新能源飛行器發(fā)展白皮書(shū)連載一：綠色航空的必然選擇

隨著全球?qū)G色航空的迫切需求，新能源飛行器正成為航空產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量。《新能源飛行器發(fā)展白皮書(shū)（2024）》深入剖析了其發(fā)展必要性、定義、分類、關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展規(guī)劃。本刊將連載白皮書(shū)的核心內(nèi)容，以期與讀者共同關(guān)注這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的前沿趨勢(shì)與未來(lái)發(fā)展。

定義與分類

新能源飛行器的定義

新能源飛行器是以實(shí)現(xiàn)未來(lái)零碳排放飛行為自標(biāo)，使用電、氫能等新型能源來(lái)減少航空運(yùn)輸業(yè)對(duì)污染大的化石能源依賴的綠色航空技術(shù)新型飛行器。新能源飛行器是滿足國(guó)防裝備建設(shè)、碳中和、航空電氣化等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的關(guān)鍵核心，應(yīng)符合以下條件：（1）全生命周期內(nèi)降低溫室氣體（以二氧化碳為主）排放；（2）對(duì)環(huán)境友好，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，保障生物多樣性；（3）具有技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性；（4）具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

新能源飛行器的分類

《中國(guó)大百科全書(shū)》將航空器（飛行器）分為氣球、飛艇、滑翔機(jī)、飛機(jī)、直升機(jī)、自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)和撲翼機(jī)共八類。無(wú)論是傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力還是電驅(qū)動(dòng)、氫能等新能源動(dòng)力，均遵循以上分類方式。傳統(tǒng)的民用航空范疇包括通用航空和公共航空運(yùn)輸兩種，近些年又催生出城市空運(yùn)、無(wú)人機(jī)作業(yè)等新應(yīng)用領(lǐng)域。從應(yīng)用場(chǎng)景的角度，新能源飛行器可粗略分為電動(dòng)垂直起降（eVTOL）飛行器、新能源通航飛機(jī)以及干支線飛機(jī)等，其中eVTOL飛行器又分為多旋翼、復(fù)合翼、傾轉(zhuǎn)旋翼等構(gòu)型。

eVTOL作為一種新式的飛行器，其在定義和分類上與傳統(tǒng)的直升機(jī)、無(wú)人機(jī)之間有著密不可分的聯(lián)系，同時(shí)也極易被混淆。從航空行業(yè)的視角來(lái)看，電動(dòng)垂直起降（eVTOL）飛行器可以拆分為“電動(dòng)”和“垂直起降”兩個(gè)屬性，前者表示動(dòng)力來(lái)源，后者表示飛行能力。垂直起降飛行器和直升機(jī)可以看作是同一類產(chǎn)品的不同表述形式，直升機(jī)不只有常見(jiàn)的“單旋翼 + 尾槳”構(gòu)型，也有多旋翼、傾轉(zhuǎn)旋翼和復(fù)合翼等構(gòu)型，一般認(rèn)為eVTOL和直升機(jī)的區(qū)別主要在于動(dòng)力方式的不同。FAA將具有飛機(jī)和直升機(jī)特性的飛行器定義為“動(dòng)力升降”類飛機(jī)，其中就包括eVTOL飛行器。

eVTOL和無(wú)人機(jī)的核心區(qū)別在于是否有“人”，而與構(gòu)型、尺寸等因素?zé)o關(guān)。一般認(rèn)為有人駕駛或者載人的飛行器屬于eVTOL，無(wú)人駕駛且同時(shí)載物的飛行器屬于無(wú)人機(jī)。另一個(gè)極易被混淆的概念是eVTOL和飛行汽車。飛行汽車作為一種特殊的eVTOL飛行器，其核心特征是可以同時(shí)滿足地面行駛和空中飛行兩種功能，具備汽車和飛行器的雙重屬性。飛行汽車也分為常規(guī)起降構(gòu)型和垂直起降構(gòu)型兩種，前者早在上世紀(jì)就推出過(guò)多個(gè)產(chǎn)品，和eVTOL無(wú)直接關(guān)系，后者伴隨著近些年電動(dòng)航空技術(shù)的發(fā)展逐漸興起，屬于eVTOL的一個(gè)分支。

除了從應(yīng)用場(chǎng)景和構(gòu)型的角度進(jìn)行分類，還可以針對(duì)新能源飛行器的能源和動(dòng)力方式進(jìn)行分類。新能源飛行器從能量來(lái)源的角度可分為電能飛行器、氫/氨能飛行器和可持續(xù)航空燃料飛行器，其中電能飛行器的能量來(lái)源包括作為儲(chǔ)能裝置的動(dòng)力電池和作為能量轉(zhuǎn)化裝置的太陽(yáng)能電池，氫/氨能飛行器的能量來(lái)源是氫和氨燃料。新能源飛行器從動(dòng)力來(lái)源的角度可分為電動(dòng)飛行器、氫/氨動(dòng)力飛行器和可持續(xù)航空燃料飛行器，電動(dòng)飛行器是所有以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力來(lái)源的飛行器的總稱，電動(dòng)機(jī)的電力來(lái)源可以是動(dòng)力電池和太陽(yáng)能電池，也可以是氫和氨燃料電池。氫/氨動(dòng)力飛行器只包含將氫和氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的飛行器，其范圍要小于剛才提到的氫/氨能飛行器。另外，使用可持續(xù)航空燃料的飛行器單獨(dú)歸為一類，以上分類方式暫不包括核動(dòng)力、飛輪儲(chǔ)能等應(yīng)用前景尚不明朗的航空動(dòng)力方案。

發(fā)展必要性新能源飛行器是航空產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)綠

色發(fā)展的必然選擇

從第一架飛機(jī)發(fā)明到現(xiàn)在有超過(guò)100年的歷史，飛機(jī)對(duì)擴(kuò)大人類的活動(dòng)空間、加快社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和節(jié)約人類交流的時(shí)間起到了極大的推動(dòng)作用，但帶來(lái)許多便利的同時(shí)也對(duì)人類賴以生存的環(huán)境造成了危害。全球航空業(yè)快速發(fā)展對(duì)環(huán)境造成的危害主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：首先飛機(jī)飛行帶來(lái)的化石燃料廢氣排放必然導(dǎo)致空氣污染；其次由于發(fā)動(dòng)機(jī)排放的溫室氣體必然加速全球變暖，導(dǎo)致更嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題；最后在飛機(jī)起飛和降落時(shí)，巨大的噪聲會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)附近的生產(chǎn)生活帶來(lái)影響。研究表明，目前航空運(yùn)輸業(yè)碳排放量約占全球碳排放總量的2.5%～4% ，隨著航空旅客量的快速增長(zhǎng)，民航正在成為碳排放上升勢(shì)頭最快的行業(yè)。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，世界航空運(yùn)輸旅客周轉(zhuǎn)量大約15年翻一番，預(yù)計(jì)今后20年將以每年 4.6% 左右的速度持續(xù)增長(zhǎng)。按照旅客周轉(zhuǎn)量的增長(zhǎng)速度，2050年航空業(yè)的二氧化碳排放量將達(dá)到18億噸，較2022年水平增長(zhǎng)超三倍，航空運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的壓力持續(xù)增大，如何緩解飛機(jī)對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。

根據(jù)相關(guān)分析數(shù)據(jù)，飛機(jī)航空燃料的燃燒是航空運(yùn)輸業(yè)碳排放的首要來(lái)源，達(dá)到了航空運(yùn)輸業(yè)碳排放總量的79% 。航空燃料燃燒的碳排放大多由窄體和寬體干線飛機(jī)產(chǎn)生，分別占了 43% 和 37% ；貨運(yùn)飛機(jī)次之，占比為 15% ：支線飛機(jī)的碳排放占比為 5% ；而通航飛機(jī)的占比最少，僅為 0.02% 。從減少航

36|無(wú)人機(jī)2025No.3/總第128期空碳排放的角度來(lái)說(shuō)，降低飛機(jī)燃料燃燒的碳排放是航空綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵，尤其是要減少以干支線航班為主的民航運(yùn)輸碳排放。

如果不采取任何措施，我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)碳排放可能會(huì)以 14.8% 的年均增幅持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)預(yù)測(cè)，通過(guò)改善氣動(dòng)布局和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、使用綠色材料、提高航空燃料生產(chǎn)工藝、優(yōu)化機(jī)隊(duì)結(jié)構(gòu)、提升空管運(yùn)行效率等多種手段，可以實(shí)現(xiàn)29% 的中等幅度降碳減排，但距離2060年碳中和目標(biāo)仍有較大的差距。使用新能源技術(shù)是實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展目標(biāo)的必然選擇，新能源飛行器的大規(guī)模應(yīng)用以及電、氫等能源的綠色生產(chǎn)可以貢獻(xiàn) 71% 的減碳指標(biāo)。

新能源飛行器是我國(guó)追趕世界航空強(qiáng)國(guó)的重要領(lǐng)域

近年來(lái)，作為世界航空業(yè)先進(jìn)水平的代表，美國(guó)和歐洲多家飛行器制造商與科研機(jī)構(gòu)高度關(guān)注新能源飛行器研究。NASA于2015年提出了電動(dòng)飛機(jī)發(fā)展路線圖，在多條技術(shù)路線同步開(kāi)展研究。空客公布了三款ZEROe氫動(dòng)力概念機(jī)，目標(biāo)在2035年前推出全球首款零排放商用飛機(jī)，目前已完成兆瓦級(jí)氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的地面試驗(yàn)，同時(shí)聯(lián)合賽峰、達(dá)索等公司啟動(dòng)VOLCAN計(jì)劃，以A319Neo飛機(jī)為載體促進(jìn)可持續(xù)航空燃料的大規(guī)模應(yīng)用。霍尼韋爾持續(xù)開(kāi)發(fā)電動(dòng)航空市場(chǎng)，AAM（先進(jìn)空中交通）部門(mén)已獲得超100億美元訂單。Archer和Joby公司在美軍“敏捷至上”項(xiàng)目的資助下開(kāi)始交付eVTOL飛行器。ZeroAvia完成多尼爾228氫燃料電池改裝飛機(jī)試飛。新能源飛行器已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家掀起了發(fā)展熱潮。

我國(guó)在新能源飛行器領(lǐng)域也開(kāi)展了多項(xiàng)技術(shù)與產(chǎn)品研究工作。在能源動(dòng)力領(lǐng)域，依托電動(dòng)汽車行業(yè)，商用鋰電池能量密度已超過(guò)250Wh/kg，寧德時(shí)代發(fā)布的凝聚態(tài)航空電池能量密度號(hào)稱可達(dá)500Wh/kg，躋身世界前列，并與商飛成立合資公司商飛時(shí)代，共同開(kāi)展電動(dòng)飛機(jī)研發(fā)；在小型載人新能源飛行器領(lǐng)域，遼寧通用航空研究院研制的銳翔系列電動(dòng)飛機(jī)RX4E，深圳億航公司研制的EH216-S，上海峰飛公司研制的V2000CG均已取得突破性進(jìn)展，其中億航EH216-S在2023年10月獲得了中國(guó)民航局頒發(fā)的全球首張載人eVTOL飛行器型號(hào)合格證，峰飛V2000CG貨運(yùn)型在2024年3月獲得全球首張噸級(jí)以上eVTOL飛行器型號(hào)合格證；在新能源商用飛機(jī)領(lǐng)域，中國(guó)航空研究院、航發(fā)608所、北航、西工大等研究機(jī)構(gòu)和高校開(kāi)展了新概念布局和關(guān)鍵技術(shù)研究，聚焦總體布局方案、電推進(jìn)系統(tǒng)、超導(dǎo)動(dòng)力傳輸?shù)戎攸c(diǎn)研究方向。

全球航空產(chǎn)業(yè)由于高門(mén)檻、高依存度、高投入/高附加值的特點(diǎn)，行業(yè)壁壘極高，先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯，領(lǐng)頭企業(yè)具有較強(qiáng)的壟斷地位。我國(guó)的航空產(chǎn)業(yè)起步較晚，在技術(shù)儲(chǔ)備、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、市場(chǎng)份額、品牌價(jià)值、標(biāo)準(zhǔn)與法律制定等方面明顯落后于歐美航空強(qiáng)國(guó)，很難在短期內(nèi)縮短傳統(tǒng)化石能源航空產(chǎn)業(yè)的差距。以新能源飛行器為代表的全球航空產(chǎn)業(yè)“綠色低碳”轉(zhuǎn)型是我國(guó)航空產(chǎn)業(yè)的重大機(jī)遇，有望打破歐美航空強(qiáng)國(guó)的壟斷地位，解決國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)“卡脖子”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“換道超車”

新能源飛行器面臨良好的國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和發(fā)展機(jī)遇

截至目前，已有超過(guò)30家國(guó)內(nèi)整機(jī)研制企業(yè)進(jìn)入新能源飛行器領(lǐng)域，億航、峰飛等企業(yè)研發(fā)的eVTOL飛行器達(dá)到世界先進(jìn)水平，中國(guó)航空研究院、中國(guó)航發(fā)研究院、商飛北研、北航、南航、西工大等單位陸續(xù)開(kāi)展新能源飛行器關(guān)鍵技術(shù)探索。我國(guó)新能源汽車、軌道交通等行業(yè)快速發(fā)展，培育了一批有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的電池、電機(jī)及控制器企業(yè)，相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以有效提升我國(guó)新能源飛行器產(chǎn)業(yè)鏈的整體競(jìng)爭(zhēng)力，電池產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)寧德時(shí)代已經(jīng)與商飛成立合資公司商飛時(shí)代，共同進(jìn)軍新能源飛行器領(lǐng)域。整體來(lái)看，我國(guó)新能源飛行器發(fā)展具備良好基礎(chǔ)。

我國(guó)龐大的市場(chǎng)需求提供了足夠的內(nèi)需動(dòng)力，低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的后發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯，尤其是在航空物流配送、城市空中交通等新興領(lǐng)域具有全球獨(dú)一無(wú)二的市場(chǎng)需求。另外，隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)和能源危機(jī)意識(shí)的增強(qiáng)，以及低空空域的逐步開(kāi)放，新能源飛行器具有廣闊的市場(chǎng)前景。

國(guó)家機(jī)關(guān)和地方政府頒布了多項(xiàng)政策文件支持新能源飛行器的發(fā)展。2023年10月，工信部等四部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023-2035年）》，部署我國(guó)綠色航空產(chǎn)業(yè)“換道超車”的新任務(wù)和新路徑。12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議明確將低空經(jīng)濟(jì)作為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，提出打造和大力發(fā)展低空經(jīng)濟(jì)，開(kāi)辟產(chǎn)業(yè)新賽道。深圳、合肥、長(zhǎng)沙等城市相繼出臺(tái)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策，億航、峰飛等企業(yè)在政策支持下逐步開(kāi)展城市空運(yùn)試點(diǎn)運(yùn)行。在國(guó)家的鼓勵(lì)和支持下，我國(guó)新能源飛行器產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入快速發(fā)展階段。

（相關(guān)重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)將在第4期進(jìn)行連載，敬請(qǐng)關(guān)注。）