王翔宇

當(dāng)前AAM領(lǐng)域的飛行器產(chǎn)品按照特征能力可分為垂直起降（VTOL）和短距/常規(guī)起降（S/CTOL）飛行器兩大類，并以VTOL飛行器特別是eVTOL飛行器為主。但AAM飛行器并不等同于eVTOL飛行器，例如，貝塔公司的Alia、瓊特公司的Journey等飛行器采用混合動力方案，美國伊萊卡（Electra）的eSTOL、翼威（Eviation）的Alice等飛行器不具備VTOL能力，但均是AAM領(lǐng)域內(nèi)的重要飛行器型號，且已形成相當(dāng)成熟的產(chǎn)品方案和供應(yīng)鏈體系。 據(jù)羅蘭貝格、SMG等國外咨詢公司以及垂直飛行協(xié)會（VFS）等國際組織統(tǒng)計，2019年世界范圍內(nèi)eVTOL飛行器項(xiàng)目已超200個，而截至2022年3月和8月，這一數(shù)字分別突破600和700，數(shù)量呈激增態(tài)勢。其中，SMG公司從2016年起推出AAM實(shí)現(xiàn)程度指數(shù)排名（ARI），通過對融資規(guī)模、試驗(yàn)和適航進(jìn)展等多方面綜合評價，選出20～30個最有望實(shí)現(xiàn)AAM飛行器產(chǎn)品商業(yè)化運(yùn)營的企業(yè)，最新版本已于2022年10月發(fā)布。

觀察當(dāng)前主要VTOL飛行器實(shí)現(xiàn)垂直起降能力的技術(shù)途徑，可以將其進(jìn)一步劃分為四大類構(gòu)型，即多旋翼、復(fù)合、混合以及傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型，其中多旋翼和復(fù)合構(gòu)型完全不采用傾轉(zhuǎn)旋翼，僅通過提供升力或推力的固定轉(zhuǎn)軸旋翼實(shí)現(xiàn)飛行器垂直起降，而混合和傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型，則分別部分或完全通過傾轉(zhuǎn)旋翼實(shí)現(xiàn)飛行器垂直起降。

當(dāng)前AAM飛行器仍以eVTOL飛行器為主，其中主要用于客運(yùn)場景的eVTOL飛行器構(gòu)型、座級、航程、巡航速度大致關(guān)系如上圖所示。

多旋翼構(gòu)型eVTOL飛行器

多旋翼eVTOL飛行器因在飛行中幾乎無法利用氣流產(chǎn)生升力，航程和巡航速度最小，但設(shè)計和維護(hù)簡單，載客量通常為1～2人。當(dāng)前除德國沃瓏空泰VoloCity、中國億航EH216S仍采用該構(gòu)型作為客運(yùn)AAM飛行器產(chǎn)品外，其余多旋翼eVTOL飛行器大多被用于貨運(yùn)、巡檢、搜救等場景。而似乎意識到多旋翼構(gòu)型的局限性，沃瓏空泰、中國億航均在2022年夏秋之季加快推出復(fù)合構(gòu)型eVTOL飛行器VoloRegion和VT30，用于對載荷、航程等有更高要求的客運(yùn)場景。

VoloCity型飛行器整機(jī)高2.8米、外直徑9.3米，機(jī)身上方均布18個直徑約2米的旋翼，最大起飛重量 900千克；2019年7月完成歐洲航空安全局（EASA）為eVTOL飛行器制定的適航標(biāo)準(zhǔn)特殊條款要求；2021年11月完成從意大利萊昂納多達(dá)芬奇機(jī)場到羅馬市中心往返飛行，全程約35千米，用時僅20分鐘，顯示了eVTOL飛行器相比于傳統(tǒng)交通工具的驚人效率；當(dāng)前正積極為2024年法國巴黎奧運(yùn)會期間開通商業(yè)化試運(yùn)營線路做最后沖刺。

EH216S型飛行器整機(jī)高1.86米、外直徑5.63米，機(jī)身下方均布6組直徑約1.4米的旋翼，最大起飛重量約870千克；2018年起多次與廣州黃埔、廣西賀州、福建福州等地方政府合作，開展公安巡檢、疫情防控、旅游觀光等任務(wù)；2022年2月由中國民航局正式確定型號合格審定基礎(chǔ)；2022年1月獲日本空中交通數(shù)字平臺公司AirX株式會社預(yù)售訂單，且該機(jī)有望為2025年世博會提供客運(yùn)服務(wù)。

傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型eVTOL飛行器

傾轉(zhuǎn)旋翼eVTOL飛行器具有垂起、平飛和過渡3種工作狀態(tài)，其中前兩種狀態(tài)中，全機(jī)旋翼產(chǎn)生的氣動力能夠完全轉(zhuǎn)換為垂直升力或水平推力，因而能夠獲得較大的航程和航時；但同時結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計最為復(fù)雜、維護(hù)較困難、對飛控算法要求較高。該構(gòu)型的典型代表產(chǎn)品有美國喬比公司的S4和德國百合公司的Jet型飛行器，此外美國歐沃愛公司的Butterfly、意大利萊昂納多公司Project Zero提供了較為獨(dú)特的傾轉(zhuǎn)旋翼eVTOL飛行器樣本。

S4型飛行器機(jī)長6.4米，翼展11.6米，結(jié)構(gòu)重量2.177噸，共有6個（前4、后2）直徑2.7米的傾轉(zhuǎn)旋翼，是當(dāng)前已公開獲得資金規(guī)模最大、適航取證進(jìn)度最快、商業(yè)化程度最高的AAM飛行器之一。該機(jī)于2019年完成全尺寸樣機(jī)首飛，2021年完成首架量產(chǎn)型原型機(jī)試飛，2020年明確FAA G-1第4階段適航認(rèn)證基礎(chǔ)。此外，原計劃于2024年完成FAA型號認(rèn)證，由于 2022年5月FAA對eVTOL飛行器型號認(rèn)證程序做出調(diào)整，該計劃推遲至2025年。

Jet型飛行器目前已有5座、7座兩種較成熟改型，其中7座改型機(jī)長8.5米，翼展13.9米，結(jié)構(gòu)重量未公開，各改型均采用36個（前12、后24）電動涵道風(fēng)扇的eVTOL飛行器。該機(jī)于2019年5月完成首架5座級原型機(jī)首飛，2022年4月開始在西班牙ATLAS飛行試驗(yàn)中心進(jìn)行7座級原型機(jī)試飛。

Butterfly型飛行器采用了歐沃愛公司前身（卡雷姆飛行器公司）在與美國國防部、美國空軍多年合作項(xiàng)目中發(fā)展出的“最優(yōu)轉(zhuǎn)速傾轉(zhuǎn)旋翼”（OSTR）技術(shù)，采用4個直徑約6.1米的碩大旋翼，以顯著低于其他同構(gòu)型飛行器旋翼的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)飛行器起降；Project Zero型飛行器運(yùn)用萊昂納多公司在直升機(jī)槳葉獨(dú)立控制（IBC）技術(shù)上豐富的技術(shù)積累，僅用2個傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)對飛行器的穩(wěn)定操控。

復(fù)合構(gòu)型eVTOL飛行器

復(fù)合構(gòu)型將升力和推（拉）力旋翼完全分開，分別在起降狀態(tài)和平飛狀態(tài)工作，同時具有兩種旋翼同時工作的過渡狀態(tài)。由于升力推力解耦，設(shè)計和操控簡單、易于維護(hù)，是當(dāng)前數(shù)量最龐大的eVTOL飛行器構(gòu)型。然而，平飛狀態(tài)下升力旋翼停轉(zhuǎn)成為死重，使航程和航時通常低于傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器；但由于外形設(shè)計容易融合固定翼，充分利用平飛時的氣流產(chǎn)生動力，因而航程和航時通常優(yōu)于多旋翼飛行器。該構(gòu)型較為典型的代表有美國維斯克公司的Cora、德國沃瓏公司的VoloRegion、中國峰飛公司的Prosperity I（盛世龍）。此外，歐洲空客公司的CityAirbus NG、美國瓊特公司的Journey飛行器則提供了較為獨(dú)特的復(fù)合構(gòu)型eVTOL飛行器樣本。

Cora型飛行器是維斯克公司的第5代eVTOL飛行器產(chǎn)品，機(jī)長6米、翼展11米，具有12個升力旋翼、1個尾部推力旋翼。該機(jī)于2017年完成無人駕駛飛行試驗(yàn)，2020年2月開始在新西蘭進(jìn)行試運(yùn)營前的更多系列飛行試驗(yàn)。2022年10月，維斯克公司公布第六代混合構(gòu)型eVTOL飛行器產(chǎn)品（G6），此后維斯克公司對Cora的定位則更像技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，而發(fā)展重心則轉(zhuǎn)向G6。

VoloRegion型飛行器原名VoloConnect（2022年10月正式改名），是沃瓏空泰公司最新推出的復(fù)合構(gòu)型eVTOL飛行器，尺寸未公開（估測高2.5米、翼展9米），具有6個升力旋翼、2個尾部推力涵道旋翼，已于2022年6月首飛。

Prosperity I（盛世龍）全機(jī)高3.3米，翼展12.8米，具有8個升力旋翼、1個尾部推力旋翼，于2022年1月和6月分別對全尺寸驗(yàn)證機(jī)完成飛行模式轉(zhuǎn)換試驗(yàn)和完整飛行試驗(yàn)。其貨運(yùn)改型CarryAll（凱瑞歐/ V2000CG）的無人駕駛航空器的型號合格證申請于2022年9月正式得到中國民航局受理，開始進(jìn)入適航認(rèn)證的環(huán)節(jié)。

此外，空客最新推出的CityAirbus NextGen（NG）型eVTOL飛行器，其尾部兩個旋翼具有固定且朝向地面的傾角，可同時產(chǎn)生推力和升力。但從航程和巡航速度等性能來看，NG飛行器與典型復(fù)合構(gòu)型eVTOL飛行器更接近；從飛控角度來看，尾部兩旋翼產(chǎn)生的推力和升力仍能較容易解耦；從各個旋翼作用來看，尾部兩旋翼顯著區(qū)別于其他旋翼。因此應(yīng)將NG視作復(fù)合式eVTOL飛行器。瓊特Journey飛行器則創(chuàng)新性地在傳統(tǒng)直升構(gòu)型上添加了1對機(jī)翼和4個推力旋翼，盡管其采用了混合動力能源形式，但仍然有可能為復(fù)合構(gòu)型eVTOL飛行器帶來新的總體設(shè)計思路。

混合構(gòu)型eVTOL飛行器

混合構(gòu)型eVTOL飛行器部分旋翼轉(zhuǎn)軸固定，成為升力/推力旋翼，其余旋翼轉(zhuǎn)軸可傾轉(zhuǎn)，是當(dāng)前產(chǎn)品數(shù)量僅次于復(fù)合構(gòu)型的eVTOL飛行器構(gòu)型。從現(xiàn)有主要產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)看，混合構(gòu)型飛行器通常有著更接近復(fù)合構(gòu)型飛行器的航程（小于傾轉(zhuǎn)旋翼）和更接近傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行速度（高于復(fù)合構(gòu)型）。該構(gòu)型較為典型的飛行器產(chǎn)品有美國阿徹公司的Maker、美國維斯克公司的G6和英國垂直公司的VX4。

Maker型飛行器于2021年12月首飛，并完成了FAA G-1適航條例認(rèn)證基礎(chǔ)的符合要求。然而，維斯克公司從2022年初開始轉(zhuǎn)變產(chǎn)品思路，主推其最新研制的Midnight型eVTOL飛行器，后者幾乎是Maker的放大版，兩者具有相同的構(gòu)型和氣動布局，以及相近的航程和巡航速度，但Midnight尺寸和載客量更大。Midnight于2022年年初完成懸停飛行試驗(yàn)；2022年6月開始進(jìn)行系列常規(guī)飛行試驗(yàn)。G6是維斯克公司繼Cora之后推出的第6代飛行器產(chǎn)品，當(dāng)前正在進(jìn)行系列飛行試驗(yàn)。阿徹的Maker/Midnight與維斯克的G6具有非常接近的動力系統(tǒng)形式，均采用6個傾轉(zhuǎn)旋翼和6個升力旋翼。

S/CTOL飛行器

相比于eVTOL，eS/CTOL飛行器雖然使用靈活性有所降低，但航程、航時、起飛重量等均有顯著提升，更適合城鄉(xiāng)和城際間的客貨運(yùn)輸，甚至能夠承擔(dān)起部分支線飛行器任務(wù)。運(yùn)輸距離的提升需要提高載客量來保證經(jīng)濟(jì)性，這一方面對飛行器動力系統(tǒng)的儲能總量、功率提出了更高要求，使得油電混合、氫電混合的動力方案常被考慮；另一方面對飛行器巡航過程中的增升減阻提出了更高要求，使得常規(guī)氣動布局成為主流。由于現(xiàn)有適航管理體系對常規(guī)布局的飛行器認(rèn)證較為完善、成熟，因此S/CTOL飛行器很可能率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，進(jìn)入城際間AAM客貨運(yùn)輸場景。

較為典型的eS/CTOL飛行器包括美國伊萊卡公司的客機(jī)（無官方命名）、以色列和新加坡合資公司翼威的Alice、瑞士心宇航（Heart Aerospace）公司的ES-30等。較為典型的混合動力S/CTOL飛行器包括換裝發(fā)動機(jī)的ATR 42/72和“沖”8等。

伊萊卡公司推出的飛行器具有8個電機(jī)，分別獨(dú)立驅(qū)動8個旋翼，有效載荷1.134噸，載客9人，有效航程740千米（保留45分鐘應(yīng)急飛行能力），巡航時速324千米，起飛滑跑距離約91米、起降所需最低飛行時速約48千米。該公司通過美空軍“敏捷至上”以及與洛馬公司的合作，發(fā)展了一套利用分布式電動旋翼加速機(jī)翼上表面氣流從而為飛行器增升減阻的技術(shù)，命名為“氣流增升”（Blown Lift）。2021年，伊萊卡收購美國氣流（Airflow）公司，避免了與最主要的競品Model-200飛行器爭搶市場。截至2022年11月，已與包括布瑞斯托、flyv、Yugo、skyportz等公司共簽署了900余架飛行器意向訂單。據(jù)伊萊卡公司透露，飛行器可能會分為純電動版和混動版本，但具體的混動推進(jìn)方案未見細(xì)節(jié)披露。

ATR 42和ATR 72是法國-意大利合資飛行器制造商ATR公司在1985年前后推出的經(jīng)典渦槳支線飛行器，以其出色的飛行性能和低油耗特性，在同類型飛行器產(chǎn)品中占壟斷地位并保持至今。2021年10月，愛爾蘭航空集團(tuán)（ASL）與環(huán)球氫能公司（UH2）簽訂意向書，為后者提供1架ATR 72飛行器作為驗(yàn)證機(jī)，用于測試其正在研發(fā)中的氫電混合動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計特點(diǎn)，有望在未來擴(kuò)展應(yīng)用于“沖”8等更多型號的支線飛行器。