世界城市空中交通飞行器概览

王翔宇

当前AAM领域的飞行器产品按照特征能力可分为垂直起降（VTOL）和短距/常规起降（S/CTOL）飞行器两大类，并以VTOL飞行器特别是eVTOL飞行器为主。但AAM飞行器并不等同于eVTOL飞行器，例如，贝塔公司的Alia、琼特公司的Journey等飞行器采用混合动力方案，美国伊莱卡（Electra）的eSTOL、翼威（Eviation）的Alice等飞行器不具备VTOL能力，但均是AAM领域内的重要飞行器型号，且已形成相当成熟的产品方案和供应链体系。 据罗兰贝格、SMG等国外咨询公司以及垂直飞行协会（VFS）等国际组织统计，2019年世界范围内eVTOL飞行器项目已超200个，而截至2022年3月和8月，这一数字分别突破600和700，数量呈激增态势。其中，SMG公司从2016年起推出AAM实现程度指数排名（ARI），通过对融资规模、试验和适航进展等多方面综合评价，选出20～30个最有望实现AAM飞行器产品商业化运营的企业，最新版本已于2022年10月发布。

观察当前主要VTOL飞行器实现垂直起降能力的技术途径，可以将其进一步划分为四大类构型，即多旋翼、复合、混合以及倾转旋翼构型，其中多旋翼和复合构型完全不采用倾转旋翼，仅通过提供升力或推力的固定转轴旋翼实现飞行器垂直起降，而混合和倾转旋翼构型，则分别部分或完全通过倾转旋翼实现飞行器垂直起降。

当前AAM飞行器仍以eVTOL飞行器为主，其中主要用于客运场景的eVTOL飞行器构型、座级、航程、巡航速度大致关系如上图所示。

多旋翼构型eVTOL飛行器

多旋翼eVTOL飞行器因在飞行中几乎无法利用气流产生升力，航程和巡航速度最小，但设计和维护简单，载客量通常为1～2人。当前除德国沃珑空泰VoloCity、中国亿航EH216S仍采用该构型作为客运AAM飞行器产品外，其余多旋翼eVTOL飞行器大多被用于货运、巡检、搜救等场景。而似乎意识到多旋翼构型的局限性，沃珑空泰、中国亿航均在2022年夏秋之季加快推出复合构型eVTOL飞行器VoloRegion和VT30，用于对载荷、航程等有更高要求的客运场景。

VoloCity型飞行器整机高2.8米、外直径9.3米，机身上方均布18个直径约2米的旋翼，最大起飞重量 900千克；2019年7月完成欧洲航空安全局（EASA）为eVTOL飞行器制定的适航标准特殊条款要求；2021年11月完成从意大利莱昂纳多达芬奇机场到罗马市中心往返飞行，全程约35千米，用时仅20分钟，显示了eVTOL飞行器相比于传统交通工具的惊人效率；当前正积极为2024年法国巴黎奥运会期间开通商业化试运营线路做最后冲刺。

EH216S型飞行器整机高1.86米、外直径5.63米，机身下方均布6组直径约1.4米的旋翼，最大起飞重量约870千克；2018年起多次与广州黄埔、广西贺州、福建福州等地方政府合作，开展公安巡检、疫情防控、旅游观光等任务；2022年2月由中国民航局正式确定型号合格审定基础；2022年1月获日本空中交通数字平台公司AirX株式会社预售订单，且该机有望为2025年世博会提供客运服务。

倾转旋翼构型eVTOL飞行器

倾转旋翼eVTOL飞行器具有垂起、平飞和过渡3种工作状态，其中前两种状态中，全机旋翼产生的气动力能够完全转换为垂直升力或水平推力，因而能够获得较大的航程和航时；但同时结构和机械设计最为复杂、维护较困难、对飞控算法要求较高。该构型的典型代表产品有美国乔比公司的S4和德国百合公司的Jet型飞行器，此外美国欧沃爱公司的Butterfly、意大利莱昂纳多公司Project Zero提供了较为独特的倾转旋翼eVTOL飞行器样本。

S4型飞行器机长6.4米，翼展11.6米，结构重量2.177吨，共有6个（前4、后2）直径2.7米的倾转旋翼，是当前已公开获得资金规模最大、适航取证进度最快、商业化程度最高的AAM飞行器之一。该机于2019年完成全尺寸样机首飞，2021年完成首架量产型原型机试飞，2020年明确FAA G-1第4阶段适航认证基础。此外，原计划于2024年完成FAA型号认证，由于 2022年5月FAA对eVTOL飞行器型号认证程序做出调整，该计划推迟至2025年。

Jet型飞行器目前已有5座、7座两种较成熟改型，其中7座改型机长8.5米，翼展13.9米，结构重量未公开，各改型均采用36个（前12、后24）电动涵道风扇的eVTOL飞行器。该机于2019年5月完成首架5座级原型机首飞，2022年4月开始在西班牙ATLAS飞行试验中心进行7座级原型机试飞。

Butterfly型飞行器采用了欧沃爱公司前身（卡雷姆飞行器公司）在与美国国防部、美国空军多年合作项目中发展出的“最优转速倾转旋翼”（OSTR）技术，采用4个直径约6.1米的硕大旋翼，以显著低于其他同构型飞行器旋翼的转速实现飞行器起降；Project Zero型飞行器运用莱昂纳多公司在直升机桨叶独立控制（IBC）技术上丰富的技术积累，仅用2个倾转涵道风扇实现对飞行器的稳定操控。

复合构型eVTOL飞行器

复合构型将升力和推（拉）力旋翼完全分开，分别在起降状态和平飞状态工作，同时具有两种旋翼同时工作的过渡状态。由于升力推力解耦，设计和操控简单、易于维护，是当前数量最庞大的eVTOL飞行器构型。然而，平飞状态下升力旋翼停转成为死重，使航程和航时通常低于倾转旋翼飞行器；但由于外形设计容易融合固定翼，充分利用平飞时的气流产生动力，因而航程和航时通常优于多旋翼飞行器。该构型较为典型的代表有美国维斯克公司的Cora、德国沃珑公司的VoloRegion、中国峰飞公司的Prosperity I（盛世龙）。此外，欧洲空客公司的CityAirbus NG、美国琼特公司的Journey飞行器则提供了较为独特的复合构型eVTOL飞行器样本。

Cora型飞行器是维斯克公司的第5代eVTOL飞行器产品，机长6米、翼展11米，具有12个升力旋翼、1个尾部推力旋翼。该机于2017年完成无人驾驶飞行试验，2020年2月开始在新西兰进行试运营前的更多系列飞行试验。2022年10月，维斯克公司公布第六代混合构型eVTOL飞行器产品（G6），此后维斯克公司对Cora的定位则更像技术验证机，而发展重心则转向G6。

VoloRegion型飞行器原名VoloConnect（2022年10月正式改名），是沃珑空泰公司最新推出的复合构型eVTOL飞行器，尺寸未公开（估测高2.5米、翼展9米），具有6个升力旋翼、2个尾部推力涵道旋翼，已于2022年6月首飞。

Prosperity I（盛世龙）全机高3.3米，翼展12.8米，具有8个升力旋翼、1个尾部推力旋翼，于2022年1月和6月分别对全尺寸验证机完成飞行模式转换试验和完整飞行试验。其货运改型CarryAll（凯瑞欧/ V2000CG）的无人驾驶航空器的型号合格证申请于2022年9月正式得到中国民航局受理，开始进入适航认证的环节。

此外，空客最新推出的CityAirbus NextGen（NG）型eVTOL飛行器，其尾部两个旋翼具有固定且朝向地面的倾角，可同时产生推力和升力。但从航程和巡航速度等性能来看，NG飞行器与典型复合构型eVTOL飞行器更接近；从飞控角度来看，尾部两旋翼产生的推力和升力仍能较容易解耦；从各个旋翼作用来看，尾部两旋翼显著区别于其他旋翼。因此应将NG视作复合式eVTOL飞行器。琼特Journey飞行器则创新性地在传统直升构型上添加了1对机翼和4个推力旋翼，尽管其采用了混合动力能源形式，但仍然有可能为复合构型eVTOL飞行器带来新的总体设计思路。

混合构型eVTOL飞行器

混合构型eVTOL飞行器部分旋翼转轴固定，成为升力/推力旋翼，其余旋翼转轴可倾转，是当前产品数量仅次于复合构型的eVTOL飞行器构型。从现有主要产品的性能数据看，混合构型飞行器通常有着更接近复合构型飞行器的航程（小于倾转旋翼）和更接近倾转旋翼飞行器的飞行速度（高于复合构型）。该构型较为典型的飞行器产品有美国阿彻公司的Maker、美国维斯克公司的G6和英国垂直公司的VX4。

Maker型飞行器于2021年12月首飞，并完成了FAA G-1适航条例认证基础的符合要求。然而，维斯克公司从2022年初开始转变产品思路，主推其最新研制的Midnight型eVTOL飞行器，后者几乎是Maker的放大版，两者具有相同的构型和气动布局，以及相近的航程和巡航速度，但Midnight尺寸和载客量更大。Midnight于2022年年初完成悬停飞行试验；2022年6月开始进行系列常规飞行试验。G6是维斯克公司继Cora之后推出的第6代飞行器产品，当前正在进行系列飞行试验。阿彻的Maker/Midnight与维斯克的G6具有非常接近的动力系统形式，均采用6个倾转旋翼和6个升力旋翼。

S/CTOL飞行器

相比于eVTOL，eS/CTOL飞行器虽然使用灵活性有所降低，但航程、航时、起飞重量等均有显著提升，更适合城乡和城际间的客货运输，甚至能够承担起部分支线飞行器任务。运输距离的提升需要提高载客量来保证经济性，这一方面对飞行器动力系统的储能总量、功率提出了更高要求，使得油电混合、氢电混合的动力方案常被考虑；另一方面对飞行器巡航过程中的增升减阻提出了更高要求，使得常规气动布局成为主流。由于现有适航管理体系对常规布局的飞行器认证较为完善、成熟，因此S/CTOL飞行器很可能率先实现商业化，进入城际间AAM客货运输场景。

较为典型的eS/CTOL飞行器包括美国伊莱卡公司的客机（无官方命名）、以色列和新加坡合资公司翼威的Alice、瑞士心宇航（Heart Aerospace）公司的ES-30等。较为典型的混合动力S/CTOL飞行器包括换装发动机的ATR 42/72和“冲”8等。

伊莱卡公司推出的飞行器具有8个电机，分别独立驱动8个旋翼，有效载荷1.134吨，载客9人，有效航程740千米（保留45分钟应急飞行能力），巡航时速324千米，起飞滑跑距离约91米、起降所需最低飞行时速约48千米。该公司通过美空军“敏捷至上”以及与洛马公司的合作，发展了一套利用分布式电动旋翼加速机翼上表面气流从而为飞行器增升减阻的技术，命名为“气流增升”（Blown Lift）。2021年，伊莱卡收购美国气流（Airflow）公司，避免了与最主要的竞品Model-200飞行器争抢市场。截至2022年11月，已与包括布瑞斯托、flyv、Yugo、skyportz等公司共簽署了900余架飞行器意向订单。据伊莱卡公司透露，飞行器可能会分为纯电动版和混动版本，但具体的混动推进方案未见细节披露。

ATR 42和ATR 72是法国-意大利合资飞行器制造商ATR公司在1985年前后推出的经典涡桨支线飞行器，以其出色的飞行性能和低油耗特性，在同类型飞行器产品中占垄断地位并保持至今。2021年10月，爱尔兰航空集团（ASL）与环球氢能公司（UH2）签订意向书，为后者提供1架ATR 72飞行器作为验证机，用于测试其正在研发中的氢电混合动力系统。该系统具有模块化设计特点，有望在未来扩展应用于“冲”8等更多型号的支线飞行器。