
AERO100連載 | ?PCC集團(tuán)
2019年11年08日
航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng) 2025-05-29
2025年5月20日,作為“經(jīng)度”系統(tǒng)的系列分析之一,航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)團(tuán)隊(duì)發(fā)布了《航空電動(dòng)化推進(jìn)技術(shù)與發(fā)展產(chǎn)業(yè)分析報(bào)告》2025版,報(bào)告約三萬(wàn)五千余字。數(shù)據(jù)信息來(lái)自航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)航空航天市場(chǎng)與供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)“經(jīng)度”,歡迎聯(lián)系采購(gòu)!
當(dāng)前,全球航空產(chǎn)業(yè)正站在歷史性變革的起點(diǎn)。由能源革命驅(qū)動(dòng)的航空電動(dòng)化浪潮,已不僅是技術(shù)演進(jìn),更是產(chǎn)業(yè)格局重塑、商業(yè)模式創(chuàng)新的核心力量。掌握其發(fā)展脈絡(luò)、技術(shù)路徑與市場(chǎng)機(jī)遇,已成為各方參與者制勝未來(lái)的關(guān)鍵,本報(bào)告旨在為行業(yè)內(nèi)外提供一份全面、深入且極具前瞻性的產(chǎn)業(yè)研究成果。
本報(bào)告對(duì)全球及中國(guó)航空電動(dòng)化推進(jìn)技術(shù)與發(fā)展進(jìn)行了深入分析,涵蓋了其當(dāng)前背景與驅(qū)動(dòng)因素、核心技術(shù)變革方向、關(guān)鍵技術(shù)突破、多元化應(yīng)用場(chǎng)景與市場(chǎng)化前景、全球產(chǎn)業(yè)格局與創(chuàng)新商業(yè)模式,以及面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)展望。
報(bào)告指出,航空電動(dòng)化作為應(yīng)對(duì)能源革命和碳排放挑戰(zhàn)的關(guān)鍵路徑,正受到國(guó)際與中國(guó)政策的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng),并催生出城市空中交通(UAM)、區(qū)域空中機(jī)動(dòng)性(RAM)等萬(wàn)億級(jí)新興市場(chǎng)。特別強(qiáng)調(diào)了多電/全電飛機(jī)(MEA/AEA)、混合電/全電/氫電路徑以及分布式電推進(jìn)(DEP)等顛覆性技術(shù)架構(gòu)對(duì)未來(lái)航空器設(shè)計(jì)的深遠(yuǎn)影響,并詳細(xì)剖析了高性能電機(jī)(如永磁同步電機(jī)、超導(dǎo)電機(jī))、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)(包括鋰離子電池、固態(tài)電池、氫燃料電池)以及電力電子與高效熱管理等核心技術(shù)的最新進(jìn)展與瓶頸。同時(shí),報(bào)告深入探討了電動(dòng)航空在eVTOL、電動(dòng)支線(xiàn)飛機(jī)、貨運(yùn)無(wú)人機(jī)等具體場(chǎng)景下的市場(chǎng)化潛力與基礎(chǔ)設(shè)施需求,并分析了空客、波音等傳統(tǒng)巨頭與JOBY AVIATION等新興初創(chuàng)企業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)格局中的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。
內(nèi)容概要當(dāng)前背景與驅(qū)動(dòng)因素——把握大勢(shì),洞察先機(jī)
(一) 能源革命與政策驅(qū)動(dòng)日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)與減排目標(biāo):全球氣候變化問(wèn)題日益突出,國(guó)際社會(huì)對(duì)航空業(yè)的減排壓力持續(xù)增大。例如,國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)(IATA)提出了2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的目標(biāo),歐盟在其“Flightpath 2050”等戰(zhàn)略規(guī)劃中也設(shè)定了大幅削減航空排放(如CO2減少75%,NOx減少90%)的宏偉藍(lán)圖(盡管具體目標(biāo)可能隨政策調(diào)整,但大方向明確)。這些目標(biāo)迫使航空業(yè)尋求革命性的技術(shù)解決方案,而電動(dòng)化被視為最具潛力的路徑之一。國(guó)際政策驅(qū)動(dòng):
中國(guó)政策驅(qū)動(dòng):?中國(guó)政府正通過(guò)一系列國(guó)家戰(zhàn)略和具體政策,積極推動(dòng)航空電動(dòng)化和低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
(二)市場(chǎng)需求。Research and Markets 發(fā)布的報(bào)告,2025 年飛機(jī)電動(dòng)機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將從 2024 年的 88 億美元增長(zhǎng)到 94.3 億美元,復(fù)合年增長(zhǎng)率為 7.2%,預(yù)計(jì)到 2029 年將增長(zhǎng)到 125.7 億美元,復(fù)合年增長(zhǎng)率為 7.4%。增長(zhǎng)歸因于綠色航空倡議、政府激勵(lì)措施、可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)以及城市空中交通的發(fā)展等。
技術(shù)變革方向——聚焦前沿,洞察未來(lái)構(gòu)型
(一)推進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)創(chuàng)新
多電飛機(jī)是指在傳統(tǒng)飛機(jī)架構(gòu)的基礎(chǔ)上,將更多的非推進(jìn)系統(tǒng)(如起落架收放、飛行控制面作動(dòng)、剎車(chē)、環(huán)控系統(tǒng)、除冰系統(tǒng)等)從傳統(tǒng)的液壓、氣壓和機(jī)械傳動(dòng)方式,轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏︱?qū)動(dòng)的飛機(jī)。在MEA中,電力系統(tǒng)成為飛機(jī)除主推進(jìn)之外的主要能量傳輸介質(zhì),但主推進(jìn)系統(tǒng)(如渦扇發(fā)動(dòng)機(jī))通常仍由燃油驅(qū)動(dòng)。
全電飛機(jī)有時(shí)也稱(chēng)為純電動(dòng)飛機(jī),是指所有機(jī)載系統(tǒng),包括推進(jìn)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)等,都由電力驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)。 在AEA中,唯一的能量來(lái)源是電力,通常儲(chǔ)存在電池中,或由燃料電池、太陽(yáng)能電池等發(fā)電裝置直接產(chǎn)生,而不再依賴(lài)傳統(tǒng)的化石燃料驅(qū)動(dòng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
MEA理念的成功實(shí)踐,為航空電力系統(tǒng)向更高層次的AEA發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。MEA通過(guò)電氣化替代了部分傳統(tǒng)液壓、氣壓系統(tǒng),在非推進(jìn)系統(tǒng)電氣化過(guò)程中積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
全電推進(jìn):全電推進(jìn)系統(tǒng)完全依賴(lài)機(jī)載儲(chǔ)能裝置(主要是電池)提供電能,通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳或涵道風(fēng)扇產(chǎn)生全部推力。其最顯著的優(yōu)點(diǎn)是在飛行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零排放,并且噪聲水平遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃油飛機(jī)。
混合電推進(jìn):混合電推進(jìn)系統(tǒng)巧妙地結(jié)合了傳統(tǒng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(通常是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))和電推進(jìn)系統(tǒng)(包括電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池或燃料電池等)的優(yōu)勢(shì)。
氫電推進(jìn):氫電推進(jìn)主要指利用氫作為能源,通過(guò)氫燃料電池發(fā)電來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的推進(jìn)方式。
(二)飛機(jī)設(shè)計(jì)與控制革新
適應(yīng)電動(dòng)化需求的先進(jìn)飛控系統(tǒng):飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從早期純機(jī)械連桿操縱,到液壓助力操縱,再到現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的電傳操縱(FBW)技術(shù)的發(fā)展歷程。FBW系統(tǒng)用電信號(hào)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械連接,飛行員的操縱指令通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào),由飛控計(jì)算機(jī)處理后驅(qū)動(dòng)舵面作動(dòng)器。FBW技術(shù)極大地提高了飛機(jī)的操縱品質(zhì)、穩(wěn)定性和敏捷性,減輕了飛行員的操縱負(fù)荷,同時(shí)也減輕了系統(tǒng)重量,增強(qiáng)了系統(tǒng)的冗余度和容錯(cuò)能力,為實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的氣動(dòng)布局和飛行任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。智能化能源管理策略與技術(shù):對(duì)于全電動(dòng)飛機(jī),能源管理相對(duì)簡(jiǎn)單,主要是監(jiān)控電池狀態(tài)并優(yōu)化放電策略。但對(duì)于混合電推進(jìn)飛機(jī)和采用多種儲(chǔ)能方式(如電池+燃料電池)的飛機(jī),能源管理系統(tǒng)(EMS)的智能化水平則直接關(guān)系到飛機(jī)的整體性能、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性?,F(xiàn)代飛機(jī)本身就配備了復(fù)雜的電源管理系統(tǒng),用于監(jiān)控和控制全機(jī)電力負(fù)載的分配,確保在正常和應(yīng)急情況下優(yōu)先保障駕駛艙、飛控等關(guān)鍵系統(tǒng)的供電,并對(duì)發(fā)電機(jī)、電池等電氣部件的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警。
核心技術(shù)突破——聚焦瓶頸,洞察研發(fā)前沿
(一)高性能電機(jī)
(二)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)
(三)電力電子與熱管理
應(yīng)用場(chǎng)景與市場(chǎng)化——描繪未來(lái)出行圖景,捕捉商業(yè)機(jī)遇
電推進(jìn)系統(tǒng)在航空產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用預(yù)示著運(yùn)輸方式的革命,同時(shí)也對(duì)環(huán)境保護(hù)和能效提升做出了重大貢獻(xiàn)。當(dāng)前,航空電推進(jìn)系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括飛行訓(xùn)練、貨運(yùn)服務(wù)、無(wú)人機(jī)(UAVs)、電動(dòng)垂直起降(eVTOL)飛機(jī)、干支線(xiàn)運(yùn)輸飛機(jī)以及科研和探索等。
產(chǎn)業(yè)格局——洞悉競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì),重塑價(jià)值鏈
空中客車(chē)公司將電氣化視為實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和未來(lái)航空運(yùn)輸愿景的關(guān)鍵技術(shù)支柱,致力于為固定翼飛機(jī)、直升機(jī)以及新興的城市空中交通(UAM)工具開(kāi)發(fā)替代性推進(jìn)方案,并為這些方案的行業(yè)采納和法規(guī)認(rèn)證奠定基礎(chǔ)。其在電動(dòng)化領(lǐng)域的主要項(xiàng)目和舉措包括但不限于EcoPulse驗(yàn)證機(jī),CityAirbus NextGen,DisruptiveLab等。空客積極尋求跨行業(yè)合作以加速電氣化進(jìn)程。例如,2022年11月,空客與汽車(chē)制造商雷諾集團(tuán)簽署研發(fā)協(xié)議,共同推進(jìn)雙方在電氣化技術(shù)(如能源管理、電池技術(shù))方面的路線(xiàn)圖。2023年6月,空客與半導(dǎo)體巨頭意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)達(dá)成協(xié)議,合作研發(fā)適用于混合動(dòng)力和全電動(dòng)飛機(jī)的下一代功率半導(dǎo)體器件,這些器件被視為空客ZEROe(零排放飛機(jī)概念)驗(yàn)證機(jī)和CityAirbus NextGen等項(xiàng)目的關(guān)鍵使能技術(shù)。
波音公司同樣將可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新作為其核心戰(zhàn)略,并在航空電動(dòng)化領(lǐng)域積極投入,尤其側(cè)重于與發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和國(guó)家級(jí)研究機(jī)構(gòu)合作,共同推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的成熟化,為未來(lái)更環(huán)保、更高效的空中交通奠定基礎(chǔ)。其在電動(dòng)化領(lǐng)域的主要活動(dòng)包括但不限于參與NASA“電氣化動(dòng)力總成飛行演示”(EPFD)項(xiàng)目;波音與GE航空在飛機(jī)電氣系統(tǒng)方面有著長(zhǎng)期的合作基礎(chǔ),例如GE為波音787“夢(mèng)想飛機(jī)”和777X等先進(jìn)機(jī)型提供了關(guān)鍵的電氣系統(tǒng)等。
中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)商飛”)是中國(guó)大型客機(jī)研制的主力軍,其主要業(yè)務(wù)包括民用飛機(jī)的研發(fā)、制造、銷(xiāo)售和維護(hù)等。雖然中國(guó)商飛目前主要關(guān)注傳統(tǒng)航空器C919、C909、C929等,但其對(duì)電動(dòng)航空推進(jìn)技術(shù)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略布局和合作。中國(guó)商飛北研中心與臥龍電氣等公司保持密切溝通,共同探討電動(dòng)航空器的電動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)細(xì)節(jié)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。面對(duì)全球航空業(yè)的碳排放目標(biāo),中國(guó)商飛也在其長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中納入了對(duì)新能源航空技術(shù)的考量,以期在未來(lái)推出更環(huán)保的飛機(jī)型號(hào)。
行業(yè)最新動(dòng)態(tài)(部分展示)
2024年6月,GE航空航天公司宣布與美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)合作,共同開(kāi)發(fā)用于下一代單通道干線(xiàn)客機(jī)的混合電推進(jìn)系統(tǒng),雙方將基于NASA的EPFD項(xiàng)目持續(xù)合作。
2024年11月,GE航空航天公司在美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(ARL)應(yīng)用研究合作渦軸電氣化項(xiàng)目(ARC-STEP)資助下,成功測(cè)試了新型混合電推進(jìn)系統(tǒng),該系統(tǒng)采用了現(xiàn)有的CT7渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)和兆瓦級(jí)發(fā)電機(jī),旨在提升系統(tǒng)效率、減輕質(zhì)量,并探索其在不同平臺(tái)的應(yīng)用潛力。
2024年10月,雷神技術(shù)公司旗下柯林斯宇航公司為歐盟清潔航空(Clean Aviation)計(jì)劃支持的包含混合電推進(jìn)的可持續(xù)噴水渦扇(SWITCH)項(xiàng)目完成了配電組件和固態(tài)電源控制器原型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
2024年7月,美國(guó)VerdeGo Aero公司在范堡羅航展上展出VH-4T混合電推進(jìn)系統(tǒng),這是公司繼2022年推出185kW的VH-3混合電推進(jìn)系統(tǒng)之后的最新產(chǎn)品。VH-4T混合電推進(jìn)系統(tǒng)的額定功率為415kW,功率水平適合大部分電動(dòng)飛機(jī)市場(chǎng),應(yīng)用范圍包括混合電推進(jìn)eVTOL飛行器、長(zhǎng)航程貨運(yùn)無(wú)人機(jī),以及采用分布式電推進(jìn)的高效固定翼飛機(jī)等。
2024年8月,NASA和MagniX公司宣布計(jì)劃將德·哈維蘭加拿大公司“沖鋒”(Dash)7飛機(jī)改裝成電動(dòng)飛行試驗(yàn)臺(tái),標(biāo)志著NASA的EPFD項(xiàng)目邁出了重要一步。
億航智能EH216-S搭載高能量固態(tài)電池成功完成單次不間斷飛行測(cè)試,達(dá)到48分10秒。億航智能與新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)企業(yè)珠海英搏爾電氣股份有限公司達(dá)成戰(zhàn)略合作,共同開(kāi)發(fā)先進(jìn)eVTOL集成式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。EH216-S在2024年內(nèi)在多個(gè)國(guó)家完成首次載人或無(wú)人駕駛飛行演示,并積極推進(jìn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)。例如,2024年11月8日在泰國(guó)曼谷完成首次無(wú)人駕駛載人飛行,2024年9月24日在巴西完成首次飛行,以及2024年5月6日在阿聯(lián)酋阿布扎比完成首次載人飛行演示。2024年9月16日,EH216-S獲得巴西國(guó)家民航局(ANAC)頒發(fā)的試驗(yàn)飛行許可證書(shū)。
遼寧銳翔的RX4E電動(dòng)飛機(jī)項(xiàng)目進(jìn)展順利,RX4E四座電動(dòng)飛機(jī)已于2024年11月15日完成審定試飛的全部科目,正在籌劃推進(jìn)海外適航認(rèn)證程序。
挑戰(zhàn)與展望——正視瓶頸,遠(yuǎn)瞻未來(lái)
(一)主要挑戰(zhàn):?報(bào)告客觀(guān)分析航空電動(dòng)化進(jìn)程中的關(guān)鍵障礙。
(二)發(fā)展展望與未來(lái)趨勢(shì):?報(bào)告對(duì)航空電動(dòng)化的未來(lái)進(jìn)行審慎預(yù)測(cè)。技術(shù)路線(xiàn)演進(jìn):?預(yù)測(cè)不同技術(shù)路徑的成熟時(shí)間表,以及純電動(dòng)、混合電動(dòng)、氫電動(dòng)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的主導(dǎo)地位演變。產(chǎn)業(yè)融合:?航空、汽車(chē)、能源、信息技術(shù)等行業(yè)的深度融合將加速創(chuàng)新。法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn):?國(guó)際和國(guó)內(nèi)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善將為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力保障。
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20250520航空電動(dòng)化推進(jìn)技術(shù)與發(fā)展-產(chǎn)業(yè)報(bào)告2025版.pdf
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