21世紀經(jīng)濟報道記者孫燕 上海報道
2025年,eVTOL(電動垂直起降飛行器)元素首次出現(xiàn)在春晚舞臺:在重慶分會場,鏡頭跟隨一架2噸級eVTOL飛過重慶“兩江四岸”。
在無錫分會場,也有鏡頭給了無錫民營低空經(jīng)濟代表王勇——牧羽天航空科技(江蘇)有限公司(以下簡稱“牧羽天航空”)董事長。
2004年成立的牧羽天航空原始團隊,先后造出了國內(nèi)首款海陸空三棲飛行汽車、國內(nèi)最早可以垂直起降的飛行汽車、國內(nèi)最早首飛的復(fù)合翼載人eVTOL,目前也是國內(nèi)唯一一家噸級以上混動貨運eVTOL廠商。
近日,王勇接受了21世紀經(jīng)濟報道記者的專訪。擁有20年輕型飛機、無人機、重載荷eVTOL研發(fā)及制造經(jīng)驗的他,認為當(dāng)前重載貨運eVTOL最能快速應(yīng)用,而載人eVTOL無論是技術(shù)層面還是市場閉環(huán)層面仍有很長的路要走。
牧羽天航空也是業(yè)內(nèi)少有的垂直集成eVTOL廠商。在王勇看來,eVTOL進入市場時,成本一定是核心競爭力。盡管垂直集成要克服諸多困難,但長遠來看,這是一條正確的路。
飛行夢想照進現(xiàn)實
《21世紀》:公司何時進入通航領(lǐng)域?有怎樣的契機?
王勇:我從小就喜歡飛行,也喜歡做手工,從1990年用金屬管和蒙布做了第一架載人滑翔翼,到后來參加滑翔傘比賽,三十多年間,滑翔機、滑翔翼、滑翔傘都飛過。
我在2001年成立了上海奎柯機電。這家公司是做機電設(shè)備的,給汽車廠提供非標(biāo)生產(chǎn)設(shè)備。公司基本解決了溫飽問題后,我就開始“做夢”,2004年在上海成立了奎柯航空事業(yè)部,從做飛機套材、散件開始,開展飛機研發(fā)制造。
《21世紀》:公司產(chǎn)品線較多,一開始就規(guī)劃做這么多構(gòu)型嗎?
王勇:一開始我們是以興趣為導(dǎo)向研發(fā)飛機的,我們先是仿制了一款美國飛機。但到了金融危機階段,全球的小飛機都賣不動了,我們也停止了這個項目。
2010年8月,國務(wù)院、中央軍委出臺了《關(guān)于深化我國低空空域管理改革的意見》。我們意識到低空空域開放可能帶動市場,就開始研發(fā)整機。
我們研發(fā)的第一款飛機是兩座的輕型運動飛機(Light Sport Aircraft,簡稱LSA)。這款飛機可以水陸兩棲,是全復(fù)合材料固定翼飛機。從2009年研發(fā),到2014年11月11日首飛,我們研發(fā)了五年時間,但國內(nèi)載人觀光娛樂飛行市場一直很低迷,銷量極其有限。
在水陸兩棲飛機的基礎(chǔ)上,我們又研發(fā)了可折疊機翼的三棲飛行汽車。這解決了飛機在地面的自我運輸問題:飛機平時可以放在家里,需要飛的時候開到機場再飛。這是國內(nèi)首款海陸空三棲飛行汽車,可實現(xiàn)在水面、陸地起降,并能完成地面長距離行駛。這款飛機本來是針對美國市場開發(fā)的,但后來發(fā)現(xiàn)由于世界經(jīng)濟的低迷導(dǎo)致全球小飛機市場也一落千丈,遲遲沒有恢復(fù),因此我們決定等待合適的時機再推向市場。
受訪者供圖
在三棲飛行汽車的基礎(chǔ)上,我們研發(fā)出了直升機飛行汽車,這是國內(nèi)最早可以垂直起降的飛行汽車。和ABC750三棲飛行汽車一樣,HC700直升機飛行汽車在地面行駛時用電,在空中飛行時用油。
受訪者供圖
2016年, eVTOL概念出現(xiàn)了,并逐步在全球范圍掀起一股熱潮。到了2017,牧羽團隊經(jīng)過認真討論后一致認為eVTOL才是未來的主流方向。因此我們?nèi)孓D(zhuǎn)向了eVTOL的研發(fā)和制造,包括載人和載貨,但一開始我們的研發(fā)還是偏向載人eVTOL。
2021年9月,EV4載人eVTOL首飛,成為國內(nèi)最早首飛的復(fù)合翼載人eVTOL。但在研發(fā)過程中,我們意識到,載人eVTOL的技術(shù)成熟周期不是一般的長,而且商業(yè)閉環(huán)也存在巨大的不確定性,甚至大概率商業(yè)市場不能閉環(huán)。
航空業(yè)有個不成文的慣例,相較老一代飛機,新一代飛機使用新技術(shù)的比例不超過15%,以保證風(fēng)險可控。但eVTOL是完全全新的概念,動力系統(tǒng)從發(fā)動機變成了電機,數(shù)量也從幾臺增至十余臺;能源從汽油、煤油變成了電池;航電系統(tǒng)全部電氣化了;控制從人工控制變成了飛控計算機控制。在技術(shù)之外,適航法規(guī)、監(jiān)管手段也還未出爐。
彼時,我們在做市場調(diào)研時了解到,物流行業(yè)對eVTOL有剛性需求,如生鮮對物流時效有要求,海島、山區(qū)等交通困難地區(qū)也需要有別于汽車的貨運方式。因此在2021年,我們開始全力研發(fā)重載荷貨運eVTOL。目前,牧羽天航空的定位也明確為以研發(fā)、制造、銷售、運營重型載貨eVTOL為主營業(yè)務(wù)。
受訪者供圖
致敬空客(Airbus),我們給貨運eVTOL取名飛行重卡(AirTruck,簡稱AT),目前已經(jīng)完成了1300公斤級別的AT1300的研發(fā),同時正在研發(fā)8000公斤級別的AT8000兩款機型。
專注重載貨運eVTOL
《21世紀》:相較市面上其他貨運eVTOL,飛行重卡有哪些特殊之處?
王勇:目前市面上的eVTOL,90%都是載人eVTOL。貨運eVTOL以幾公斤、幾十公斤的小型eVTOL為主,噸級以上混動貨運eVTOL,目前只有我們一家。
而目前正在適航取證的貨運eVTOL,大部分是“先貨后人”:按載人eVTOL設(shè)計,但是先用于載貨,走貨運eVTOL的適航取證流程。
但事實上,載人eVTOL和貨運eVTOL在設(shè)計上就有所不同。貨運eVTOL需要方方正正的貨倉,追求高儲藏率;也要求一定的空間容積,因為可能要運拋貨(體積大但重量輕的貨物);還要貨物從機頭或機尾進出,以提高裝卸效率。但載人eVTOL一般是流線型造型,通常從側(cè)面開門,用于載貨的確有點不適用。
AT8000是全球在研eVTOL中起飛重量最大的,沒有之一。這代表了基礎(chǔ)能力:eVTOL越大,對工程能力的要求越高。
此外,大部分eVTOL都是純電的,航程、載重量較小。我們走的混動路線:AT1300是油電混合,垂直起飛、降落時用鋰電池供電,空中巡航時靠發(fā)動機燒油驅(qū)動。AT8000是增程——動力是電,但是電來自于發(fā)電機?;靹踊蛟龀痰难邪l(fā)難度顯然都比純電要復(fù)雜,但飛機的綜合性能比純電要高出4、5倍。
《21世紀》:AT1300、AT8000研發(fā)進展如何?已經(jīng)完成縮比機、原型機了嗎?
王勇:AT1300已于2023年完成原型機下線,AT8000已經(jīng)完成20%驗證機試飛,全尺寸工程樣機也將于2025年年底下線。
縮比機在研發(fā)過程中用于驗證。20%驗證機即1:5的縮比機:尺寸縮小5倍,體積會縮小125倍。因此,大飛機做成縮比機后,幾乎沒有載重能力,主要驗證氣動特性、飛控的控制邏輯。
驗證要分步驟,先進行縮比機驗證??s比機試飛后,如果還有問題不確定,就做一個更大尺寸的縮比機,直到全尺寸工程樣機試飛。越接近實物尺寸,飛行數(shù)據(jù)越精確。
《21世紀》:2024年1月AT1300完成了轉(zhuǎn)換飛行,這一進展在業(yè)內(nèi)處于什么位置?
王勇:這在噸級以上混動eVTOL中是全球首例。按純電、混動、復(fù)合翼、傾轉(zhuǎn)旋翼等全品類統(tǒng)計,噸級以上全球范圍內(nèi)我們是第五個完成轉(zhuǎn)換飛行的。
目前,全球共有9家主機廠完成噸級以上eVTOL轉(zhuǎn)換飛行。在我們之前,第一家完成轉(zhuǎn)換飛行的是美國Wisk,第二家是美國Joby,第三家是峰飛航空,第四家是德國Lilium,第五家是我們牧羽天,在我們之后,第六家是美國Beta,第七家是沃飛長空,第八家是美國Archer,第九家是蔚藍空間。
全球研發(fā)大型eVTOL的主機廠有幾百家,但目前只有9家完成轉(zhuǎn)換飛行。其技術(shù)難度較大:轉(zhuǎn)換飛行即飛機垂直起飛到一定高度后轉(zhuǎn)換成固定翼飛行,再從固定翼飛行轉(zhuǎn)換到垂直飛行落地,完成正向轉(zhuǎn)換和反向轉(zhuǎn)換落地,這是一個標(biāo)準(zhǔn)的航線飛行。這是eVTOL研制中最重要、最有難度的里程碑,考驗了eVTOL的氣動、動力、飛控、結(jié)構(gòu)等全方位的性能。
在這9家中,我認為有2家復(fù)合翼eVTOL的轉(zhuǎn)換飛行非正式完成。如Archer用的是四葉槳,但復(fù)合翼一般用兩葉槳,在空中平飛時可以鎖住,實現(xiàn)阻力最小化。而四葉槳在空中無法完全順槳,阻力較大。而Archer一開始也采用了兩葉槳,但由于跨不過震動的門檻,因此退而求其次改用了可以降低震動幅度的多葉槳。
我們也花了半年多時間攻克這一技術(shù)難題,包括自己設(shè)計、生產(chǎn)了升力旋翼(螺旋槳),也自己制造了生產(chǎn)螺旋槳的設(shè)備。我們還做了一個地面測試風(fēng)洞、一個移動風(fēng)洞,才最終解決了這個問題。
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《21世紀》:AT1300和AT8000的旋翼結(jié)構(gòu)一樣嗎?
王勇:AT1300有8個升力旋翼、1個推進旋翼,推進旋翼是水平螺旋槳,在尾部推進飛機前進。
AT8000有18個升力旋翼、2個推進旋翼。在18個升力旋翼中,有4個是傾轉(zhuǎn)旋翼,所以AT8000是半傾轉(zhuǎn)旋翼架構(gòu)。
《21世紀》:國內(nèi)有企業(yè)采用了全傾轉(zhuǎn)旋翼架構(gòu),半傾轉(zhuǎn)會向全傾轉(zhuǎn)過渡嗎?
王勇:不一定,傾轉(zhuǎn)旋翼和復(fù)合翼之間是效率問題。傾轉(zhuǎn)旋翼的效率高于復(fù)合翼,但相差不大:假設(shè)傾轉(zhuǎn)旋翼是100%效率,那么復(fù)合翼大約是95%效率。
但傾轉(zhuǎn)旋翼的安全、可靠性比復(fù)合翼差。傾轉(zhuǎn)旋翼的槳葉一般是變距的,需要轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)——多了一個活動結(jié)構(gòu),就相當(dāng)于多了一個故障點。
我們采用了定距槳做傾轉(zhuǎn)旋翼,雖然效率低一些,但可靠性更高。這樣既具備傾轉(zhuǎn)優(yōu)勢,又避免結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。
《21世紀》:業(yè)內(nèi)還有傾轉(zhuǎn)涵道架構(gòu),公司有考慮過走傾轉(zhuǎn)涵道技術(shù)路線嗎?
王勇:傾轉(zhuǎn)涵道有兩大好處:一是涵道風(fēng)扇的設(shè)計可以防止旋翼與外物接觸,安全性高;二是高速平飛時噪音小。
但傾轉(zhuǎn)涵道有一個嚴重缺點:起降效率非常低,需要很大功率才能起降。以兩噸的eVTOL為例,大螺旋槳需要400千瓦就能離地,傾轉(zhuǎn)涵道構(gòu)型則需要1600到2000千瓦——起降階段就把電池電量消耗得差不多了。
垂直集成產(chǎn)品、業(yè)務(wù)
《21世紀》:公司的eVTOL是垂直集成的嗎?
王勇:是的,我們有兩項垂直整合。一是產(chǎn)品端的垂直整合,eVTOL的設(shè)計、研發(fā)、制造都是自己做的:機體方面,我們自己設(shè)計、生產(chǎn)了飛機的模具、工裝、復(fù)合材料、機翼、機身、起落架、航空電機、旋翼、高壓盤箱、低壓盤箱;系統(tǒng)方面,我們自己做了電源系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng);軟件、硬件也是我們自己開發(fā)的。
以電源系統(tǒng)為例,我們買來了電芯,自己組裝了PACK(電池包),又開發(fā)、設(shè)計了BMS(電池管理系統(tǒng))。再以航電系統(tǒng)為例,我們焊裝、壓接做出了線束,設(shè)計了電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)(EWIS)。
整體而言,我們采購了發(fā)動機(汽油機)、飛控計算機、傳感器、螺絲、螺栓,其他都是自己生產(chǎn)的。從價值量看,自研的比例在80%到85%之間。我們做產(chǎn)品端的垂直整合,是為了降低成本——eVTOL進入市場時,成本一定是核心競爭力。
二是業(yè)務(wù)端的垂直整合。我們不只做飛機的研發(fā)、制造、銷售,還是一家飛機運營公司。我們的飛機既賣給物流公司等客戶,也賣給自己——運營相當(dāng)于我們自己解決了一部分銷售問題。
我們計劃針對島嶼貨運場景運營自己的飛機,今年下半年將在某沿海城市成立運營公司。這可以很快進入良性循環(huán):飛行小時越多,意味著技術(shù)迭代越快,可靠性越高,飛機越好賣。
《21世紀》:公司自研M75電機,有怎樣的契機?
王勇:M75電機用于AT1300的旋翼。針對AT8000,我們新研發(fā)了一款電機。
之所以要自研電機,是因為全球范圍內(nèi)eVTOL的配套產(chǎn)業(yè)鏈都不健全。從國內(nèi)看,我們認為沒有一家企業(yè)的航空電機符合eVTOL標(biāo)準(zhǔn)。從國外看,賽峰ENGINeUS 100 航空電機近日獲得了歐洲航空安全局(EASA)頒發(fā)的型號合格證(TC)。這款電機可以用于AT8000,但單臺大幾十萬的價格的確對制造成本構(gòu)型巨大壓力。
一方面是成本因素。另一方面,自己設(shè)計電機可以針對飛機的需求進行設(shè)計,使飛機性能達到最優(yōu)。而如果主機廠沒有電機設(shè)計能力,那只能針對可以采購到的電機規(guī)格去設(shè)計飛機。
事實上,如果不追求飛機性能,汽車發(fā)動機也可用于eVTOL。但一方面是重,另一方面是安全指標(biāo)達不到設(shè)計、適航取證的要求。
《21世紀》:峰飛航空完成轉(zhuǎn)換飛行的機型已經(jīng)取得了型號合格證(TC)和生產(chǎn)許可證(PC),AT1300、AT8000適航取證進展如何?
王勇:那款是純電動力。AT1300是油電混動,AT8000都是增程式混動,涉及兩套系統(tǒng)間的配合,適航取證難度比純電要高。
我們計劃AT1300將在2026年上半年取得型號合格證(TC),AT8000將在2027年取得型號合格證,當(dāng)然,最終這個要看我們的工作進展和局方的審核進展。
事實上,我們最早是設(shè)想AT1300、AT8000用氫燃料電池的。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展,我認為氫燃料電池是最終的能源形式。但目前,還存在阻礙氫能源推廣的幾大因素:一是氫燃料電池電堆在技術(shù)、可靠性、重量方面還存在挑戰(zhàn);二是現(xiàn)有的液態(tài)氫儲運、氣態(tài)氫儲運都有不小的困難。
《21世紀》:開展eVTOL運營的前提包括取得型號合格證嗎?
王勇:民航允許在安全度較高的地方試驗運行。2020年,民航局公布了首批13個民用無人駕駛航空試驗基地(試驗區(qū)),包括上海金山(海島場景)、浙江杭州(城市場景)、江蘇南京(綜合應(yīng)用拓展)等。在這些特殊場景,沒有取得型號合格證也可以試運營(需辦理特許飛行證)。
“門到門”航空貨運
《21世紀》:AT1300、AT8000的每噸公里成本大約多少?在貨運eVTOL行業(yè)處于什么樣的水平?
王勇:我們在設(shè)計AT8000時,發(fā)現(xiàn)物流行業(yè)最大的痛點是價格。傳統(tǒng)三段式空運的噸公里成本是6~8塊錢,AT1300噸公里成本約5.2元,AT8000的噸公里成本約2.8元。
這里成本是指綜合成本,包括燃油費用、折舊費用、維護和修理費用、人員費用、停機費用、保險等。而且,我們的噸公里成本是“門到門”的運營成本,不需要加上貨車往返機場的兩端成本。
《21世紀》:AT1300、AT8000主要運載什么貨物?
王勇:對于貨運飛機而言,運什么主要取決于成本。AT1300是軍民兩用機,可以用于邊防哨所的物品投遞,以及民用的高價值物品、緊急救援藥品等。AT8000主要用于邊遠地區(qū)、海島之間的物品投遞。
作為貨運飛機,黃金首飾、黃沙水泥我們都能運。比如我們之前接到過礦場的咨詢,客戶需要從A點往B點運礦石,但兩地之間沒有通路。修一條路的成本要數(shù)億元,修好之后也有維護成本,因此他們考慮用eVTOL運輸。
《21世紀》:貨運eVTOL要實現(xiàn)“門到門”,對起降點有哪些要求?
王勇:一般來說,起降點需要一個籃球場那么大。
在屋頂上搭建一個平臺,也可以垂直起降。首先要滿足承重要求,其次要滿足防火、安全要求,還要配備充電、安保、通訊等專用設(shè)備。
但樓頂建起降點有一定危險性:當(dāng)風(fēng)吹過建筑物時,會在其背面和側(cè)面形成湍流和渦流,這些區(qū)域被稱為渦流區(qū)。而渦流區(qū)的氣流不穩(wěn)定,可能對eVTOL的起降程序和標(biāo)準(zhǔn)做相應(yīng)調(diào)整。
場景為王
《21世紀》:近日,空客計劃暫停其eVTOL整機項目。您如何看待這一決定?
王勇:在eVTOL領(lǐng)域,空客先后設(shè)計了多個構(gòu)型:最早是一款兩座帶電動涵道的飛機E-Fan;接著是Vahana傾轉(zhuǎn)機翼載人eVTOL;又設(shè)計了一款四涵道多旋翼CityAirbus NextGen;此外還有一款半復(fù)合翼構(gòu)型。
空客暫停其eVTOL整機項目,一是認為未來載人eVTOL市場空間不大,暫時看不出城際、市內(nèi)市場的必然性。二是電池能量密度還沒達到實用所需的技術(shù)性能。
雖然現(xiàn)在有載人eVTOL可以飛兩百多公里,但要完成適航取證,飛機需要增加很多重量。一方面,為了增加可靠性,需要設(shè)計冗余,電機、飛控等都需要冗余;另一方面,飛機還有抗墜毀要求,需要增強機體結(jié)構(gòu)。綜合考慮這些因素,空客預(yù)計CityAirbus NextGen的航程約為80公里。
空客暫停eVTOL整機項目,無疑是一個風(fēng)向標(biāo),也啟發(fā)了全球廠商對載人eVTOL的商業(yè)閉環(huán)進行更多思考。
目前,我認為城市里能夠落地的載人eVTOL場景是在交通樞紐之間載人,比如在虹橋機場和浦東機場之間開設(shè)固定航線。但只要是固定航線,量就上不去,很難形成規(guī)模經(jīng)濟。而且安全問題、噪音問題、起降點數(shù)量的問題都是城市運營難以回避的痛點,這是城市運營eVTOL能否商業(yè)閉環(huán)的核心問題。
城際飛行方面,經(jīng)濟發(fā)達的地方交通普遍發(fā)達,乘eVTOL的必要性并不強烈。雖然深圳到珠海已經(jīng)有eVTOL試飛,但像這樣需要長距離繞道的場景太少了。山區(qū)、地廣人稀的地方有乘eVTOL的必要性,但經(jīng)濟又不足夠支撐。
《21世紀》:國外eVTOL行業(yè)已經(jīng)開始洗牌,Volocopter和Lilium先后申請破產(chǎn)。您覺得什么樣的企業(yè)能夠活下來?
王勇:我認為關(guān)鍵在于運營場景。飛機生產(chǎn)出來了,拿到適航證了還遠遠不夠,銷量才是關(guān)鍵,而銷量的多少完全取決于你的飛機能否給運營商帶來利潤,如果運營商長期運營都沒有利潤,那這是不可持續(xù)的,那這個eVTOL項目在商業(yè)上就是不成功的。