《機械設備行業低空經濟系列報告三:動力系統方案討論電機電控飛行汽車動力核心國內供應商稀缺-240711(35頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《機械設備行業低空經濟系列報告三:動力系統方案討論電機電控飛行汽車動力核心國內供應商稀缺-240711(35頁).pdf(35頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、行業及產業 行業研究/行業深度 證券研究報告 機械設備 2024 年 07 月 11 日 電機電控:飛行汽車動力核心,國內供應商稀缺 看好低空經濟系列報告三:動力系統方案討論 證券分析師 王珂 A0230521120002 戴文杰 A0230522100006 李蕾 A0230519080008 劉建偉 A0230521100003 研究支持 胡書捷 A0230122070007 聯系人 胡書捷(8621)23297818 本期投資提示:低空經濟產業:政策大力支持,產業穩定加速發展。2024 年 3 月,政府工作報告提出,要積極打造低空經濟等新增長引擎。隨后,多地發布支持低空經濟的相關政策,低
2、空經濟進入發展快車道。電動垂直起降飛行器(eVTOL)為低空領域主要產品形態,其驅動方式和能源形式發生變化。電機電控:核心動力系統,各家方案存在差異。分布式電推進系統(DEP)技術使得飛行器的構型突破了傳統架構的限制,eVTOL 機型設計多樣化,其采取的動力結構、數量、分布、性能參數存在較大區別。本文對三大主流 eVTOL 構型及其驅動方案進行梳理,例如選擇多旋翼構型的億航 EH216,Volocopter Volocity;復合翼構型的空客CityAir Bus、峰飛;矢量推力構型的 Joby S4,Lilium Jet、沃飛長空等。市場空間:價值量占比高,未來潛在空間巨大。參考 Liliu
3、m 公司的 eVTOL 的成本結構,推進系統占比 30%以上,結合新能源汽車電機占比 10%,估計 eVTOL 電機成本占比約 10%;由于航空飛機對于安全性要求極高,為了保證故障率降低到要求范圍內,全生命周期內通常要更換 3 次電機;市場規模參考 Roland Berger 較為保守的預測數據,預計 2030/2040/2050 年全球 eVTOL 電機市場規模將達到 42/357/1890 億元。進入壁壘:性能要求嚴苛,研發驗證周期更久。電驅系統是 eVTOL 的核心動力來源,對于飛機性能至關重要,電機的可靠性、安全性和環境適應性要求大幅提升。eVTOL 電機的進入壁壘遠高于汽車行業,難點
4、包括材料、設計、政策和應用等方面。競爭格局:格局較為集中,自研與第三方共存。eVTOL 電機電控參與者包括主機廠自研自制與第三方供應商。但進入壁壘高于新能源汽車,競爭格局更為集中。1)主機廠自研:由于電機電控需隨機型適航,億航智能,Joby 等選擇自研或自制電機電控;2)大部分主機廠選擇與深耕行業多年、經驗豐富的第三方供應商合作開發電驅系統,如Lilium 與霍尼韋爾,賽峰與時的科技,臥龍電驅與商飛、沃飛等?;旌蟿恿Γ簭浹a純電劣勢,續航能力優勢明顯,是低空飛行的另一種解決方案。純電驅動的效率高,但能量密度低,針對中長距離的低空出行,還不具備可行性?;旌蟿恿ψ鳛榧冸姺绞降难a充,其性能和前景類似于
5、新能源汽車混合動力。全球多家飛機制造商,如波音、空客、巴西航空工業公司,以及羅羅、西門子、美國宇航局等選擇這一方向。但目前相關產品較少,瓶頸主要來自于技術難度、成本、市場需求和政策導向等方面。相關標的:1)臥龍電驅:全球領先的電機制造商,前瞻布局低空經濟賽道;2)英搏爾:新能源汽車動力系統,具備技術遷移能力;3)宗申動力:深耕發動機領域,推出系列航空動力產品;4)應流股份:航空零部件及裝備制造商,產品出口歐美多家企業。風險提示:政策效果不及預期風險、市場競爭加劇風險、技術突破、研發和商業化進程不及預期風險。請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披
6、露與聲明 第2頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 投資案件 結論和投資分析意見 政策推動下低空經濟產業加速發展,電機電控作為 eVTOL 核心零部件,具有功能關鍵、價值量高、壁壘高、競爭格局優等特點,未來將極大受益于產業發展,建議關注這一環節的投資機會。相關標的:1)臥龍電驅:全球領先的電機制造商,前瞻布局低空經濟賽道;2)英搏爾:新能源汽車動力系統,具備技術遷移能力;3)宗申動力:深耕發動機領域,推出系列航空動力產品;4)應流股份:航空零部件及裝備制造商,產品出口歐美多家企業。原因與邏輯 1)市場空間:政策大力支持,產業穩定加速發展。電機電控作為飛機核心動力系統,價值量占比高,未來潛在空間巨大
7、,保守預計預計 2030/2040/2050 年全球eVTOL 電機市場規模將達到 42/357/1890 億元;2)進入壁壘:性能要求嚴苛,eVTOL 電機的可靠性、安全性和環境適應性要求大幅提升,研發驗證周期更久,進入壁壘遠高于汽車行業;3)競爭格局:格局較為集中,少數設計和制造能力較強的主機廠自研,大部分主機廠選擇與深耕行業多年、經驗豐富的第三方供應商合作開發電驅系統;4)混合動力:彌補純電劣勢,續航能力優勢明顯,是低空飛行的另一種解決方案。有別于大眾的認識 市場認為電機電控的壁壘較低,對未來的競爭格局和盈利水平存在擔憂。我們認為航空電驅系統的壁壘高,對于安全性、可靠性、功率密度和效率要
8、求極高,相比電動車的技術門檻和客戶門檻大幅提升。新進入者面臨數年的開發和投資周期,目前有產品和技術儲備的公司有先發優勢,待行業爆發時將首先受益。市場對新興的飛行汽車領域技術層的認知較少,更多圍繞著應用場景和政策展開討論,認知還處于萌芽期。本篇報告詳細梳理了核心動力系統-電機電控環節的情況,包括電機類型、下游要求、技術壁壘、各類構型 eVTOL 的應用情況,以及混合動力方式的優劣勢等,從而加深市場對 eVTOL 的認知,便于把握其未來發展方向。bUaVcWfV9W8XaYaY8OcM9PpNoOoMmQjMnNsNkPrQsPbRrRzQNZmPpOxNsRtN 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后
9、的各項信息披露與聲明 第3頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 1.低空經濟:動力系統變革,產業發展迅速.7 1.1 低空經濟:政策大力支持,產業穩定加速發展.7 1.2 構型設計:三大主流構型,產品形態百花齊放.8 1.3 電機電控:核心動力系統,各家方案存在差異.10 1.4 市場空間:價值量占比高,未來潛在空間巨大.16 2.競爭格局:壁壘和門檻高,競爭格局更優.19 2.1 進入壁壘:性能要求嚴苛,研發驗證周期更久.19 2.2 橫向對比:相比汽車行業,性能要求大幅提升.21 2.3 競爭格局:格局較為集中,自研與第三方共存.23 3.混合動力:低空飛行的另一種解決方案.25 3.1 混合
10、動力:彌補純電劣勢,續航能力優勢明顯.25 3.2 產業進展:目前玩家較少,處于早期研發階段.29 4.投資提示.31 4.1 產業鏈相關公司梳理.31 4.2 相關標的公司估值表.33 5.風險提示.34 目錄 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第4頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖表目錄 圖 1:分布式電推進系統結構.7 圖 2:NASA X57-Maxwell 采用分布式電推進系統.7 圖 3:eVTOL 旋翼與傳統直升機旋翼復雜度對比.8 圖 4:eVTOL 部分構型結構俯視圖.8 圖 5:eVTOL 機型總結為三種主流構型.9 圖 6:億航 EH216 型號 e
11、VTOL.11 圖 7:Volocopter Volocity 型號 eVTOL.11 圖 8:小鵬匯天 X2 型號 eVTOL.12 圖 9:零重力飛機工業 ZG-ONE 型號 eVTOL.12 圖 10:空中客車 CityAirBus NextGen.13 圖 11:西門子 SP200D 直驅電機.13 圖 12:BETA Alia 250 型號 eVTOL.13 圖 13:EVE Air Mobility 型號 eVTOL.14 圖 14:億航 VT-30 型號 eVTOL.14 圖 15:峰飛 V1500M 型號 eVTOL.15 圖 16:Joby S4 型號 eVTOL.15 圖
12、17:Joby S4 旋翼及電機特寫.15 圖 18:Lilium Lilium Jet 型號 eVTOL.16 圖 19:Lilium Jet 涵道風扇示意圖.16 圖 20:沃飛長空 AE200 型號 eVTOL.16 圖 21:2040 年全球 eVTOL 市場規模將超萬億美元.17 圖 22:不同構型每座最大起飛重量和成本對比.17 圖 23:三種型號 eVTOL 制造成本.17 圖 24:Lilium 公司的 eVTOL 構造.18 圖 25:Lilium 公司的 eVTOL 成本構成.18 圖 26:無刷直流電機(BLDC)結構示意圖.19 圖 27:永磁同步電機(PMSM)結構示
13、意圖.19 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第5頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 28:eVTOL 電機的技術壁壘.20 圖 29:eVTOL 從生產到運營的取證過程,億航智能歷時近 3 年.20 圖 30:eVTOL 與其他出行方式對比.21 圖 31:Joby S4 推進系統結構示意圖.22 圖 32:特斯拉 Model X 動力系統結構示意圖.22 圖 33:Joby 自研航電系統.22 圖 34:Joby 電機性能參數.24 圖 35:Archer 電機設計示意圖.24 圖 36:Honeywell|DENSO 電機.24 圖 37:magniX 350 電機
14、.24 圖 38:羅羅 EPU150 電機.25 圖 39:Safran ENGINeUSTM 智能電機.25 圖 40:HONDA 混合動力 eVTOL 結構和動力系統結構.26 圖 41:混合動力和純電動 eVTOL 續航及航程對比.26 圖 42:根據驅動原理的不同,混合動力包括串聯、并聯、串并聯、渦輪等方式.27 圖 43:不同動力類型的飛行器推進系統.28 圖 44:混合動力類型的最大起飛重量低.28 圖 45:混動和純電機型對比:飛行高度、飛行距離及載荷.29 圖 46:克萊因視覺 AirCar 型號.29 圖 47:吉利 Terrafugia TF-X 型號.29 圖 48:羅羅
15、公司飛行汽車概念機.30 圖 49:Elroy Air Chaparral 型號 eVTOL.30 圖 50:Elroy Air 混合動力架構.30 圖 51:臥龍產品覆蓋小、中、大三個功率等級航空電驅系統.32 圖 52:英搏爾的產品矩陣.32 表 1:三種主流 eVTOL 構型優劣勢.9 表 2:部分 eVTOL 機型的電機電控情況梳理.10 表 3:預計 2030 年全球 eVTOL 電機市場規模為 42 億元.18 表 4:當前市場主要航天電機型號及技術參數.23 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第6頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 表 5:部分其他混合動力飛行汽
16、車型號及技術類型.30 表 6:相關標的公司估值表.33 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第7頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 1.低空經濟:動力系統變革,產業發展迅速 1.1 低空經濟:政策大力支持,產業穩定加速發展 利好政策頻出,低空經濟穩步快速發展。2023 年 12 月,習總書記在中央經濟會議提出,要打造低空經濟等戰略新興產業;2024 年起無人駕駛航空器飛行管理暫行條例等相關法規正式實施;2024 年 3 月,政府工作報告提出,要積極打造低空經濟等新增長引擎。隨后,多地發布支持低空經濟的相關政策,低空經濟進入發展快車道。電動垂直起降飛行器(eVTOL)為低空領域
17、主要產品形態,其驅動方式和能源形式發生變化。低空領域飛行載具主要為工業級無人機以及載人飛行器兩類,其中,電動垂直起降飛行器(eVTOL)是載人飛行器是主要產品形態。eVTOL 使用分布式電推進系統,替代傳統飛機的燃氣渦輪發動機?!胺植际健笔侵笍膫鹘y的集中式大功率燃氣渦輪發動機推進改為總功率相同的若干小功率電機推進,“電推進”是指通過電動機驅動涵道式風扇、螺旋槳或者其他裝置產生動力,從而將電能轉化為機械能。圖 1:分布式電推進系統結構 圖 2:NASA X57-Maxwell 采用分布式電推進系統 資料來源:分布式電推進飛機背景下的永磁同步電機電流控制研究,申萬宏源研究 資料來源:NASA 官網
18、,申萬宏源研究 相比傳統直升機,eVTOL 具有結構簡單、效率、安全三方面的優勢。1)結構簡單:eVTOL 允許電氣系統架構良好地交互,而無需相對復雜的機械部件,相比現有直升機或飛機控制更為簡單;2)效率提升:eVTOL 允許飛機使用多個小型電機而不是一個大型電機,同時也允許機械結構增加電動機的總數,而無需犧牲重量。每個電機都能產生足夠的推力來補償其自身重量,其分布方式也使飛機能夠實現整個飛機的最佳推力分布。NASA 和 Joby Aviation 的研究表明,分布式電推進技術的功率水平已達到與直升機相似的水平,但效率幾乎是直升機的 3 倍;3)安全性高:eVTOL 包括一個由電動機、控制裝置
19、和電池結構組成的互連網絡,使整個飛機都具有冗余性,發生故障概率降低,安全性大幅提高。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第8頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 3:eVTOL 旋翼與傳統直升機旋翼復雜度對比 資料來源:A Study in Reducing the Cost of Vertical Flight with Electric Propulsion,申萬宏源研究 1.2 構型設計:三大主流構型,產品形態百花齊放 分布式電推進系統(DEP)技術使得飛行器的構型突破了傳統架構的限制,eVTOL機型設計多樣化,不同產品都有各自獨特的設計,產品形態百花齊放。圖 4:eV
20、TOL 部分構型結構俯視圖 資料來源:2022 eVTOL Design Short Course at SNU,申萬宏源研究 各類機型可總結為三大主流構型:多旋翼構型、復合翼構型、矢量推力構型/傾轉構型。根據保時捷咨詢和美國垂直飛行協會 2021 年對全球 eVTOL 制造商和機型的統計,行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第9頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 在 200 多個 eVTOL 型號中,40%為多旋翼構型,38%為矢量推力構型,22%為復合翼構型。1)多旋翼構型(Multirotor)飛行器是由多個旋翼提供升力,通過調整各旋翼轉速來控制姿態及訊飛,沒有固定翼或傾
21、轉旋翼。2)復合翼構型(Lift and Cruise)飛行器結合了多旋翼和固定翼的特點,垂直階段和水平階段使用不同的螺旋槳。在懸停和低速飛行時,飛機以垂直起降模式運行;在巡航時,由機翼提供升力,由水平推進螺旋槳提供向前的推力。3)矢量推力構型/傾轉構型(Vectored Thrust)飛行器有機翼和矢量推進器,推進器提供升力也幫助巡航,通過旋轉(矢量控制)推力點來實現。矢量推力可能通過以下幾種形式來實現:傾轉旋翼-旋翼可以改變角度;傾轉機翼-整個或部分機翼可以旋轉;旋轉涵道-涵道風扇可以傾斜來轉換方向等。圖 5:eVTOL 機型總結為三種主流構型 資料來源:保時捷咨詢,申萬宏源研究 旋翼配置
22、對飛機的航程、載荷、成本等方面有顯著影響,不同構型各有優劣。機翼可以實現更高的巡航速度和更長的飛行距離;旋翼則提供了更好的機動性、懸停效率和垂直起降能力,但轉子產生的升力會產生更多的阻力并產生更多的能量,從而降低飛行器的航程和有效負載能力。1)多旋翼機型航程較短、速度較低,結構簡單,技術實現難度低,成本較低、研發周期短;2)復合型航程和巡航速度較高,結構較為復雜,生產維護成本和技術難度相對較低,有效載荷低;3)矢量推力構型航程和巡航速度較高,有效載荷高,但傾轉機械和電控系統復雜,開發難度大,成本高。表 1:三種主流 eVTOL 構型優劣勢 構型 優勢 劣勢 多旋翼 作動盤大,懸停高效 操作性和
23、機動性高,適合城市內飛行 由于具有多個旋翼,自穩性相對較高 機械結構相對簡單,技術實現難度較低 受限于多個旋翼,能耗較高,限制了航程和續航能力 速度受限于空氣動力學特性的限制,無法實現高速飛行 螺旋槳開放性設計,噪音較大,在事故時對地面人員傷害較高 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第10頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 復合翼 航程和巡航速度較高,可以實現中遠距離出行及高速巡航 飛行控制系統和電控系統簡單,技術門檻相對較低 生產于維護成本和難度相對較低 垂直升力系統在平飛巡航時為“死重”,并產生額外阻力,有效載荷低;“死重”導致的推進系統動力低,爬升率和速度較低 矢量推力
24、 動力系統可在垂直起降和水平巡航之間轉換 航程和巡航速度較高,具有高速和長距離飛行能力 傾斜旋翼構型可在城市垂直起降并長距離高速巡航,適應多種出行需求 傾轉涵道構型氣動效率更高,增程潛力大;噪音相對更低,私密性高;在事故時對地面人員傷害較小 傾轉機械和電控系統復雜,開發風險和試飛難度較大 研制風險和成本較高,開發周期和適航認證過程相對較長 資料來源:保時捷咨詢,申萬宏源研究 1.3 電機電控:核心動力系統,各家方案存在差異 電機和電控系統是飛行器的核心動力單元,決定了飛機的能源利用率和推進效能,與旋翼的分布緊密相關。不同構型和不同產品的機型差異較大,采取的動力結構、數量、分布、性能參數存在較大
25、區別。我們對主流構型和具有代表性的機型進行梳理:表 2:部分 eVTOL 機型的電機電控情況梳理 構型 型號 電機電控特點 多旋翼 億航 EH216 自研發電機,八軸十六翼結構 Volocopter Volocity 自研發電機,18 個旋翼采取圓形對稱布局,后部旋翼面有額外安定面,類似垂尾和平尾 小鵬匯天 X2 四軸八槳結構 零重力飛機工業 ZG-ONE 六軸六槳結構,整體設計以太空登陸艙為原型 復合翼 Airbus CityAirBus NextGen 結構包括一對固定翼,一個 V 型的尾翼和 8 個電驅旋翼,100 千瓦的西門子 SP200D 直驅電動機驅動 億航 VT-30 8+1 旋
26、翼布局,即八個垂起旋翼和一個水平推進翼。每個旋翼由一個電機驅動,并有一個倒 V 型設計的尾翼 BETA Alia 250 4+1 旋翼布局,包括四個垂起旋翼和一個水平推進翼,電機由 BETA 完全自主生產 峰飛 V1500M 8+2 旋翼布局,包括八個垂直旋翼和兩個水平推進翼 EVE Air Mobility 8+2 旋翼布局,包括八個安裝在吊桿的垂直旋翼和兩個安裝在后尾翼的水平推進翼 矢量推力型 Joby S4 完全自研的電機電控系統,6 個可傾斜旋翼 Lilium Jet 36 個可獨立控制的襟翼,每個襟翼內包含一個涵道式螺旋槳并以 1:2 的比例嵌入前翼和主翼,襟翼由集成的伺服單元旋轉
27、沃飛長空 AE200 八個可傾轉旋翼,采用了 X 型的尾翼設計 資料來源:各公司官網,申萬宏源研究 (1)多旋翼構型 eVTOL 多旋翼構型 eVTOL 由旋翼提供全部垂起和巡航動力,沒有機翼。以四軸八槳的多旋翼構型為例,垂直動力系統由 8 套垂起電機、電動調節系統、遠端電路單元(REU)、電機冷卻系統和螺旋槳組成。此構型的代表主機廠及飛行器型號包括:億航的 EH216S,德國 Volocopter 的 VoloCity,小鵬匯天 X2 和零重力航空的 ZG-One 等。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第11頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 1)億航 EH216 配備 8
28、 軸、16 個槳,每個電機驅動一個旋翼。億航 EH216S 是全球首個獲得適航認證的飛行汽車型號,其電機是由億航智能自主研發和生產。EH216 是一款八軸十六槳的構型,配備了 16 個電機,每個電機驅動一個旋翼,形成分布式電推進系統。每對同軸旋翼構成一個故障冗余系統,這兩個旋翼由兩個不同的電機驅動。當其中一個電機發生故障時,連接到該電機的螺旋槳會停止運轉,而連接到未損壞電機的螺旋槳則會提供通常由這一對同軸旋翼產生的全部推力。EH216 飛行時間約25 分鐘,最大載重 100 千克,最大速度 100 公里/小時,最大航程 35 公里。圖 6:億航 EH216 型號 eVTOL 資料來源:億航智能
29、官網,申萬宏源研究 2)Volocopter Volocity:圓形布局的 18 個電機,獨特安定面設計。德國的 Volocopter 所設計的 Volocity 配備了自主研發和生產的電機系統。其使用18 個電機采用圓形對稱布局驅動 18 個旋翼,與常多旋翼相比,其最大的特征是在后部旋翼面下方多了個安定面,類似垂尾和平尾。電機朝固定度傾斜安裝,電機座橫梁結構有翼型設計。用于降低巡航阻力,提高升阻比。Volocity 的續航時間約為 30 分鐘,航程約 35 公里。其最高速度可達到 110 公里/小時。圖 7:Volocopter Volocity 型號 eVTOL 資料來源:Volocopt
30、er 官網,申萬宏源研究 3)小鵬匯天 X2:四軸八槳設計,配備 8 個電機。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第12頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 小鵬匯天 X2 主要設計用于短途運輸,幫助緩解城市地面交通擁堵。X2 采用了四軸八槳的設計,配備了 8 個電動機,最大行速度 130 公里/小時,行時間約為 35 分鐘。圖 8:小鵬匯天 X2 型號 eVTOL 資料來源:小鵬匯天官網,申萬宏源研究 4)零重力飛機工業 ZG-ONE:小型六軸六槳多旋翼構型飛行器。零重力飛機工業成立于 2021 年 3 月,2022 年 5 月發布了主要用于旅游場景的第一代 eVTOL 產品
31、ZG-ONE。ZG-ONE 整體設計以太空登陸艙為原型,采用了六軸六槳的動力布局,可搭載兩人,最大續航里程 30 公里,續航時間 25 分鐘,巡航速度 75 公里/小時。圖 9:零重力飛機工業 ZG-ONE 型號 eVTOL 資料來源:零重力飛機工業官網,申萬宏源研究 (2)復合翼構型 eVTOL 飛行器結合了多旋翼和固定翼的特點,垂直階段和水平階段使用不同的螺旋槳。在起降階段使用垂直推力,在巡航階段使用水平推力,過渡階段兩者混合使用。這種構型具有高效巡航能力,因此受到眾多主機廠青睞,代表型號為:空中客車 CityAirBus NextGen,億航 VT30,峰飛 V1500M,沃蘭特 VE2
32、5 和 BETA Alia 250 等。1)空中客車 CityAirBus NextGen:八個旋翼由西門子特殊設計電機驅動。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第13頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 CityAirBus 機型設計獨特,包括一對固定翼,一個 V 型的尾翼和 8 個電驅旋翼,翼展長達 12 米,同時具備矢量推力、復合翼和多旋翼構型的特點。傳動系統由 8 個螺旋槳和 8 個定制設計的 100 kW 的西門子 SP200D 直驅電動機組成,其扭矩密度達到30Nm/kg。該機型最大起飛重量約 2.2 噸,續航里程 80 公里,巡航速度 120 公里/小時。圖 10:
33、空中客車 CityAirBus NextGen 圖 11:西門子 SP200D 直驅電機 資料來源:空客官網,申萬宏源研究 資料來源:西門子官網,申萬宏源研究 2)BETA Alia 250:4+1 旋翼。美國電動航空初創公司 Beta Technologies 成立于 2017 年,歷經三年推出首架飛機BETA Alia 250。BETA Alia 250 包含四個垂起旋翼、一個推進螺旋槳、一個高主拱翼、一個大 V 型尾翼,并有固定的四輪車輪式起落架。BETA Alia 250 配備 5 個電機,電機完全自主生產,確保完全為飛行器量身定制。BETA Alia 250 的最大起飛重量達到 2.
34、7 噸,續航里程約為 463 公里,巡航速度可達 270 公里/小時。圖 12:BETA Alia 250 型號 eVTOL 資料來源:Beta 官網,申萬宏源研究 3)EVE Air Mobility:8+2 旋翼布局,推進系統由多家大型供應商共同研發。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第14頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 巴西航空工業公司控股的電動飛機制造商 EVE Air Mobility 通過與多家供應商的合作,研發了一款復合型 eVTOL,供應商包括利勃海爾,泰雷茲和 Flexjet 等。飛機有八個垂起旋翼和兩個水平推進翼,航程大約 100 公里。圖 13:EV
35、E Air Mobility 型號 eVTOL 資料來源:EVE 官網,申萬宏源研究 4)億航 VT-30:8+1 旋翼布局,雙座載人復合構型。除了專注于城市內空中交通的 EH 216 機型外,億航在 2021 年推出長航距的雙座載人級復合構型 eVTOL。億航 VT-30 采用了八個垂起旋翼+水平推進翼+倒 V 型尾翼的結構,每個旋翼由一個電機驅動。VT-30 的最大航程為 300 公里,飛行時間為 100 分鐘。圖 14:億航 VT-30 型號 eVTOL 資料來源:億航智能官網,申萬宏源研究 5)峰飛 V1500M 盛世龍:8 垂直旋翼+2 水平推進翼。2021 年 9 月,上海峰飛首次
36、在珠海航展上展示了其自主研發的 V1500M 型號eVTOL。V1500M 共配有 10 個由單獨電機驅動的旋翼,包括 8 個垂直旋翼和 2 個水平推進翼。飛機的飛行距離達 250 公里,巡航速度為 200 公里/小時,最大起飛重量 200kg,最大載荷 350kg。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第15頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 15:峰飛 V1500M 型號 eVTOL 資料來源:峰飛官網,申萬宏源研究 3)矢量推力型:矢量推力構型 eVTOL 的推進器方向可以進行矢量控制。在起降和懸停階段,傾轉系統將旋翼置于垂直位置,飛行器類似于多旋翼飛行;在巡航階段,傾
37、轉系統將旋翼或機翼置于水平位置,飛行器相當于固定翼飛行;在過渡階段,傾轉系統將根據需要調節旋翼或機翼的角度。在垂直和水平階段共用一套螺旋槳,重量減輕,在航程、巡航速度和載重比方面優勢明顯。另一種矢量推力構型為傾轉涵道構型,該構型將裸露在外的風扇結構裝入涵道中,在動力可靠性、地面傷害烈度、噪聲控制、氣動效率等方面實現了更好的平衡。但矢量推進的傾轉機械結構對技術可靠性和飛行姿態控制要求高,適航認證難度高。Joby,Lilium,Wisk 等主機廠均采用了此構型作為主要設計。1)Joby S4:完全自研的電機電控系統,6 個可傾斜旋翼。Joby 作為 eVTOL 領域的頭部企業,其整機總體方案經過了
38、多種方案的迭代,最終確定為了現在的六傾轉旋翼型。Joby 完全自主研發了整套動力系統,包括電機、電池及航電電控。Joby 使用了 6 個傾斜旋翼,位于外側的 4 個旋翼與旋翼所在艙體機構一起傾斜,位于內側的 2 個旋翼采用獨特的連桿機構,使只有旋翼葉片傾斜而不會使旋翼所在艙體機構整個一起傾斜。其峰值功率達到了 236kW,可提供約 160 公里的航程和 320 公里/小時的飛行速度。圖 16:Joby S4 型號 eVTOL 圖 17:Joby S4 旋翼及電機特寫 資料來源:Joby 官網,申萬宏源研究 資料來源:Joby 官網,申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與
39、聲明 第16頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 2)Lilium Jet 推進系統包括多達 36 個涵道式螺旋槳。根據 Lilium 首席執行官介紹,Lilium Jet 的推進系統由 36 個可獨立控制的襟翼組成,每個襟翼內包含一個涵道式螺旋槳,12 個置于前翼,24 個置于主翼。每個襟翼由集成的伺服單元旋轉和驅動,以控制懸停和巡航飛行。涵道風扇與開放式螺旋槳相比,涵道和定子葉片的存在使得葉尖損失和渦流損失幾乎被消除,效率提高約 40%。Lilium Jet 的最大行程為 250 公里,最大行速度為 300 公里/小時,飛行時間為 60 分鐘。圖 18:Lilium Lilium Jet 型號
40、 eVTOL 圖 19:Lilium Jet 涵道風扇示意圖 資料來源:Lilium 官網,申萬宏源研究 資料來源:Lilium 官網,申萬宏源研究 沃飛長空 AE200:八旋翼矢量推力構型。AE200 是成都沃飛長空自主研發的 5-6 座矢量推力構型 eVTOL。動力系統包括 8 個可傾轉旋翼,最新試飛機型相較前期機型,新采用了 X 型的尾翼設計。飛機最大起飛重量達到 2500 千克,巡航速度可達 248 千米/小時,最大飛行高度為 1000 米,最大航程 200 千米。沃飛長空 AE200 在 2024 年 6 月 23日完成了全尺寸、全重量、全包線傾轉過渡等一系列公開飛行試驗的所有項目,
41、成為了中國首個完成此類試驗的 eVTOL 企業。圖 20:沃飛長空 AE200 型號 eVTOL 資料來源:沃飛長空官網,申萬宏源研究 1.4 市場空間:價值量占比高,未來潛在空間巨大 eVTOL 未來應用前景廣闊,商業化快速推進。2021-2022 年全球僅有數千萬美元訂單預付款,較為領先的玩家普遍預計在 2024-2025 年發布量產產品(部分已取得數十億美元訂單)。根據 Morgan Stanley 預測,預計 2026 年全球 eVTOL 市場規模將達到 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第17頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 619 億元,2040 年全球總體潛在
42、市場規模為 1 萬億美元,2050 年將達到 9 萬億美元,中國將是全球最大的城市空中交通市場,預計中國市場占到全球的 20%-25%。按具體應用領域進行拆分,根據 Morgan Stanley、德勤等預測,2040 年 eVTOL 全球市場中 52%為貨運物流,46%城市載人,3%為城際通航和軍政市場。圖 21:2040 年全球 eVTOL 市場規模將超萬億美元 資料來源:Morgan Stanley,申萬宏源研究 不同的技術路線/構型的機型,其成本的差異較大。根據論文Cost Analysis of eVTOL Configuration Design for an Air Ambulan
43、ces System in Japan,以生產 60架 eVTOL 為例,eVTOL 的生產成本包括 RDT&E(研究、開發、測試與評估)成本,制造成本(包括機身,航電和推進系統)以及額外成本(如降落傘),不同機型的總成本區別較大,制造成本約占總成本的 70%-75%。根據2022 eVTOL Design Short Course at SNU的研究結果,矢量構型中傾轉旋翼的最大起飛重量最高,約為 360-590 千克,平均成本也為所有構型中最高,約為 27-45 萬美元;其次為多旋翼、復合翼和涵道風扇構型;傾轉機翼構型最大起飛重量最小,約為 270-450 千克,平均成本為 21-35 萬
44、美元。圖 22:不同構型每座最大起飛重量和成本對比 圖 23:三種型號 eVTOL 制造成本 資料來源:2022 eVTOL Design Short Course at SNU,申萬宏源研究 資 料 來 源:Cost Analysis of eVTOL Configuration Design for an Air Ambulances System in Japan,申萬宏源研究 傾轉旋翼(純電動)多旋翼(混合動力)多旋翼(內燃機)傾轉旋翼(混合動力)多旋翼(純電動)復合構型(純電動)涵道風扇(純電動)傾轉翼(純電動)傳統直升機復合直升機飛行器成本 座最大飛行重量 座 行業深度 請務必仔細
45、閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第18頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 整個推進系統通常在 eVTOL 成本中占比 30%以上。以 Lilium 公司的 eVTOL 為例,根據官網介紹,Lilium 采用矢量推力構型,有 36 個分布式電機和 72 個電源模塊為飛行器提供能源和動力,采用霍尼韋爾的 3 個飛控計算機。在 eVTOL 的成本構成中,推進系統(電池、電機、電控)占比最高,為 40%,結構與內飾占比 25%、航電與飛控占比20%、能源系統占比 10%、裝配件占比 5%。圖 24:Lilium 公司的 eVTOL 構造 圖 25:Lilium 公司的 eVTOL 成本構成 資料來源:
46、Lilium 官網,申萬宏源研究 資料來源:Lilium 官網,申萬宏源研究 根 據 測 算,預 計 2030/2040/2050 年 全 球 eVTOL 電 機 市 場 規 模 將 達 到42/357/1890 億元。核心假設:根據 Roland Berger 預測,2030/2040/2050 年全球城市交通領域的 eVTOL 運營量分別為 5000 架/4.5 萬架/16 萬架,市場規模分別達到 20億/170 億/900 億美元;假設 2030/2040/2050 年 eVTOL 單價分別為 280 萬/264 萬/394 萬元,隨著技術水平提高、規模增加,成本將有所下降,但遠期隨著應
47、用場景向通航拓展,eVTOL 飛機的載人數量和平均單價將有所提高;參考 Lilium 公司的成本結構,以及新能源汽車的電機的價值量占比約為 10%,eVTOL 的結構構成與新能源汽車相似度較高,假設電機成本占比為 10%;由于航空飛機對于安全性要求極高,為了保證故障率降低到要求范圍內,飛機全生命周期內通常要更換 3 次電機。在政策推動之下,國內低空經濟呈現加速發展態勢,推動全球 eVTOL 行業快速發展,我們認為未來發展速度有望超過當前機構預測情況。表 3:預計 2030 年全球 eVTOL 電機市場規模為 42 億元 2030E 2040E 2050E 全球 UAM 規模(萬美元)20 17
48、0 900 全球 evtol 運營量(架)5000 45000 160000 單價(萬元)280 264 394 evtol 電機市場規模(萬元)14 119 630 如果電機在全生命周期內更換 3 次:evtol 電機市場規模(萬元)42 357 1890 資料來源:Roland Berger,申萬宏源研究 注:evtol 電機市場規模按美元匯率 7 來換算 推進系統,40%結構和內飾,25%航電和飛控,20%能源系統,10%裝配件,5%行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第19頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 2.競爭格局:壁壘和門檻高,競爭格局更優 2.1 進入壁壘:性
49、能要求嚴苛,研發驗證周期更久 電驅系統是 eVTOL 的核心動力來源,對于飛機性能至關重要。電機的功率密度直接影響著飛行汽車的有效載荷能力;電機的大范圍變工況動力輸出能力影響飛機的動力特性;電機的可靠性和環境適應性對飛機的安全性也有重要影響。eVTOL 電機主要有兩種類型:無刷電機和永磁同步電機。其中,無刷直流電機結構更簡單成本更低,更適合無人機使用;永磁同步電機效率高噪音低,適合 eVTOL 運用場景。1)無刷直流電機:由于省去了電刷和換向器,無刷直流電機具有效率高,維護成本低和壽命長等優點,但功率較小,適用于無人機;2)永磁同步電機:基本結構與無刷直流電機相同,但其使用編碼器測定轉子位置并
50、使用正弦波驅動電流。與無刷直流電機相比,具有更高、更平穩的扭矩、更高的效率和更低的噪音。并且其保持全扭矩的能力非常適合 eVTOL 在各階段的動力要求。因此在 eVTOL 中,使用永磁同步電機較為常見,如 Joby S4、Archer Midnight 等均采用了永磁同步電機。圖 26:無刷直流電機(BLDC)結構示意圖 圖 27:永磁同步電機(PMSM)結構示意圖 資料來源:Blauberg 官網,申萬宏源研究 資料來源:Blauberg 官網,申萬宏源研究 eVTOL 電驅電機的壁壘高,包括材料壁壘、設計壁壘、政策壁壘和應用壁壘等方面:eVTOL 運營環境更復雜,電機需要具有更好性能和更高
51、安全性。eVTOL 要求電機具有更高的功率密度,以在較小的尺寸和重量下提供足夠的推力,并由于 eVTOL 對冗余性的額外需求,電控系統需要具備冗余設計,能夠在部分系統失效的情況下繼續安全運行,以確保飛行安全。此外,由于航空級電機所處工作環境與新能源汽車不同,其對于不同環境如高低溫、濕熱、低溫低氣壓、鹽霧、臭氧、電磁兼容、振動等方面的要求較高。功率密度要求高,提升難度較大。航空推進電機需要更高功率密度,而功率密度的提升來源于電機的電磁結構設計,或者材料改進,包括更高耐溫極限的絕緣材料、更高磁能密度的永磁材料、更輕的結構材料,均存在較大挑戰。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第
52、20頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 28:eVTOL 電機的技術壁壘 資料來源:申萬宏源研究 eVTOL 市場尚處于起步階段,主機廠進入壁壘高、研發周期長、適航取證難度大,配套供應商同樣需要很長的研發和驗證周期。目前億航智能是全球首個同時取得型號合格證(TC)、生產合格證(PC)、適航證(AC)的公司,以億航智能為例,其 EH-216 最早于 2018 年 2 月公開載人首飛,2020 年 12 月向中國民航局遞交型號合格證申請,直到2023 年 10 月,歷時近 3 年時間才取得型號合格證。電驅系統作為核心動力單元,供應商需要在產品早期開發階段就開始配合主機廠進行設計和研發,并參與后續
53、適航取證過程,開發和驗證周期很長;同時電機供應商在航空行業經驗、航空級別的實驗室和試驗檢測設備、高功率密度電機技術基礎等方面也需要長時間和大量投入,才有機會得到下游主機廠認可。根據國際民航組織對于民用飛行器的相關認證資質許可,其中包括 D0160,D0178,D0254 等標準,電機作為設備需通過 DO160 環境實用性測試,電控系統需要通過 DO-178 標準認證,對國內外主機廠及零部件供應商要求較高。圖 29:eVTOL 從生產到運營的取證過程,億航智能歷時近 3 年 資料來源:民航局官網、中華人民共和國民用航空法、中華人民共和國適航管理條例,申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后
54、的各項信息披露與聲明 第21頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 2.2 橫向對比:相比汽車行業,性能要求大幅提升 受益于新能源汽車三點系統的技術外溢,eVTOL 推進系統發展迅速,但在技術要求、設計復雜性和應用場景上與新能源汽車相比仍有不同。(1)eVTOL 用于低空領域交通,對電機可靠性和安全性要求更高。eVTOL 飛行器主要用于城市空中交通、短途運輸和空中出租車服務,可靠性和安全性至關重要,飛行器及核心部件需要滿足航空級別的要求。相比之下,新能源汽車則主要用于地面交通,更注重高效的電能轉換、較長的續航里程和快速充電能力,在可靠性和安全性方面的冗余要求相對較低。eVTOL 通常配備多個電機(4
55、 個或更多),以實現分布式電推進系統,這不僅提高了飛行器的穩定性,還增強了其安全性。新能源汽車的電機數量通常為 1-2 個,多數乘用車采用單電機配置,而高性能或全驅車型可能采用雙電機或四電機配置。圖 30:eVTOL 與其他出行方式對比 資料來源:保時捷咨詢,申萬宏源研究 (2)eVTOL 所需電機電控系統性能要求更高。eVTOL 需要具備高效的垂直起降能力、穩定的懸停性能以及高效的巡航能力,對電機提出高功率密度和高效率的要求,因此電機通常采用無刷直流電機或永磁同步電機,能夠提供足夠的推力。eVTOL 電機仍然在努力提升功率密度,途徑包括提升電磁設計技術、熱管理技術和輕量化技術降低電機結構重量
56、和散熱系統輔助重量等;在冷卻系統方面,由于電機在懸停和垂直起降時會產生大量熱量,eVTOL 需要更高效的冷卻系統。新能源汽車的電機技術已較為成熟,主要采用永磁同步電機或感應電機。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第22頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 31:Joby S4 推進系統結構示意圖 圖 32:特斯拉 Model X 動力系統結構示意圖 資料來源:Joby 官網,申萬宏源研究 資料來源:Tesla 官網,申萬宏源研究 (3)電控系統:飛行電控系統精度要求更嚴格,以確保飛行安全。eVTOL 的電控系統需要高度集成,以實現對多個電機的精確控制和協調。其飛行控制系統支
57、持懸停、垂直起降和巡航等多種飛行模式,并且必須具有高冗余性,以確保任何單點故障不會導致飛行器失控。相比之下,新能源汽車的電控系統則主要用于控制電機輸出、能量回收和電池管理。車輛控制系統相對簡單,包含動力控制、穩定性控制和駕駛輔助系統,復雜性較低,目前技術相對成熟。圖 33:Joby 自研航電系統 資料來源:Joby 官方視頻,申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第23頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 2.3 競爭格局:格局較為集中,自研與第三方共存 eVTOL 電機電控領域類似于新能源汽車行業,參與者包括主機廠自研自制與第三方供應商。但進入壁壘高于新能源汽車,因
58、此競爭格局更為集中,參與者較少。1)主機廠自研:由于電機電控需隨機型適航,準入門檻較高,供應商切換難度較大,部分主機廠選擇了自主研發以及生產制造,完全適配自身的 VTOL 型號,如億航智能,Joby 等。但這對于主機廠的設計、生產和制造能力要求較高。2)第三方供應商:大部分主機廠選擇與第三方供應商合作,共同開發或改造適用于eVTOL 電驅系統,如 Lilium 與霍尼韋爾,賽峰與時的科技,臥龍電驅與商飛、沃飛等。第三方供應商往往深耕工業或者航空發動機行業,在電機設計、制造和性能優化方面具有深厚的經驗,可以針對下游客戶產品的特征和需求做定制化設計,幫助客戶提升飛行器的整體性能和可靠性,降低設計和
59、制造成本、縮短研發周期、優化供應鏈管理。表 4:當前市場主要航天電機型號及技術參數 制造商 主機廠 質量 額定功率 額定扭矩 轉速 功率密度(kW/kg)扭矩密度(Nm/kg)(kW)(Nm)(rpm)Joby Joby(自研)28 236*1800*745 8.43 64.29 Archer Archer(自研)25 125-5-霍尼韋爾|DENSO Lilium,Eviation,Faradair 4 100-25-magniX(magni350)Eviation,Harbour Air 128 350 1608 2300 2.73 12.56 magniX(magni650)206 70
60、0 3216 2300 3.4 15.61 羅羅(EPU150)Vertical Aerospace,空客 38 150 1300 1100 3.95 34.21 羅羅(EPU320)140 320 1329 2300 2.28 9.49 賽峰(ENGINeUSTM)時的科技 28 100-3500 3.57-EMRAX(268)Vertical Aerospace 22.3 117 250 4500 5.24 11.21 EMRAX(348)43.9 210 500 4500 4.78 11.39 YASA-28.2 60 200 8000 2.13 6.99 天津松正(SZ-240)-75
61、 240 2500 3200 3.2 33.3 臥龍電驅 沃飛長空,商飛-30-2500-4000-資料來源:各公司官網,申萬宏源研究,注:Joby 數據均采用峰值功率計算 (1)主機廠自研:1)Joby 依靠企業內部大量來自軍工企業、特斯拉、蘋果的企業的工程師、設計師和研發人員,開發了完全自研的電機電控系統。根據 Joby 公布的性能參數,其電機峰值扭矩達 1800Nm,持續扭矩達 1380Nm,高扭矩用于平衡低槳葉轉速。在相同的輸出軸功率下,扭矩和轉速呈反比。Joby 的電機和槳葉采用直驅的形式,并沒有采用減速齒輪組的設計,降低了電機的維護成本。每個電機均采用了雙繞組直驅的驅動方式,對應的
62、兩個逆變器各由兩個獨立的電池供電從而防止電池故障蔓延。在任何一個推進電機、逆變器或電池包失效的情況下,飛機仍然可以安全飛行,從而使得整架飛行器不存在單點故障。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第24頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 2)Archer 自主研發其 eVTOL 電機。Archer 的電機重量 25 公斤,峰值輸出功率125kW,功率密度 5kW/kg,比現有的飛機和新能源汽車電機重量更低、功率密度更高。圖 34:Joby 電機性能參數 圖 35:Archer 電機設計示意圖 資料來源:Joby 官方視頻,申萬宏源研究 資料來源:Archer 官方視頻,申萬宏源研
63、究 國內部分主機廠同樣采用了自研電機電控的方案。例如,億航的電機系統為無刷直流電機并采用共軸雙槳的設計,節約了螺旋槳和電機安裝所需的空間和結構零件,并降低了飛行器重量。通過無感 FOC 驅動器控制使其具有高功率,發熱率低的特點。(2)第三方供應商:1)霍尼韋爾(Honeywell)作為全球領先的航空航天系統供應商,通過與電裝公司(DENSO)的合作,共同研發了適用于 eVTOL 的電機及電推進技術,并與 Lilium,Eviation 和 Faradair 等主機廠展開了合作。其電力推進裝置將電機控制器、齒輪組件和高功率密度電機組合在一個集成封裝中,峰值功率達到了 100kW。2)馬達動力(m
64、agniX)是一家專注于電動航空推進系統的公司,以高性能電機和創新技術而聞名。其電動推進系統具有模塊化設計,能夠靈活適應不同類型和尺寸的eVTOL 飛行器。magniX 的電動推進系統包括其標志性的 magni350 和 magni650 電機。與馬達動力合作的主機廠包括 Eviation,Harbour Air 等。圖 36:Honeywell|DENSO 電機 圖 37:magniX 350 電機 資料來源:霍尼韋爾官網,申萬宏源研究 資料來源:E-Mobility Engineering,申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第25頁 共35頁 簡單金融 成
65、就夢想 3)羅羅(Rolls-Royce)為 Vertical Aerospace 的 VA-X4,空客的 CityAirbus等均提供電動推進系統。其中包括一個由 200 kW 的電機,以及相關電力電子設備、控制器以及電力保護和分配系統,用來產生、分配和管理機電設備所需的高扭矩。4)法國的航空設備制造商賽峰(Safran)為時的科技 E20 eVTOL 提供電機。其ENGINeUSTM 智能電機最大轉速達到 3500 RPM,峰值功率密度為 5 kW/kg。起飛時最大輸出功率可以超過 100kW,包含一套完全集成的電機控制器。圖 38:羅羅 EPU150 電機 圖 39:Safran ENG
66、INeUSTM 智能電機 資料來源:羅羅官網,申萬宏源研究 資料來源:Safran 官網,申萬宏源研究 國內航空級電機主要供應商包括臥龍電驅,江蘇邁吉易威,天津松正,深圳北極鷗等,國內 eVTOL 電機配套產業大多和無人機行業相混合,針對航空級標準的供應商較少。臥龍電驅與商飛、吉利沃飛等企業建立了合作關系,在航空級電機方面處于行業領先位置。臥龍采用了“3+1”的產品布局,即小、中、大三個功率等級的驅動產品及一個適航標準。其中小功率產品(2kW30kW)應用于工業無人機及 1-2 座 eVTOL。中功率產品(50kW175kW)應用于 4 座載人 eVTOL。其他國內企業如江蘇邁吉易威,目標客戶
67、群體偏向于軍方,從事于軍用高功率密度輪轂電機系統并在中國電機博覽會展出了多款航空電推進產品;天津松正針對載人級電動航空領域專注于高效功重比的電推進系統的開發,在純電驅多旋翼垂直起降、涵道風扇等不同構型的飛行器均有研究及產品應用;深圳北極鷗非晶動力與中研非晶合作,共同開發及量產了非晶無人機盤式電機;產品已應用至小鵬匯天 X2。3.混合動力:低空飛行的另一種解決方案 3.1 混合動力:彌補純電劣勢,續航能力優勢明顯 純電驅動的效率高,但能量密度低,針對中長距離的低空出行,純電動目前還不具備可行性。若僅考慮單獨部件效率,傳統推進系統(內燃機)的效率約為 20%-36%,而電 行業深度 請務必仔細閱讀
68、正文之后的各項信息披露與聲明 第26頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 推進系統(電池和電機)的效率可以達到 75%-83%,是內燃機的 3 倍。然而電池最高聲明的電池能量密度比內燃機的噴氣燃料低約 30 倍,因此內燃機與電推進系統的推進功率比將轉變為約 10:1,這限制了純電動飛機的續航里程和飛行時間。純電動飛機要想達到傳統飛機 25-50%的航程,其電池能量密度需要超過 1000Wh/kg,現有電池無法達到?;旌蟿恿κ堑涂疹I域的另一種驅動方案,作為純電方式的補充,其性能和前景類似于新能源汽車混合動力。全球多家飛機制造商,如波音、空客、巴西航空工業公司,以及羅羅、西門子、美國宇航局、代爾夫特理
69、工大學和德國航空航天中心等企業和機構致力于開發混合動力飛機。國內政策也在鼓勵以混合動力研究方向。工信部通用航空裝備創新應用實施方案(2024-2030 年)中提到,以電動化為主攻方向,兼顧混合動力、氫動力、可持續燃料動力等技術路線,并開展 400kW 以下混合推進系統研制。圖 40:HONDA 混合動力 eVTOL 結構和動力系統結構 資料來源:Honda 官網,申萬宏源研究 圖 41:混合動力和純電動 eVTOL 續航及航程對比 資料來源:Honda Technology,申萬宏源研究 根據驅動原理的不同,混合動力包括串聯混合動力、并聯混合動力、串并聯混合動力、渦輪電動混合動力等:1)串聯混
70、合動力:內燃機驅動發電機,發電機輸出的電驅動電機,電機連接旋翼。在需要低推進力的飛行階段(例如巡航階段),發電機轉換的能量也可以為電池充電。優 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第27頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 點在于,內燃機不與推力產生機械耦合,始終以最佳運行功率和速度運行;概念簡單,易于控制推進力。缺點在于,電機必須單獨提供整個推進力,需要使用高功率電機和更大的電池,這會增加傳動系統的重量和體積。2)并聯混合動力:內燃機和電源并聯驅動,并以機械耦合,可以單獨或共同提供推進力。優點在于,內燃機的軸上沒有發電機,機器的尺寸可以更??;因為推進力由兩者提供,重量也相應減輕
71、。缺點在于,機械耦合增加了額外的質量;推進控制系統更復雜,由于內燃機參與推進,在不同的飛行階段的運行效率需要優化。3)串并聯混合動力:內燃機、電機、發電機和螺旋槳通過聯軸器機械連接。內燃機的機械動力可用于驅動螺旋槳,或通過發電機轉換為電能為電池充電。優點在于,允許在運行期間輕松改變拓撲結構,并且是混合動力汽車中最常用的架構。缺點在于,在控制和重量預估方面復雜性過高,技術難度大。4)渦輪電動混合動力:與串聯類似,但不依賴電池來提供推進能量,由內燃機驅動發電機,所有電力都來自燃料,沒有額外的儲能設備。與串聯一樣,將內燃機推進器與電磁推力產生裝置分離可提高推進性能,內燃機可以在接近其峰值效率功率與速
72、度條件下運行,并且可以位于飛機的最佳位置,其電力被分配到多個電機驅動的旋翼。圖 42:根據驅動原理的不同,混合動力包括串聯、并聯、串并聯、渦輪等方式 資料來源:Evaluation and Comparison of Hybrid Wing VTOL UAV with Four Different Electric Propulsion Systems,申萬宏源研究 不同的混合動力所用能源系統存在差異。渦輪電力推進系統和全電力推進系統為單一能源系統;并聯混合動力系統垂起過程和水平推進過程相互獨立,垂起過程的電力需求由電池提供,水平推進過程的電力需求由內燃機提供;串聯混合動力系統內燃機和電池可同
73、時工作,因此其機理比其他推進系統更為復雜。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第28頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 43:不同動力類型的飛行器推進系統 資料來源:Evaluation and Comparison of Hybrid Wing VTOL UAV with Four Different Electric Propulsion Systems,申萬宏源研究 混合動力結合了傳統燃油飛機的特點,相比純電動飛行汽車的性能優勢明顯:最大起飛重量和電池重量降低、巡航高度更高、巡航距離更長、載荷能力更強。參考 Evaluation and Comparison of H
74、ybrid Wing VTOL UAV with Four Different Electric Propulsion Systems 的對比實驗,以無人機為例:1)在固定的性能要求和飛行參數下,混合動力類型的最大起飛重量和電池重量更低;2)巡航高度更高:全電動飛行器的最高巡航高度僅1100m,并聯混合動力飛行器為 2500m,渦輪電動和串聯混合動力均超過 5000m;3)巡航距離遠高于純電方式;4)載荷能力強,最大飛行重量對載荷的敏感度低。圖 44:混合動力類型的最大起飛重量低 資料來源:Evaluation and Comparison of Hybrid Wing VTOL UAV wi
75、th Four Different Electric Propulsion Systems,申萬宏源研究 質量 千克渦輪電動并聯混動純電動串聯混動推進系統電池燃料載荷空重 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第29頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 45:混動和純電機型對比:飛行高度、飛行距離及載荷 資料來源:Evaluation and Comparison of Hybrid Wing VTOL UAV with Four Different Electric Propulsion Systems,申萬宏源研究 3.2 產業進展:目前玩家較少,處于早期研發階段 全球多家
76、飛機制造商,企業和機構在推進全電動垂直起降飛行器(eVTOL)之外,也在同時致力于開發混合動力飛機或飛行器,但目前進度基本處于概念或早期研發階段。1)克萊因視覺 Klein Vision:斯洛伐克公司克萊因視覺開發的 AirCar 飛行汽車采用了混合動力的設計,搭載寶馬一款 160 馬力汽油發動機。其電推進系統采用了可伸縮機翼、折疊尾翼、降落傘展開等設計,折疊尾翼有助于實現更好的縱向穩定性和起飛特性。其設計最高時速 250 公里,飛行最高高度 3000 米,航程可達 1000 公里。2)吉利:吉利旗下的 Terrafugia 公司所設計的 TF-X 型號飛行汽車采用混合動力驅動。TF-X 搭載
77、兩臺插電式混合動力 500 千瓦電動機并以此驅動兩個旋翼,車上配有一臺300 馬力的內燃機為電池充電,同時驅動涵道風扇的運轉。圖 46:克萊因視覺 AirCar 型號 圖 47:吉利 Terrafugia TF-X 型號 資料來源:克萊因視覺官網,申萬宏源研究 資料來源:公司官網,申萬宏源研究 3)羅羅:羅羅是英國老牌發動機公司,2018 年宣布其混合動力飛行汽車項目。概念機采用混合動力系統,使用 RR Model 250 為傾斜機翼上的四個螺旋槳和傾斜尾翼上的兩個螺旋槳發電。飛機可以搭載 4-5 名乘客,速度 400 公里/小時,飛行里程約為 800 公里。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的
78、各項信息披露與聲明 第30頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 48:羅羅公司飛行汽車概念機 資料來源:羅羅官網,申萬宏源研究 4)Elroy Air:Chaparral 是一款混合動力貨運 eVTOL,采用了八個垂起旋翼和四個水平旋翼的配置。其獨特的設計在于中央機身下方有一個可攜帶 300 磅(136 公斤)貨物的吊艙。擁有一個矩形細長的空氣動力學形狀的機身和 T 型尾翼,并配有固定的四輪式延伸起落架。起落架橫跨吊艙。動力方面采用了渦輪發電機混合動力架構,通過將燃氣渦輪驅動的發電機與電池相結合解決了全電動系統的局限性。其最大續航里程 483 千米,巡航速度約 230 公里/小時。圖 49:E
79、lroy Air Chaparral 型號 eVTOL 圖 50:Elroy Air 混合動力架構 資料來源:Elroy Air 官網,申萬宏源研究 資料來源:Elroy Air 官網,申萬宏源研究 表 5:部分其他混合動力飛行汽車型號及技術類型 型號 構型 動力類型 續航里程/km 載人數/位 NEX Aero GmbH NEX 復合翼 氫動力 400 4 Ascendance Flight Technologies ATEA 復合翼 混合動力 450 3 Horizon Aircraft Cavorite X-5 復合翼 混合動力 500 4 Alakai Technologies Ska
80、i 多旋翼 氫動力 640 4 Bell Textron NEXUS 6HX 矢量推力 混合動力 240 4 Zuri SE Zuri 2.0 矢量推力 混合動力 700 4 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第31頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 Dufour Aerospace Aero3 矢量推力 混合動力 800 7 Transcend Air Corporation Vy 400R 矢量推力 混合動力 800 5 Urban Aeronautics CityHawk 多旋翼 氫動力 145 4 資料來源:A holistic review of the curre
81、nt state of research on aircraft design concepts and consideration for advanced air mobility applications,申萬宏源研究 盡管混合動力 eVTOL 在續航、性能、補能等方面相較當前純電 eVTOL 技術具有明顯優勢,但市場上從事混合動力 eVTOL 研發的企業仍然相對較少,背后原因可能在于:技術挑戰:混合動力系統的設計和集成相較純電動系統更為復雜。需要同時管理傳統燃油發動機和電動機,對初創 eVTOL 主機廠來說,這會導致更高的研發難度和更長的開發周期。成本原因:混合動力系統的開發和制造成本
82、較高,需要同時擁有出色的內燃機和電動機及聯動系統技術。相較之下,純電動系統的研發成本更低,且第三方供應商電池和電機技術更為先進,成本更低。市場需求和監管因素:當前市場對零排放、低噪音的電動航空器有著強烈的需求。純電動 eVTOL 能夠提供更為環保和安靜的解決方案,符合許多城市和政府的可持續發展目標。與早期新能源汽車類似,純電動方案更符合監管機構傾向的路線。4.投資提示 4.1 產業鏈相關公司梳理(1)臥龍電驅:全球領先的電機制造商,前瞻布局低空經濟賽道 臥龍電驅成立于 1984 年,并于 2002 年在上交所上市。主要生產項目包括各類電機,發電機,控制驅動及工業自動化產品。并在中國、越南、德國
83、、英國等多個國家擁有 42個制造工廠和 5 個技術中心。根據 Omdia 統計,其中高壓和低壓工業電機全球市場份額分別為 11.5%和 7.5%,位列全球第一和第四。并通過與商飛、吉利沃飛等公司的合作,開始布局低空經濟領域。臥龍公司從 2019 年起開始投入研發航空電驅系統,并逐漸形成小、中、大三個航空電驅系列產品及一個民航適航標準的“3+1”戰略布局。小功率產品主要應用于工業無人機及少座 eVTOL,目前已開始向國內主流物流無人機企業小批量供樣;中功率產品覆蓋50-175kW 功率,主要應用在四座載人 eVTOL,與國內主流 eVTOL 制造企業均有技術溝通,并正在進行相關研發項目;大功率產
84、品為 200kW 以上,主要應用于民用航空領域,用于多乘客的直線飛機,目前以預研為主。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第32頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 圖 51:臥龍產品覆蓋小、中、大三個功率等級航空電驅系統 資料來源:臥龍官網,申萬宏源研究 (2)英搏爾:新能源汽車動力系統供應商,具備技術遷移能力。珠海英搏爾成立于 2005 年,是新能源汽車領域動力系統領域領先企業,2017 年在深交所創業板上市。公司深耕新能源汽車動力系統近 20 年,目前已具備新能源汽車電驅系統和電源系統自主開發的能力。根據公告,公司與吉利、上汽、長城、小鵬、江淮等車企有長期合作關系。公司擁有
85、珠海和山東兩大生產基地,具備年產百萬套產品的生產能力。同時在珠海、上海、北京和深證等地設有研發中心和研發部門,具備先進和專業的研發能力。根據公司互動平臺的回答,近年來公司密切關注各地低空經濟政策的發展及電動化發展趨勢,與多家通航企業、初創主機廠及擁有車企背景的整機廠商展開多次技術探討。其產品的輕重量,高效率,小體積等特性符合 eVTOL 市場對動力系統的要求,并基于其出色的驅動系統和電源系統技術和設計實驗能力,有望為低空領域提供系統解決方案。圖 52:英搏爾的產品矩陣 資料來源:英搏爾公告,申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第33頁 共35頁 簡單金融 成就夢
86、想(3)宗申動力:深耕發動機領域,推出系列航空動力產品 宗申動力成立于 1982 年,制造工廠遍布國內的重慶、廣東、江蘇、河北、天津和國外的越南、泰國、墨西哥等地,產品出口 180 多個國家和地區。其產品以發動機為主,在摩托車動力、通機動力、船艇動力等中小型發動機領域技術優勢明顯。近年來宗申轉型聚焦于高端制造和綠色制造兩條主線。在新能源領域布局發卡電機、電控、CVT 變速器等新能源核心部件,并已投資開展儲能新技術項目。宗申創新研究院(宗申集團技術中心)是宗申創新平臺和戰略驅動動力源。根據公司公告,公司于 2004 年成為國家認定的企業技術中心,2005 年其檢測中心被錄入國家實驗室名錄,201
87、7 年被認定成為國家級工業設計中心,2018 年認定成為重慶市新型高端研發機構。截止 2023 年,宗申擁有各類專利超過 5600 項,并主持和參與制定了大量國家標準和行業標準。根據公司在互動平臺的回答,公司承辦了首屆重慶低空飛行消費周活動,其控股子公司宗申航發致力于航空發動機設計研發、生產制造、銷售、售后服務等一體化業務,主要為旋翼、固定翼的通航飛機和無人機等航空飛行器提供動力裝備,產品應用場景與低空經濟發展方向吻合。(4)應流股份:航空零部件及裝備制造商,產品出口歐美多家企業 安徽應流股份 1990 年起進入鑄造行業,2014 年在上交所上市。公司主營業務涵蓋高端部件、航空科技和先進材料三
88、大領域。根據公司公告,2023 年公司航空航天新材料及零部件業務實現營收 7.88 億元。公司 2016 年收購德國 SBM 公司并成立應流航空,開始進軍航空發動機整機及配套直升機、無人機領域。根據公司公告,公司目前已建成 8 棟高標準廠房及 4 個投入使用的發動機試車臺;并已深入研發 100kW-300kW 級渦軸發動機和 400kW 以下混合動力總成,同時已完成起飛重量 270 千克和 1000 千克兩款無人直升機的開發;2024 年計劃完成起飛重量 600 千克無人機的研發和產品鑒定。4.2 相關標的公司估值表 表 6:相關標的公司估值表 公司代碼 公司簡稱 2024/7/10 EPS(
89、元/股)PE PB 收盤價(元/股)23A 24E 25E 26E 23A 24E 25E 26E 600580 臥龍電驅 11.63 0.40 0.89 1.04 1.19 29 13 11 10 2 300681 英搏爾 12.60 0.33 0.33 0.68 0.88 39 38 19 14 3 001696 宗申動力 10.42 0.32 0.57 0.64 0.73 33 18 16 14 2 603308 應流股份 11.72 0.45 0.62 0.78 0.95 26 19 15 12 2 資料來源:iFinD、申萬宏源研究 注:盈利預測均為 iFinD 一致預測 行業深度
90、請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第34頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 5.風險提示(1)政策效果不及預期風險 低空經濟發展首先需求充足的空域資源,若低空開放緩慢,或將拖累低空經濟產業鏈上游發展。政策制定與實施可能受到技術壁壘、市場需求變化、監管要求等多重因素影響,導致推進速度放緩或效果不佳。(2)市場競爭加劇風險 隨著 eVTOL 行業和低空經濟高速發展,市場空間不斷增加,吸引眾多新玩家參與市場競爭。如果市場參與者數量快速增加,將會導致整機、基礎建設和電推進系統和等各環節的競爭格局變差,甚至導致低價競爭,壓縮全行業的利潤空間。(3)技術突破、研發和商業化進程不及預期風險 eVTO
91、L 用分布式電推進系統目前尚處于理論和原型機階段,還未真正實現大規模商業化,分布式電推進系統實際飛行效果尚不明確,若研發和商業化過程比預期緩慢,將會導致 eVTOL 整機的放量進度放緩。行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第35頁 共35頁 簡單金融 成就夢想 信息披露 證券分析師承諾 本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師,以勤勉的職業態度、專業審慎的研究方法,使用合法合規的信息,獨立、客觀地出具本報告,并對本報告的內容和觀點負責。本人不曾因,不因,也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。與公司有關的信息
92、披露 本公司隸屬于申萬宏源證券有限公司。本公司經中國證券監督管理委員會核準,取得證券投資咨詢業務許可。本公司關聯機構在法律許可情況下可能持有或交易本報告提到的投資標的,還可能為或爭取為這些標的提供投資銀行服務。本公司在知曉范圍內依法合規地履行披露義務??蛻艨赏ㄟ^ 索取有關披露資料或登錄 信息披露欄目查詢從業人員資質情況、靜默期安排及其他有關的信息披露。機構銷售團隊聯系人 華東組 茅炯 021-33388488 銀行團隊 李慶 021-33388245 華北組 肖霞 010-66500628 華南組 李昇 0755-82990609 華東創新團隊 朱曉藝 021-33388860 華北創新團隊
93、潘燁明 15201910123 股票投資評級說明 證券的投資評級:以報告日后的 6 個月內,證券相對于市場基準指數的漲跌幅為標準,定義如下:買入(Buy):相對強于市場表現 20以上;增持(Outperform):相對強于市場表現 520;中性(Neutral):相對市場表現在55之間波動;減持(Underperform):相對弱于市場表現 5以下。行業的投資評級:以報告日后的 6 個月內,行業相對于市場基準指數的漲跌幅為標準,定義如下:看好(Overweight):行業超越整體市場表現;中性(Neutral):行業與整體市場表現基本持平;看淡(Underweight):行業弱于整體市場表現。
94、我們在此提醒您,不同證券研究機構采用不同的評級術語及評級標準。我們采用的是相對評級體系,表示投資的相對比重建議;投資者買入或者賣出證券的決定取決于個人的實際情況,比如當前的持倉結構以及其他需要考慮的因素。投資者應閱讀整篇報告,以獲取比較完整的觀點與信息,不應僅僅依靠投資評級來推斷結論。申銀萬國使用自己的行業分類體系,如果您對我們的行業分類有興趣,可以向我們的銷售員索取。本報告采用的基準指數:滬深 300 指數 法律聲明 本報告由上海申銀萬國證券研究所有限公司(隸屬于申萬宏源證券有限公司,以下簡稱“本公司”)在中華人民共和國內地(香港、澳門、臺灣除外)發布,僅供本公司的客戶(包括合格的境外機構投
95、資者等合法合規的客戶)使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶??蛻魬斦J識到有關本報告的短信提示、電話推薦等只是研究觀點的簡要溝通,需以本公司http:/ 網站刊載的完整報告為準,本公司接受客戶的后續問詢。本報告是基于已公開信息撰寫,但本公司不保證該等信息的真實性、準確性或完整性。本報告所載的資料、工具、意見及推測只提供給客戶作參考之用,并非作為或被視為出售或購買證券或其他投資標的的邀請。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷,本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期,本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告??蛻魬斂?/p>
96、慮到本公司可能存在可能影響本報告客觀性的利益沖突,不應視本報告為作出投資決策的惟一因素??蛻魬灾髯鞒鐾顿Y決策并自行承擔投資風險。本公司特別提示,本公司不會與任何客戶以任何形式分享證券投資收益或分擔證券投資損失,任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶,不構成客戶私人咨詢建議。本公司未確保本報告充分考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要。本公司強烈建議客戶應考慮本報告的任何意見或建議是否符合其特定狀況,以及(若有必要)咨詢獨立投資顧問。在任何情況下,本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況
97、下,本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。市場有風險,投資需謹慎。若本報告的接收人非本公司的客戶,應在基于本報告作出任何投資決定或就本報告要求任何解釋前咨詢獨立投資顧問。本報告的版權歸本公司所有,屬于非公開資料。本公司對本報告保留一切權利。除非另有書面顯示,否則本報告中的所有材料的版權均屬本公司。未經本公司事先書面授權,本報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品,或再次分發給任何其他人,或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記,未獲本公司同意,任何人均無權在任何情況下使用他們。