如果一個人從上海臨港趕到虹橋站，最快需要多長時間？
地鐵需要2個半小時，計程車得1個半小時，eVTOL僅需大約半小時。
eVTOL（Electric Vertical Takeoff and Landing）中文翻譯為電動垂直起降飛行器，電動和垂直是eVTOL有別於傳統飛機的兩大特點。在交通出行領域，eVTOL已經成為備受關注的前沿方向。據VFS（垂直飛行協會）目錄統計，截至2023年10月，全球約有900款eVTOL正處於研發階段。
eVTOL距離產業化落地似乎也並不遙遠。根據諮詢機構羅蘭貝格的預測，到2030年，全球投入商業運營的eVTOL數量將達到5000架，到2040年，這一數字將激增至4.5萬架。2024年11月，中央空管委宣佈將在六個城市開展eVTOL試點。2024年底，國家發改委新設立低空經濟司，無疑是一個強有力的訊號。
在低空經濟領域，除了eVTOL，包括無人機、貨運飛機在內的其他低空交通工具也具有一定的市場潛力。但就附加值和未來發展空間而言，eVTOL是極具前景的選擇。
雲途飛行器CEO田雲認為，eVTOL是交通、能源和資訊三大核心產業的交匯處。eVTOL能夠帶動交通工具的發展，推動新能源電池技術，還能助推資訊自動化、自動駕駛等技術。未來，每一個人都能夠像鳥一樣隨時起飛，翱翔在“天空之城”。
田雲全程參與C919超臨界機翼設計及多項國家級重大專案。2024年，田雲創立雲途飛行器，專注於eVTOL動力系統及整機設計，公司核心產品為電動涵道風扇推進系統及其衍生飛行器，擁有完全自主的研發能力。
在峰瑞資本2024年投資人年度峰會上，田雲分享了他對eVTOL行業的系統性思考，包括但不限於：
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在交通領域，為什麼說eVTOL是中國下一個“彎道超車”的機會？ -
全球約有900款eVTOL正處於研發階段，數量較為龐大，背後的原因是什麼？ -
我們如何從大型客機的進化史，看eVTOL未來的發展方向？ -
eVTOL將會如何影響我們未來的生活？
在對談環節，豐叔還與田雲探討了C919大型客機的國產化率以及為什麼eVTOL是最終的解決方案等話題，我們也編輯了這部分內容，放在了文末。
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以終為始，eVTOL創業正當時
我分享的主題是《以終為始，eVTOL創業正當時》。所謂“以終為始”，即是以目標為導向。在著手設計產品時，我們首先要明確產品的效能和指標，然後圍繞這些目標來開展具體的設計工作。
雖然這一理念看似基礎，但在當前的eVTOL領域中，它卻顯得尤為重要。
eVTOL全稱是“電動垂直起降飛行器”，而國內通常將其稱為“飛行汽車”。儘管“飛行汽車”這一稱呼形象生動，但並不完全準確。電動垂直起降飛行器，強調了電動和垂直起降這兩個關鍵特性，而這正是這類飛行器區別於傳統直升機或固定翼飛機的地方。
一、交通領域下一個“彎道超車”的機會
回顧過去，中國已經在兩個重要的交通領域實現了顯著的進步——電動汽車和高鐵。
在交通領域，我們下一個彎道超車的機會將會在哪裡？
有可能是電動航空。從歷史來看，幾乎每一次動力系統的革命都會引發行業格局的變化，催生新的入局者，打破傳統企業的霸主地位。
在電動航空領域，eVTOL是最具代表性的分支之一。目前的技術水平，尤其是電池能量密度，已經足以支撐eVTOL的發展。雖然大型客機的全面電動化可能還需要很長時間，但對於短途、低速的城市空中交通來說，現有的技術條件已經可以滿足需求。
eVTOL至少能夠解決交通出行領域的兩個主要問題：一，eVTOL能夠緩解地面交通擁堵問題。二，降低基礎設施成本。與建設高速鐵路相比，發展eVTOL所需的基礎設施投資相對較少。比如美國之前沒有建設高鐵，如今政府正在大力支援eVTOL的發展。
二、交通領域下一個“彎道超車”的機會
據VFS（垂直飛行協會）目錄統計，截至2023年10月，全球約有900款eVTOL正處於研發階段，數量較為龐大，背後的原因是什麼？
1、eVTOL賽道熱度高
eVTOL已經成為一個備受關注的新焦點，吸引了各行各業的投資者和創業者。不僅傳統的航空企業參與其中，汽車製造廠商、無人機制造商以及初創公司等不同背景的企業也紛紛加入競爭行列。
2、試錯成本較低
相較於開發大型商用飛機或軍用戰鬥機，eVTOL的研發週期較短、資金投入相對較小。
3、多樣化的目標設定
不同的開發者有著不同的目標，例如有人希望eVTOL速度達到50公里每小時；而另一些人則瞄準更遠的距離和更高的速度，比如200公里每小時甚至300公里每小時。此外，人們對於安全性、舒適性和噪音水平等其他效能指標的要求也不同，導致設計方案層出不窮。
可以說，eVTOL不僅是技術革新的產物，更是社會經濟發展到一定階段的必然選擇。在中國這樣一個擁有龐大人口基數和發展潛力的國家，eVTOL有望成為繼電動汽車和高鐵之後，又一個引領交通變革的重要力量。
/ 02 /
以史為鑑：從大型客機的進化史
看eVTOL未來的發展方向
梳理了目前眾多eVTOL產品的技術方案後，我們可以發現eVTOL正沿著一條明確的軌跡發展。
早期的eVTOL設計大多采用了多旋翼模式，類似於將大疆無人機放大並做成載人版本，億航等公司已經驗證了這種構型的可行性。但目前多旋翼想要實現廣泛的實際應用，還有很遠的路要走。
隨著技術的進步，複合翼和帶傾轉功能的設計逐漸出現，包括涵道風扇傾轉在內的多種構型被提出。
未來eVTOL應該朝哪個方向發展？
正如任何工程設計一樣，eVTOL的設計也需要遵循科學和技術的基本原則——即在給定約束條件和設計目標下，最終收斂到一兩個最優解上。
為了理解eVTOL可能的未來方向，我們可以參考大型客機的發展路徑。
▲大型客機發展路徑
圖片來源：Bravo-Mosquera, P. D., Catalano, F. M., & Zingg, D. W. (2022). Unconventional aircraft for civil aviation: A review of concepts and design methodologies. Progress in Aerospace Sciences.
二戰期間，以活塞式發動機+螺旋槳為動力的道格拉斯DC-3（軍用版本為C-47）型飛機創造了超過1萬架的產量紀錄，並參與了中國抗日戰爭時期的駝峰航線救援任務。
二戰結束前夕，航空動力迎來了新的革命——噴氣式發動機逐漸被推廣應用到軍用飛機及民用客機。
這個時期，英國德哈維蘭公司和波音公司率先採用噴氣式發動機為動力開展了大型客機的設計研發。
德哈維蘭公司在追求簡單優雅的外形原則下，選擇了將四臺噴氣發動機安裝在機翼根部（形象一點可以理解為飛機“嘎吱窩”的位置）。而波音公司則綜合考慮了總體、氣動、結構及安裝維護等要求，決定將發動機掛載於機翼下方。
儘管德哈維蘭公司的設計初衷良好，但由於忽視了關鍵的安全性考量，如發動機震動引起的金屬疲勞問題（客艙反覆增壓及方形舷窗進一步加劇了這一問題），尤其是機身機翼結合的地方，導致其產品在1953~1954年間連續發生3次空中解體事故，這也導致德哈維蘭公司從此被迫出局。
相反，波音公司選擇了一條正確的道路。時至今日，無論是波音787還是空客A350，現代大型客機仍然沿用了類似的佈局：圓筒狀機身、後掠翼以及懸掛於機翼下方的發動機。這一構型之所以成為行業標準，是因為它在多個方面達到了最佳平衡，例如空氣動力學效能、結構強度和維護便利性等。
然而，隨著技術進步的步伐放緩，傳統構型的潛力也接近極限。從90年代的波音737 NG系列到2009年推出的波音787，儘管時間跨度長達數十年，但在燃油效率和總體效能方面的改進卻相對有限。
傳統構型潛力殆盡，航空電動化已經成為不可阻擋的趨勢，它將促使飛機構型發生新的變化。
NASA和其他研究機構已經開始探索下一代大型客機的可能性。與此同時，中國商飛也在積極推進C919的下一代機型研發工作。
圖片來源：雲途飛行器、flightaware
/ 03 /
設計eVTOL需要考慮哪些因素？
一、eVTOL與傳統飛行器的區別
在探討eVTOL的設計時，首先要明確它與傳統飛行器的主要區別。
雖然直升機也可以載人並在城市上空飛行，但它難以解決噪音問題。直升機的旋翼轉速較低（通常只有幾百轉每分鐘），這導致其發出的是低頻噪聲。低頻噪聲具有很強的穿透性和緩慢的衰減特性。因此，當一架直升機飛過，方圓10公里樓宇內的居民都能聽到這種聲音。這對於城市環境來說是不可接受的，因此直升機在這種應用場景中被排除在外。
普通固定翼飛機需要跑道才能起飛和降落，而eVTOL的核心優勢之一就是它可以實現垂直起降，無需依賴大型機場設施。如果不能垂直起降，那麼eVTOL的應用場景將受到極大限制，無法充分發揮其作為城市空中交通工具的作用。
二、設計eVTOL的關鍵考量因素
設計eVTOL時，必須綜合考慮多個關鍵因素，以確保其能夠滿足實際應用需求並提供良好的使用者體驗。以下是幾個重要的考量點：
1、升阻比與飛行速度
在航空領域，升阻比是非常重要的概念，升阻比越高，托起相同重量的飛機越所需的推力就越小。假設一架飛機重100噸，升阻比為10，則需要一臺10噸推力的發動機就能讓飛機前進；如果升阻比提高到100，那麼只需1噸推力的發動機，即可推動同樣重量的飛機。
比如，波音787或空客A350，透過最佳化空氣動力學設計實現了較高的升阻比，使得其在巡航狀態下升阻比接近20，這一水平幾乎是目前eVTOL的2倍。
另外一個重要指標是飛行速度，飛行速度越快，效率越高。
大飛機在升阻比以及飛行速度這兩個指標上都達到了亞聲速固定翼飛機的最高水平。eVTOL目前雖然在升阻比方面已經優於直升機，但在飛行速度上還有很大提升空間。
根據業界預測，eVTOL的第一階段落地場景很可能是城市間的短途高速交通，例如中國的長三角、珠三角和成渝城市群。這些地區對快速便捷的交通工具需求旺盛。如果eVTOL可以提供大約300公里航程、時速達300公里的服務，速度接近高鐵，將具有較強的競爭力。
2、安全、舒適與安靜
目前eVTOL產品對於安全、舒適和安靜這些需求的關注度還不夠高，但其實這些會最終影響eVTOL產品的構型設計及市場空間。
第一，安全是航空業的首要考量。同樣以大飛機為例，中國民航的安全水平在全球名列前茅，事故率極低，並且對於新機型的安全標準極為嚴格。當年在波音737 MAX系列發生事故兩起重大事故後，中國民航局率先吊銷了該機型的適航證。除此以外，中國民航客機的平均機齡在全世界也是最小的，舊飛機通常會被很快淘汰掉。因此，在設計eVTOL時，必須確保其具備足夠的安全效能。
第二，舒適性也是一項極為關鍵的指標。當今消費者對於乘坐體驗的要求越來越高，尤其是在中國這樣一箇中產階級崛起的大市場。人們不僅追求高效的出行方式，也注重旅途的舒適度。C919的設計團隊曾考慮收窄機身、縮小座椅寬度以提高效率，但調研發現這樣做會影響乘客的體驗，所以最終C919客機中間座位的寬度較A320及B737更寬。因此，eVTOL的設計應充分考慮使用者的舒適性需求，避免為了節省成本而犧牲使用者體驗。
第三，噪音控制問題不僅是eVTOL設計中的重要挑戰，也是決定其能否廣泛應用於城市環境的關鍵因素。
上世紀70年代，英國和法國聯合研製出人類第一架超音速客機，叫協和號。這架飛機一直到2003年才退役，但總產量只有20多架。儘管協和號速度很快，但由於其無法克服噪音難題，始終未能成為主流商業航班，拓展到更為廣泛的市場。以美國為例，美國曾在上世紀70年代禁止在陸地上空進行民用超音速飛行，直到今天美國都沒有解除這條禁令，這也是目前擺在超聲速客機商業化面前的最大的技術障礙。
可以說，設計eVTOL不僅僅是技術創新的問題，還需要重點關注安全性、舒適性和噪音控制等多個方面。
/ 04 /
如何創新？
正是基於上述對eVTOL設計的多方面考量，我們最終確定了以下幾種關鍵技術特徵，用於最佳化eVTOL的設計。以下是這些技術的具體細節和背後的邏輯：
一、涵道風扇技術
涵道風扇可以被視為傳統渦扇發動機的電動化版本。
傳統渦扇發動機的核心機主要由壓氣機、燃燒室和渦輪等部件組成，其主要目的是帶動前端的大風扇轉動。這個大風扇能夠產生大約80%的推力，而噴氣產生的推力僅佔不到20%。
2019年，羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）推出了下一代電推進發動機模型，即直接用電機替代核心機來驅動風扇旋轉。這種設計不僅簡化了結構，還提高了效率，並且大幅降低了噪音水平。
如果要替換C919這樣大型客機上的發動機，所需的電機功率將達到20兆瓦。目前，西門子已經在實驗室實現了2兆瓦級別的電機，雖然距離20兆瓦還有一定差距，但對於小型化的eVTOL應用來說已經足夠成熟。比如，eVTOL可以用100千瓦的電機帶動風扇轉動。
涵道風扇技術的主要優勢在於它能顯著降低噪聲並提高安全性。相比於傳統螺旋槳，涵道風扇的噪音明顯減少，這對於未來城市空中交通的大規模應用至關重要。
現在中國民航領域已經發展得很快，但整個中國大概只有4000多架民航飛機。如果eVTOL能夠大規模發展，未來的天空中可能有成千上萬架飛機同時飛行，如果每架飛機都發出較大的噪音，將嚴重影響城市的居住環境。
二、串列翼佈局
串列翼佈局是指在機身前後各設定一組機翼，提高飛行穩定性和效率。
傳統飛機只有一個機翼承擔全部重量，類似一個人挑著兩桶水行走，調節重量分佈較為困難；而採用串列翼佈局後，就像兩個人共同抬一桶水，這意味著我們可以更容易地調整eVTOL的座位數量和機身尺寸，以適應不同的市場需求。例如，我們可以從5座擴充套件到7座、9座甚至16座。
三、動力增升技術
我每次坐飛機時，都喜歡坐在窗戶邊，在起飛降落時能看到飛機的襟翼伸展開來。襟翼是一種安裝在機翼上的活動面，會改變機翼剖面的弧度及面積，增加機翼的升力。
▲飛機襟翼示例圖
圖片來源：flightaware
動力增升技術借鑑了大飛機的設計理念，在起降過程中利用風扇噴流吹襲襟翼來增加升力。這一技術不僅可以增強eVTOL的短距/垂直起降能力，還可以根據不同場景靈活調整載荷重量，擴大適用範圍。例如，在簡陋的機場或短距離跑道上，eVTOL可以透過調整增升裝置偏度實現在有限空間內的起飛和降落，從而適應更多樣化的應用場景。
我們在參與C919專案時，也在機翼增升裝置的設計方面做了大量工作，積累了豐富的經驗。透過合理配置前緣和後緣增升裝置，可以在飛機起飛和降落時顯著提升升力，彌補低速狀態下升力不足問題。
四、分散式推進系統
分散式推進系統是航空電動化帶來的一個重要變化。
傳統渦扇發動機時代，航空製造企業傾向於減少發動機數量以提高效率，因為發動機尺寸越大，涵道比越高，效率也就越高。例如，波音777使用的GE90發動機，單臺推力達到了60噸，是世界上最大的飛機發動機之一。
然而，在電動化背景下，電機效率與其尺寸無關。假如一臺10千瓦的電機重量是1公斤，那麼100千瓦的電機重量則為10公斤，比例關係保持不變。更重要的是，無論是一千瓦還是十千瓦的電機，其效率基本相同。
因此，我們可以根據需要靈活佈置多臺電機，即使其中幾臺失效，其他電機仍能正常工作，大大提高了系統的安全性和可靠性。可以說，分散式推進，也就是多動力系統將成為未來航空設計的重要趨勢。NASA等機構也在探索分散式推進這一方向。
雲途飛行器基於對eVTOL賽道的理解，進行了大量技術研究。我們已經掌握了電動涵道風扇、分佈推進及動力增升等核心技術，未來將在工程化應用上發力。
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“每一個人都能夠像鳥一樣隨時起飛”
在低空經濟領域，除了eVTOL，包括無人機、貨運飛機在內的其他低空交通工具也具有一定的市場潛力。
但就附加值和未來發展空間而言，eVTOL無疑是極具前景的選擇。
因為eVTOL是交通、能源和資訊三大核心產業的交匯處。eVTOL能夠帶動交通工具的發展，推動新能源電池技術，還能助推資訊自動化、自動駕駛等技術。
我曾看過一部紀錄片，提到國外有一些機構正在秘密研發“反重力技術”。我突然聯想到，航空航天實際上一直在“對抗重力”——從最早的氣球到現代的噴氣式飛機及運載火箭，再到如今的eVTOL，每一次進步都是人類不斷挑戰重力的結果。
eVTOL可以說是低空經濟在反重力技術研發中的1.0版本。我相信，終有一天每個人都能像鳥一樣自由地飛翔。這種願景並非遙不可及，因為技術創新往往是階躍式的。未來人類必將進入三維立體交通的藍海，而現在我們正處在第一個階段。
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Q&A
一、C919大飛機的國產化率
豐叔：行業內外討論C919國產化率時，非常關注電子和發動機相關的這兩部分，你能否分享一些C919國產化的具體情況？
田雲：網上有一些人認為C919只是造了個外殼，核心部件用的都是國外的。
確實，C919的發動機、機載航電系統、液壓系統、環控系統、電氣系統、導航系統，以及通訊系統等關鍵元件都是來自國外供應商。
原因在於，C919畢竟是要投入商業運營的大飛機，為了透過適航認證，最快捷的方式就是採用已經完成適航認證的產品。中國造出了殲20、運20，實現了完全國產化，已經證明我們可以造出飛機的導航系統、通訊系統、發動機。
即便只看C919機體結構的設計，其難度也不容小覷。全球只有歐洲的空客公司和美國波音公司能夠製造大型商用飛機，而中國是繼這兩家公司之後第三個掌握這項技術的國家。這意味著無論是在設計複雜性還是工程挑戰方面，C919都達到了世界先進水平。
研製一款成功的大型商用飛機絕非易事。例如，日本三菱重工旗下的MRJ專案投入了數百億美元製造大型商用飛機，但在取得適航證之前不得不終止；加拿大龐巴迪和巴西的巴航工業也因為難以維持獨立開發，龐巴迪目前已經被空客收購，而巴航工業也差點被波音公司兼併。
二、為什麼eVTOL是最終的解決方案？
豐叔：為了搞清楚飛機設計中的空氣動力學原理，我們內部還做過一些研究。
有一個特別的現象：飛機的機翼形狀設計得非常特殊，讓空氣順著機翼表面的傾角高速流動。具體來說，飛機上表面做成梭形，最後部分向下傾斜，是為了讓大規模的氣流貼著機體表面流動，而不是直接衝過。
因此，機翼表面做的向下傾角越大，飛機速度越快，掠過翼面的速度也越快，且翼面向下的角度越明顯時，氣流就會往下走。氣流往下走，就會產生向上的升力。
田雲：你解釋得非常到位。航空領域有個術語叫柯恩達效應（Coandă effect）。氣流一般會順著機翼表面彎曲去流動，機翼彎得越厲害，產生的升力就越大。
還有種說法叫做“上帝討厭真空”，通俗的解釋是，如果氣流不沿著機翼表面流動，在氣流和機翼之間就會形成真空地帶。透過設計適當的機翼曲率和傾角，可以確保氣流順利地沿著機翼表面流動，從而最大化升力並減少阻力。
豐叔：柯恩達效應其實在日常生活中最常見的應用之一就是戴森吹風機，它的外觀是中空的桶狀，利用柯恩達效應來產生強大的氣流。
話歸正題，我們想要研究清楚，在低空經濟領域，eVTOL的核心優勢。
目前除了eVTOL，低空領域還有直升機和多旋翼、固定翼這些選擇。
但直升機和多旋翼小飛機的問題在於能耗太高。當它們向前飛時，既要維持升力，不讓飛機掉下來，又要將機身稍微傾斜，使部分氣流向後吹，以產生向前的推力。
固定翼飛機則不同，藉助空氣動力學，它可以實現更高的升阻比，例如用10噸的推力就能推動100噸的飛機，甚至達到更高的比例，極大地解決了能耗問題。這也是為什麼大多數現代飛機都採用固定翼設計。
然而，在中國，想要使用固定翼飛機有兩個難點：第一，我們很難為所有使用固定翼飛機的使用者建設跑道。第二，飛行員數量有限。飛機起飛和降落是最危險的階段，需要訓練有素的飛行員來操控。
因此，綜合考慮這些問題，最可行的解決方案或許是結合垂直起降與自動化的技術的eVTOL，類似於L4級別（高度自動駕駛）的汽車。
田雲：確實，eVTOL不僅解決了垂直起降的需求，還在水平飛行時實現了高效的速度、更低的噪音和更少的能耗。因此，eVTOL被認為是未來城市空中交通的最佳解決方案。
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