摘要：电动垂直起降 （eVTOL） 飞机市场将在未来几年取得显著增长，改变城市空中交通并彻底改变我们所知道的交通方式。本文将深入探讨 eVTOL 制造的现状，塑造这个新兴行业的主要趋势、挑战和机遇。它研究了复合材料等先进材料和增材制造等尖端制造技术在推动创新和实现这

在高效、可持续和便捷航空旅行承诺的推动下，eVTOL 市场正在经历兴趣和投资的激增。2020 年，全球 eVTOL 飞机市场规模为 11.1 亿美元 。此外，北美以 38.74% 的份额主导市场，预计商业部分将在预测期内引领市场 。市场研究表明，未来几年将有显著增长：

Fortune Business Insights 预计全球 eVTOL 飞机市场将从 2021 年的 54.1 亿美元增长到 2028 年的 232.1 亿美元，复合年增长率为 23.13% 。

Market.us 预测，到 2033 年，市场规模将达到 390 亿美元，2024 年至 2033 年的复合年增长率为 36.8% 。

Grandview Research 估计 2023 年的市场规模为 13.5 亿美元，预计 2024 年至 2030 年的复合年增长率为 54.9% 。

这些数字凸显了 eVTOL 市场的巨大潜力以及对这些创新飞机不断增长的需求。电池技术的进步不仅仅是渐进式的改进；它们是 eVTOL 市场生存和未来的基础，直接影响飞行时间、有效载荷能力，并最终影响这些飞机的商业成功 。

eVTOL 制造的未来在于先进技术和材料的持续集成。塑造该行业的一些主要趋势包括：

结构电池：将电池单元集成到飞机结构中，以减轻重量并提高能量密度。

AI 驱动的优化：利用人工智能优化设计、制造流程和维护作。

可持续制造：采用环保材料和工艺，以最大限度地减少 eVTOL 生产对环境的影响。

氢动力 eVTOL：由于其零排放航班的潜力，电动氢能领域正在经历快速增长，这与全球可持续发展目标相一致。

这些进步将进一步提高 eVTOL 的性能、效率和可持续性，推动市场增长并加速城市空中交通的采用。

eVTOL 不仅仅是一个未来主义的概念；它们有可能成为公共交通系统不可或缺的一部分。它们能够垂直起飞和降落，无需长跑道，使它们能够在空间有限的城市环境中运行。这为城市空中交通 （UAM） 开辟了新的可能性，为交通拥堵提供了解决方案，并增强了城市内部和城乡之间的连通性。

eVTOL 可用于各种公共交通应用：

空中出租车：在城市内提供按需航空运输服务，类似于 Uber 和 Lyft 10 等拼车平台。

载客无人机：较大的 eVTOL 可以用作自动驾驶或有人驾驶的空中巴士，沿着固定路线运送多名乘客。

除了客运之外，eVTOL 是彻底改变物流的关键，为传统的地面交付方式提供了一种更快、更灵活且可能更具可持续性的替代方案，尤其是在拥挤的城市环境和时间敏感的货物中 。

货物交付：快速有效地运输货物、医疗用品和其他必需品，尤其是在拥挤的城市地区或偏远地区。

通过将 eVTOL 集成到公共交通网络中，城市可以缓解交通拥堵，减少通勤时间，并提高整体交通效率。

eVTOL 制造的主要挑战之一是在保持结构完整性和安全性的同时实现轻质结构。复合材料具有高强度重量比和设计灵活性，已成为 eVTOL 结构的首选材料。复合材料行业正在经历向热塑性塑料的转变，需要重新评估供应链，以满足 eVTOL 制造中对更大热塑性结构的需求。

复合材料为 eVTOL 制造提供了几个优势：

减重：实现更长的飞行时间和更高的有效载荷能力。

耐用性和耐腐蚀性：确保飞机部件的使用寿命和可靠性。

设计灵活性：允许复杂的形状和空气动力学优化。

不同的 eVTOL 组件采用特定的复合材料。例如，具有中等模量纤维的增韧环氧树脂用于关键的结构应用，而带有纤维的高温热塑性树脂则适用于转子叶片和内部。复合材料的使用对于优化 eVTOL 的性能和效率至关重要，使其成为一种可行且可持续的运输方式。

eVTOL 设计中对轻量化的追求与采用先进的制造技术有着内在的联系。这些技术为制造具有优化材料使用的复杂复合结构提供了必要的工具，从而实现了对 eVTOL 性能和效率至关重要的减重。

增材制造 （AM），也称为 3D 打印，通过提高效率和减少浪费来创建复杂、轻便的组件，正在彻底改变 eVTOL 制造。自动光纤铺放 （AFP）、连续光纤打印和直接金属激光烧结 （DMLS） 等增材制造技术被用于生产各种 eVTOL 部件，包括：

机身结构：创建具有复杂几何形状的坚固轻便框架。

转子叶片：制造具有优化空气动力学特性的高性能叶片。

散热器：为 eVTOL 电力电子生产高效的冷却解决方案。

增材制造为 eVTOL 制造提供了几个好处：

设计自由度：能够生产传统制造方法无法实现的复杂形状和复杂设计。

轻量化：优化材料使用并减轻飞机的整体重量。

快速原型设计：通过实现新设计的快速迭代和测试来加速设计和开发过程。

微工程表面：AM 允许创建微工程表面，这可以显着改善 eVTOL 组件中的传热。

此外，软件进步（例如 Arevo 的软件）正在为非专业人士简化复合材料设计，进一步促进了增材制造在 eVTOL 制造中的采用。通过利用增材制造技术，eVTOL 制造商可以在生产效率、成本效益和设计优化方面实现显著改进。

本节更深入地介绍了 eVTOL 生产中使用的特定高级增材制造技术：

自动纤维铺放 （AFP）：AFP 是一种使用机械臂将连续纤维增强带精确放置在模具上的技术，从而制造出高强度、低重量的复杂复合零件。这项技术特别适合制造大型 eVTOL 组件，如机身部分和机翼蒙皮。

连续纤维打印：这种方法是通过喷嘴挤出连续的纤维增强热塑性材料，逐层构建零件。它提供高度的设计灵活性，适用于创建复杂的几何形状和内部结构。

纤维缠绕：纤维缠绕是将连续纤维缠绕到旋转心轴上以形成圆柱形或管状形状的工艺。该技术通常用于制造 eVTOL 中的压力容器、传动轴和其他结构部件。

拉挤成型：拉挤成型是制造具有恒定横截面的复合型材的连续工艺。它包括将增强纤维拉过树脂浴，然后通过加热的模具，在那里树脂固化并形成所需的形状。该技术用于生产长而直的部件，如 eVTOL 结构的梁和翼梁。

这些先进的增材制造技术为生产高性能、轻量级组件提供了一系列能力，有助于提高 eVTOL 飞机的整体效率和可持续性。

虽然 eVTOL 市场显示出巨大的前景，但制造商在扩大生产以满足预期需求方面面临多项挑战：

先进技术的整合：eVTOL 依赖于先进技术的复杂相互作用，包括电力推进系统、复杂的飞行控制软件和自主导航系统。在扩大生产规模的同时将这些技术集成到制造过程中需要复杂的工程能力，并且可能会带来复杂性。

员工培训和保留：扩大生产规模需要更多的劳动力，他们在复合材料、增材制造和电气系统等领域具有专业技能。培训新员工并将其融入生产流程，同时留住有经验的工人可能具有挑战性，尤其是在竞争激烈的劳动力市场中。

财务风险：扩大生产能力通常需要对新设施、设备和人员进行大量资本投资。如果市场需求没有按预期增长，或者在扩大生产方面出现延误和成本超支，这将涉及巨大的财务风险。

当前制造业的成本影响：当前的 eVTOL 制造工艺可能复杂且昂贵，涉及多个材料系统、错综复杂的几何形状和集成挑战。这些因素会增加总体生产成本，并可能阻碍 eVTOL 飞机的可负担性。

自动化不仅是 eVTOL 制造中的理想功能；这是实现满足预期需求并使这些飞机具有商业可行性所需的规模经济的必要条件。通过技术进步、劳动力发展和战略投资来应对这些挑战对于 eVTOL 行业的成功发展至关重要。

eVTOL 飞机利用各种推进系统实现垂直起降，以及高效的向前飞行。一种常见的方法是使用可变螺距螺旋桨，它允许调整叶片角度，以优化不同飞行阶段的推力和效率。该技术使 eVTOL 能够从垂直起飞平稳过渡到水平飞行，并在各种运行条件下实现最佳性能。

然而，在附近使用多个螺旋桨，特别是在具有并排旋翼的配置中，会产生影响性能和稳定性的空气动力学相互作用。这些相互作用会导致复杂的流型、噪音水平增加和潜在的控制挑战。通过精心设计和优化螺旋桨放置和控制系统来了解和减轻这些空气动力学影响，对于确保 eVTOL 飞机的安全高效运行至关重要。

开发 eVTOL 飞机涉及各种工程学科的复杂相互作用，包括空气动力学、结构设计、推进系统和控制系统。为了管理这种复杂性并确保设计流程成功，许多 eVTOL 制造商正在采用基于模型的系统工程 （MBSE） 方法。MBSE 工具（如 Zuken Vitech 的 GENESYS）提供了一个数字环境，用于在整个飞机系统的整个生命周期内对其进行建模、仿真和分析。这种方法促进了不同工程团队之间的协作，支持及早识别和解决设计问题，并改善整体系统集成和优化。

一些 eVTOL 制造商已经在其生产过程中实施了复合材料和增材制造：

这些案例研究证明了复合材料和增材制造在 eVTOL 制造中的成功应用，为行业的广泛采用和进一步创新铺平了道路。值得注意的是，虽然一些公司的目标是到 2025 年实现商业运营，但认证过程中的挑战可能会导致延迟。

可持续性是 eVTOL 行业日益关注的问题，制造商积极寻求方法以最大限度地减少其生产过程对环境的影响。一个值得注意的例子是波音与 ELG Carbon Fibre（现为 Gen 2 Carbon）合作，从他们的工厂回收碳纤维。该计划包括收集废弃碳纤维材料并在熔炉中处理以去除粘合聚合物，从而获得可重复使用的清洁材料。该回收计划已在 11 个波音工厂实施，有助于实现到 2025 年将固体废物填埋量减少 20% 的目标。

在电力推进、轻质材料和创新制造技术的进步的推动下，eVTOL 行业有望实现变革性增长。本报告探讨了塑造 eVTOL 制造的主要趋势，强调了复合材料和增材制造在实现轻量化、高性能飞机方面的关键作用。该行业在扩大生产和驾驭复杂的认证流程方面面临挑战，但 eVTOL 对城市空中交通、物流和可持续性的潜在好处是巨大的。材料、制造技术和系统工程方面的持续创新对于这些革命性飞机的成功开发和广泛采用至关重要。

来源：小羊论科技