從藍圖到現實，國內eVTOL技術面臨哪些攔路虎？

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新概念的eVTOL與電動汽車類似,其核心是電池、電機、電控三大件。因此也很容易被聯系為“電動汽車”上天。但投入運營在技術上不僅是將現有產品與技術放大或移植，想走入現實首先需克服“e”與“VTOL”的技術難題。

圖注：1899年法國插畫家讓·馬克幻想的2000年空中的士

1.電從何處來？

從需求看，eVTOL采用的動力電池在高比能量、高倍率、高安全性等性能要求比電動汽車更高。目前電動乘用車的能量密度約在140-200wh/kg,足夠驅動車輛跑上數百公里，但這對航空器而言就遠遠不夠。除了讓eVTOL飛得遠，還要滿足起降等特殊場景下功率迅速上升的需求，得經受住瞬間充放電的考驗：充放電倍率需在5C以上，是電動車的3倍。

圖注：新能源汽車動力電池與eVTOL電池技術指標對比。 圖源：新華網

得益于我國電車領域迅猛發展，讓國內外eVTOL都能找到成熟的電池供應商,使之不至于成為 “電動爹”。如eVTOL開山企業JOBY采用的國內正力新能供應的811NMC（鎳、錳、鈷）電池其能量密度提升到270wh/kg，在20%的低電量狀態下仍能以12C以上水平大倍率放電，讓充電更迅捷——僅15min即可充電80%，一波乘客下機、換乘、登機的功夫即能投入到下一班運營；孚能科技為國內部分eVTOL供應的鋰金屬電池能量密度高達285wh/kg，較乘用車電池提高了近一倍水平；而國內電池廠商的腳步不止于此，進一步研發了能量密度高達370-400wh/kg的半固態電池。這也成國產eVTOL能“旱地拔蔥”航程“破百”的關鍵因素之一。

圖注：國內evtol電池技術能量密度路線圖。 圖源：新華網

2.電往何處使？

無論哪種構型的eVTOL，都采用分布式電推進設計——由多個分布于機身或機翼上的電機驅動旋翼。想要實現“VTOL”，主要在于力與力矩如何被準確分配。多旋翼eVTOL的飛控相對簡單，通過多個定距螺旋槳以相反方向旋轉產生升力并抵消單個旋翼產生的扭力實現懸停飛行，靠不同螺旋槳轉速差以獲得水平方向加速度。這也是部分初創eVTOL企業選擇該類構型作為首發產品的因素之一。

圖注：evtol 螺旋槳尾流影響示意圖 圖源：邊界智控

復合翼構型eVTOL就麻煩許多：由于飛行狀態在旋翼模式、過渡模式、固定翼模式三種飛行構型切換，還需考慮多向力矩與滾轉、俯仰、偏航力矩，加之因不同旋翼與翼面的氣動耦合效應，需以每秒數百次以上精密調整動力與氣動面以保證飛行穩定。傳統飛控設計針對不斷轉換階段、不同速度段分別設計一套控制率，使整個開發工作巨大：三種模式六個力矩機制僅設計飛控的配平點就高達上百個。

圖注：飛控在復合翼evtol不同飛行階段的功能需求。 圖源：邊界智控

高門檻使得全球完成復合翼轉換狀態飛行的eVTOL屈指可數，適用的飛控系統貨架產品更是稀缺。國產復合翼構型eVTOL想“趕上風口”，簡單的拿來主義顯然行不通。

圖注：霍尼韋爾用于evtol的電傳飛控模塊

為此，國內飛控廠商嘗試基于增量非線性動態逆(INDI)的統一控制策略來實現在同一套系統下實現不同飛行姿態的控制——不同于以往調度控制式飛控分別設置旋翼控制器與固定翼控制器各一套，事先離線配平計算控制率速度、傾角的變化進行輸出調節；INDI通過在線測量或估算加速度和角加速度信號實現控制率更新，從而簡化設計、優化飛行品質；并配合搭載的ADS-B、TCAS等空中防撞設備實現對城市低空復雜環境的感知、決策與控制。

圖注：適用與國內evtol的國產飛控與機載組合導航系統。 圖源：邊界智控

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