心技术，未来将在工程化应用上发力。在低空经济领域，除了eVTOL，包括无人机、货运飞机在内的其他低空交通工具也具有一定的市场潜力。但就附加值和未来发展空间而言，eVTOL无疑是极具前景的选择。因为eVTOL是交通、能源和信息三大核心产业的交汇处。eVTOL能够带动交通工具的发展，推动新能源电池技术，还能助推信息自动化、自动驾驶等技术。我曾看过一部纪录片，提到国外有一些机构正在秘密研发“反重力技术”。我突然联想到，航空航天实际上一直在“对抗重力”——从最早的气球到现代的喷气式飞机及运载火箭，再到如今的eVTOL，每一次进步都是人类不断挑战重力的结果。eVTOL可以说是低空经济在反重力技术研发中的1.0版本。我相信，终有一天每个人都能像鸟一样自由地飞翔。这种愿景并非遥不可及，因为技术创新往往是阶跃式的。未来人类必将进入三维立体交通的蓝海，而现在我们正处在第一个阶段。丰叔：行业内外讨论C919国产化率时，非常关注电子和发动机相关的这两部分，你能否分享一些C919国产化的具体情况？田云：网上有一些人认为C919只是造了个外壳，核心部件用的都是国外的。确实，C919的发动机、机载航电系统、液压系统、环控系统、电气系统、导航系统，以及通讯系统等关键组件都是来自国外供应商。原因在于，C919毕竟是要投入商业运营的大飞机，为了通过适航认证，最快捷的方式就是采用已经完成适航认证的产品。中国造出了歼20、运20，实现了完全国产化，已经证明我们可以造出飞机的导航系统、通讯系统、发动机。即便只看C919机体结构的设计，其难度也不容小觑。全球只有欧洲的空客公司和美国波音公司能够制造大型商用飞机，而中国是继这两家公司之后第三个掌握这项技术的国家。这意味着无论是在设计复杂性还是工程挑战方面，C919都达到了世界先进水平。研制一款成功的大型商用飞机绝非易事。例如，日本三菱重工旗下的MRJ项目投入了数百亿美元制造大型商用飞机，但在取得适航证之前不得不终止；加拿大庞巴迪和巴西的巴航工业也因为难以维持独立开发，庞巴迪目前已经被空客收购，而巴航工业也差点被波音公司兼并。丰叔：为了搞清楚飞机设计中的空气动力学原理，我们内部还做过一些研究。有一个特别的现象：飞机的机翼形状设计得非常特殊，让空气顺着机翼表面的倾角高速流动。具体来说，飞机上表面做成梭形，最后部分向下倾斜，是为了让大规模的气流贴着机体表面流动，而不是直接冲过。因此，机翼表面做的向下倾角越大，飞机速度越快，掠过翼面的速度也越快，且翼面向下的角度越明显时，气流就会往下走。气流往下走，就会产生向上的升力。田云：你解释得非常到位。航空领域有个术语叫柯恩达效应（Coandă effect）。气流一般会顺着机翼表面弯曲去流动，机翼弯得越厉害，产生的升力就越大。还有种说法叫做“上帝讨厌真空”，通俗的解释是，如果气流不沿着机翼表面流动，在气流和机翼之间就会形成真空地带。通过设计适当的机翼曲率和倾角，可以确保气流顺利地沿着机翼表面流动，从而最大化升力并减少阻力。丰叔：柯恩达效应其实在日常生活中最常见的应用之一就是戴森吹风机，它的外观是中空的桶状，利用柯恩达效应来产生强大的气流。话归正题，我们想要研究清楚，在低空经济领域，eVTOL的核心优势。目前除了eVTOL，低空领域还有直升机和多旋翼、固定翼这些选择。但直升机和多旋翼小飞机的问题在于能耗太高。当它们向前飞时，既要维持升力，不让飞机掉下来，又要将机身稍微倾斜，使部分气流向后吹，以产生向前的推力。固定翼飞机则不同，借助空气动力学，它可以实现更高的升阻比，例如用10吨的推力就能推动100吨的飞机，甚至达到更高的比例，极大地解决了能耗问题。这也是为什么大多数现代飞机都采用固定翼设计。然而，在中国，想要使用固定翼飞机有两个难点：第一，我们很难为所有使用固定翼飞机的用户建设跑道。第二，飞行员数量有限。飞机起飞和降落是最危险的阶段，需要训练有素的飞行员来操控。因此，综合考虑这些问题，最可行的解决方案或许是结合垂直起降与自动化的技术的eVTOL，类似于L4级别（高度自动驾驶）的汽车。田云：确实，eVTOL不仅解决了垂直起降的需求，还在水平飞行时实现了高效的速度、更低的噪音和更少的能耗。因此，eVTOL被认为是未来城市空中交通的最佳解决方案。你如何看待eVTOL？欢迎在评论区留言，我们将随机挑选5位读者，送出由峰瑞资本团队撰写的新版行研手册。