【低空】復合材料的應用，將為低空經濟的發展注入新的活力
低空經濟是指，以民用有人駕駛航空器和無人駕駛航空器的低空飛行活動為主體，輻射帶動航空器研發、生產銷售，以及低空飛行活動相關的基礎設施建設運營、飛行保障、衍生綜合服務等領域產業融合發展的綜合經濟形態。
根據羅蘭貝格估計，到2030全球投入商業運營的eVTOL數量將達5千架，2050年達16萬架。摩根士丹利預測，到2050年，未來城市空中交通（UAM）可觸達的全球市場規模將達9萬億美元，中國的潛在市場規模將達到2.1萬億美元。
電動垂直起降飛行器(eVTOL)概念
電動垂直起降飛行器（eVTOL，Electric Vertical Take-off and Landing），是一種能夠應用于城市空中出行的載人低空飛行器，此類飛行器的重點是純電力驅動和垂直起降。相比傳統直升機，載人eVTOL純電驅動、噪聲低、性價比高、更加環保，是一種更符合未來城市空中交通系統的產品。eVTOL用復合材料主要部位如下圖所示：
圖片及資料來源：沃飛長空、中國復合材料工業協會
eVTOL復合材料使用量占所有材料使用量的比例超過70%。復合材料在各類型eVTOL中不同部位應用占比均值如下圖所示，結構部件和推進系統的應用占比超過75%，材料使用類型上，碳纖維復合材料占比超過90%。
作為低空經濟重要載體之一，eVTOL備受一二級市場關注
低空經濟概念最初于2021年在《國家綜合立體交通網絡規劃綱要》中被首次提出，是以各種有人駕駛和無人駕駛航空器的各類低空飛行活動為牽引，輻射帶動相關領域融合發展的綜合性經濟形態，具有產業鏈條長、輻射面廣、成長性和帶動性強等特點。
目前，已經進行商業化探索的應用領域有物流、農業、旅游等。此外，潛在的低空飛行場景還有許多，可以按照生產作業類、公共服務類、航空消費類這三類進行細化產業門類和服務鏈條的拓展。從飛機類型來看，無人機和eVTOL（electric Vertical Take-off and Landing，即電動垂直起降飛行器）預期是用量最大的兩個機型，這篇文章重點梳理eVTOL的發展現狀。
eVTOL是低空經濟的重要載體之一，備受一二級市場投資人關注。去年許多公司完成了融資并進行了重新估值，行業內人士普遍感到這一領域即將迎來爆發。這一趨勢不僅受到國內政策的推動，國際上也有許多積極的動態，如Joby獲得TC認證的進展，以及巴黎奧運會和大阪世博會等事件計劃使用eVTOL進行試飛。這些消息讓一級市場的投資者和eVTOL產業鏈的參與者感到興奮。二級市場之前反應相對平淡，但近期投資人看到這個行業的關鍵轉折點，市場熱度迅速提升，原因主要有以下3點：
（1）低空經濟的政策定位顯著提升。該領域之前主要由民航局和工信部推動，2023年12月“低空經濟”被納入中央經濟工作會議的議程，戰略地位得到了顯著的提升。進入2024年后許多地區加快了政策出臺的步伐，高級別領導也開始積極參與專題研討，如蘇州的領導直接要求報備項目，各地都在將其視為一項重要任務，尤其是一些省級領導，他們正積極與企業交流，探索地方發展的最佳模式。
（2）部分城市已經開始試點，為低空飛行提供了廣闊空間。合肥基本全域開放；深圳作為大力發展低空經濟的地區，低空開放區域大，除部分中心城區和民航機場區域，其余低空區域都已開放；上海多集中在金山、奉賢、嘉定等郊區，中心城區暫無低空開放區域。隨著深圳、合肥、上海這些場景逐漸進入公眾視野，后續預期會有更多的城市開啟試點項目。
（3）eVTOL產品陸續進入取證階段，商業化落地節奏加快。目前，全球范圍內eVTOL企業正積極進行相關的認證工作，這使得整個行業商業化成為一種可能。2023年10月13日，億航智能自主研發的EH216-S無人駕駛載人航空器系統獲得中國民航局頒發的型號合格證（Type Certificate），同年12月21日，獲頒標準適航證（Airworthiness Certificate），并交付第一批客戶。認證后交付客戶的EH216-S無人駕駛載人航空器，將會在低空游覽、城市觀光等場景開展商業化運營，并持續擴大各類運營場景的布局和落地。
中國eVTOL產業發展現狀
- 中國有超過30家企業進入eVTOL整機研發領域。
- 約有15家載人eVTOL整機研發企業完成了數千萬元以上的融資。
- 約15家完成了1:1樣機下線并投入測試。
- 中國的eVTOL整機企業多為科技型初創公司，部分企業成立不滿3年就已進入原型機測試階段。
技術路線:在調研的32家eVTOL整機企業中，采用復合翼方案的有15家（46.9%），傾轉/矢量推進方案的有11家（34.3%），多旋翼方案的有11家（34.4%）。
企業類型:
- 科技型初創公司：如時的科技、沃蘭特等。
- 汽車行業相關機構：如吉利汽車集團、小鵬匯天等。
- 大型航空航天國企下屬機構：如商飛北研、中航通飛等。
- 無人機產業企業：如深圳凌悅、天津斑斕等。
適航取證進展:中國民航局為億航頒發了全球首個eVTOL航空器型號合格證，峰飛航空科技的V2000CG eVTOL也獲得了型號合格證。
產業鏈發展:
- 電池技術是eVTOL發展的關鍵，國內有多家電池廠商愿意為eVTOL/UAM整機項目做定制化開發。
- 航電設備研發基礎較弱，但隨著行業發展，越來越多的企業愿意加入航空供應鏈。
城市群運營試點:粵港澳大灣區和長三角城市群在eVTOL產業發展上表現活躍，有政策支持和市場需求。
國外eVTOL產業發展
- 全球共有983型eVTOL概念產品，其中48%為多旋翼型，16%為升力+巡航型，36%為矢量推進型。
- 國外頭部企業如Joby Aviation、Lilium、Volocopter等有明確的適航取證和投入商業運營的時間表。
國外產業鏈發展:
- 動力電池技術是關鍵，各國有明確的發展目標和技術路線圖。
- 航電和機載設備配套領域，傳統機載設備配套企業和新興初創公司并存。
城市群運營試點進展:-國外如加州硅谷灣區、紐約大都市區、東京大都市區等在eVTOL運行探索上表現積極。
中國eVTOL產業面臨的挑戰與機遇
盡管中國eVTOL產業發展勢頭強勁，但仍面臨技術瓶頸、市場準入及人才短缺等挑戰。與此同時，與全球領先企業的競爭亦日趨激烈。然而，這些挑戰亦孕育著巨大的機遇。通過加強技術創新、優化市場環境及培養高素質人才等措施，中國eVTOL產業有望在全球競爭中脫穎而出。
隨著技術的不斷進步與市場的不斷拓展，eVTOL與UAM（城市空中交通）將實現深度融合。未來，eVTOL將成為城市空中交通的重要組成部分，為人們提供更加便捷、高效的出行方式。同時，隨著無人駕駛技術的不斷發展，eVTOL的自動化程度將不斷提高，進一步推動其在各個領域的應用。
機身材料
eVTOL適航認證嚴格，主機廠對上游產業鏈與產品品質提出了更高的要求，產品標準基本對標航空要求。
上游零部件主要布局廠商包括金盾股份、廣聯航空、雙一科技、天成自控等。
eVTOL大量使用碳纖維復合材料，進一步減輕結構重量，緩解電池供電壓力，提供更加安靜的飛行體驗。
碳纖維主要代表廠商包括中復神鷹、吉林化纖、光威復材、中航高科等。
碳纖維復合材料（CFRP）在飛行汽車領域的運用
碳纖維增強樹脂復合材料（CFRP）是由碳纖維和樹脂基材組成，其中碳纖維的形式有短切纖維、各種紗、各種紡織物，樹脂基材是以一種樹脂為基礎，在其中分別加入固化劑、催化劑、增塑劑和一些特殊功能顆粒，組成的高分子混合物。增強體碳纖維主要承受外力。而模量高、強度低的基材樹脂固定纖維、維持形狀，轉遞外力。兩者優勢互補、強弱搭配、得益相彰，可滿足飛機受力結構件的要求。
碳纖維復合材料（CFRP）在飛行汽車領域的運用前景非常廣闊，主要得益于其出色的物理性能和輕量化優勢。
1. 碳纖維復合材料具有低密度和高強度的特點，這使得它們在飛行汽車的輕量化設計中扮演著重要角色。輕量化對于提高飛行效率、增加載荷能力和延長續航時間至關重要。
2. 碳纖維復合材料的拉伸模量和強度遠高于傳統金屬材料，這為飛行汽車的結構穩定性和安全性提供了保障。
3. 碳纖維復合材料具有良好的耐疲勞性能，這對于飛行汽車在頻繁起降和長時間運行中保持性能至關重要。
4. 碳纖維復合材料不受腐蝕影響，這使得它們適合于飛行汽車在各種惡劣天氣條件下的應用。
5. 碳纖維復合材料可以通過不同的制造工藝定制成各種形狀和結構，這為飛行汽車的設計提供了靈活性。
6. 隨著碳纖維生產技術的進步和成本的降低，碳纖維復合材料在飛行汽車中的經濟性越來越受到重視。
7. 碳纖維復合材料能夠適應不同的環境條件，包括高濕度、高溫等，這對于飛行汽車在多變的氣候條件下運行非常重要。
8. 根據市場研究，飛行汽車市場預計將在未來幾十年內實現顯著增長，這將帶動碳纖維復合材料需求的增加。
螺旋槳：“天上的車輪”，碳纖維材質及工藝設備高壁壘，關注新技術方案
螺旋槳是eVTOL電驅動系統關鍵組件，材料、工藝等高要求。螺旋槳負責將來自電機的動力轉化為升力或推進力，實現eVTOL的垂直起降、巡航等不同飛行狀態。螺旋槳需要滿足高氣動效率、結構強度、噪聲控制、可靠性等多重要求，同時最小化能量消耗。類比新能源汽車驅動系統，eVTOL的螺旋槳類似于汽車的“車輪”，但因為螺旋槳的工作介質是空氣，因此對材料、造型工藝、可靠性等會有更高要求。
碳纖維螺旋槳成主流，制造工藝及設備門檻高。螺旋槳材料及葉片設計與系統能效高度相關，葉片材料通常是輕質且強度高的復合材料，如碳纖維或玻纖增強塑料，現有eVTOL螺旋槳多為碳纖維復合材料，例如小鵬匯天X2。碳纖維螺旋槳的制造工藝和設備要求較高，碳纖維還是eVTOL機身、機翼、座椅等核心中大型部件的主要用材。
圖：小鵬匯天的碳纖維槳葉、碳纖維全機身
資料來源：小鵬匯天官網，中金公司研究部
碳纖維國內廠商梳理
光威復材：國內碳纖維龍頭廠商，形成了從原絲開始的碳纖維、織物、樹脂、高性能預浸材料、復合材料制品的完整產業鏈布局。
吉林化纖：國內粘膠長絲龍頭廠商，打造了原絲、碳纖維、復材的碳纖維產業鏈。
威奧股份：下子公司時代新材主要從事復合新材料、纖維新材料的研發、生產及銷售。公司具備生產飛行汽車碳纖維復合材料的能力。
中航高科：2015年度,公司通過重大資產重組,將主營業務延伸至航空新材料領域。注入中航復材,優材百慕,優材京航等三家具有一定規模和行業競爭優勢的優質資產:本次注入的資產均依托中航工業和中航高科及其下屬高科技企事業單位,多年來一直從事航空新材料及其民品轉化業務。3月29日業績說明會上表示，公司已經提供復合材料原材料產品給低空電動飛行器頭部企業。
惠柏新材：主營業務為特種環氧樹脂的改性與生產。已自主研發“環氧樹脂IPN增韌技術”等核心技術，使其能與碳纖維更好的結合，將碳纖維的性能得以充分發揮，極大擴展了預浸料用環氧樹脂的應用范圍，可應用于無人機、汽車輕量化等領域。且目前公司產業已經在向下游碳纖維復合材料領域延伸，新建2000噸復合材料項目已確認是碳纖維復合材料！
中復神鷹：是一家專業從事碳纖維及其復合材料研發、生產和銷售的國家高新技術企業，3月28日在互動平臺表示，公司高性能碳纖維材料目前已經在與國內幾家知名的飛行汽車（飛行器）的研制生產單位進行測試評價與試驗，進展順利，部分產品已經得到應用并通過了適航認證等相關驗證工作。
中簡科技：高性能碳纖維、織物、復合材料及相關產品的開發、制造、銷售，2024年4月7日在互動平臺上表示，碳纖維復材以其良好的可設計性及輕質高強等特性，可廣泛用在國民經濟多個領域，飛行汽車是碳纖維未來應用的重要方向之一，將對行業發展產生積極作用。公司將積極擁抱新的場景和領域，爭取進一步擴大產品應用范圍。
雙一科技：樹脂基復合材料生產商，產品包括風力發電機艙罩、風電葉片、非金屬模具、碳纖維制品等。
安達維爾：航空工業服務商，主營航空機載設備、航空維修、測控及地面保障設備。子公司耐思特瑞科技主營碳纖維、高性能纖維及復合材料。
結論與展望
低空經濟的發展前景廣闊，復合材料作為關鍵材料，將在其中扮演越來越重要的角色。隨著技術的不斷進步和市場的不斷擴大，我們有理由相信，低空經濟將成為推動經濟發展的新動力。
低空經濟的崛起，不僅是科技進步的體現，也是人類探索未知領域的勇敢嘗試。復合材料的應用，將為這一新興產業的發展注入新的活力。讓我們共同期待，在不遠的將來，低空經濟能夠帶來更多的驚喜和可能。
來源：復合材料縱橫、深度行業研究、樂晴智庫精選、新財富產業研究院、海涵財經、復材產業圈、中金點睛、制造前沿等，由復材網整理。
