电动涵道风扇技术---新市场机遇

 

目前，随着世界从碳氢化合物经济转向可持续能源经济，再加上日常交通也在经历百年一遇向自动驾驶、电动、共享汽车所有权进行转变。颠覆性交通技术的关键是电推进和自主化，这是推动整机以较低运营成本实现平均利用率10倍至20倍的驱动力。利用这些技术的按需交通/共享高利用率商业模式可以降低资本、能源、维护和试点/驱动的成本。重新激活交通的可达性可以改变人们的生活、工作和娱乐场所，并使农村地区与城市地区拥有平等的竞争能力。尽管在最近十年里，电池动力飞机仅限于数百英里的飞行，但有许多50-300英里的飞行可以在电动飞机上很好的实现，而且成本也比涡轮飞机低得多。在能源和交通时代的这个过渡时期，就像任何颠覆性的过渡一样，基础的工程技术变革通常伴随着大量的下游变化。因此，对市场假设是必要的，因为技术、法规、社会和人类行为之间的交叉点有很大的不确定性，所以通过自然选择（即遗传算法）找出未来消亡的突变和将茁壮成长的突变非常重要。而电动涵道风扇（EDF）作为一种技术基因突变，提供了鼓励整机构型发生变化的特征，随着时间的推移，将很可能成为主导飞机的新物种。

 

 

 

— 1 —

 

电动喷气时代的机遇

 

新的推进技术一直是将飞机提高性能的关键。活塞和涡轮航空时代定义了大多数航空市场的性能极限。涡轮风扇是最新的涡轮机进步，其风扇压力比（FPR）约为1.4（而传统涡轮风扇为约1.7），可提高约10%的推进效率。目前大多数电动飞机都专注于螺旋桨解决方案，其基础是实现约1.01的极低FPR，在低于200节的速度下提高整体推进效率。EDF有机会在1.05至1.20的FPR下运行，在200至400节的速度上获得最佳推进效率，使得在这些速度下与传动涡轮风扇相比推进效率可以额外提高5-10%。随着电推进技术的成熟，特别是电池比能量水平的提升，由于认证飞机固有的高成本，以及需要更好地摊销固定成本（资本成本、飞行员/自主性、保险、机库和着陆费等），电动飞机需要达到更高的飞行速度，从而提高生产力。虽然大型电动商用飞机（>19名乘客）可能还需要十年的时间，但小型无人机和通用航空飞机将受益于电动喷气推进的高速和额外的有利特性。因此，Whisper Aero专注于超越当前孵化的低性能电动螺旋桨时代技术，转而专注于实现即将到来的高性能EDF电动喷气飞机时代。

 

 

电动飞机的速度与FPR推进效率的机会空间

 

 

 

 

— 2 —

 

无人机市场空间机会

 

广泛的新航空市场正在发展，有望在更广泛的社会阶层中实现更多日常近距离服务。包括小型娱乐无人机已经进入商业用途，用于保险/房地产检查、安全监控和许多其他新兴应用。最初的小型无人机配送是从美国有限的超视距（BVLOS）业务开始，亚马逊Prime Air、谷歌翼和Zipline等公司配送2-5磅重的包裹。Elroy和Pyka等大型货运公司也开始在农村地区进行试飞。这些任务往往侧重于较短的距离（5-50英里），该任务距离已经可以用目前的电池能力来执行。这些任务的目的是在离人口、住宅和企业很近的地方运行，因此社区的接受性可能是试验这些大规模配送并实现规模经济的最重要因素之一。

 

社区批准的两个决定因素是安全和噪音，EDF由于没有暴露的叶片在安全方面具有优势。近距离安全和噪音也是国防部无人机市场在监视、货物运输和弹药平台任务中的主要关注点。由于探测能力，国防部无人机比民用无人机更重视超低噪音能力，高速无人机也需要显示出增强的生存能力、机动毁灭和快速徘徊的任务机会。

 

 

 

最近，无人机配送市场的Zipline从一架带降落伞有效载荷的起飞和净回收CTOL无人机转变为一架垂直起降无人机，该无人机以300m的高度悬停，用远程动力放置无人机交付的包裹。这表明：

 

1.Zipline了解降落伞有效载荷的交付方式存在不确定性，用户无法接受，因而需要VTOL无人机解决方案；

 

2.在使用开放式螺旋桨多翼无人机时，使用70英尺高空降落进行类似谷歌之翼或亚马逊Prime Air的交付噪音水平太高，无法被社区所接受；

 

3.无人机在与地面的相互作用中要求没有暴露的螺旋桨。Zipline的方法嵌入了风扇吊舱，将有效载荷从300英尺高空盘旋的母无人机一直定位到地面。虽然这是一种减少社区化噪音暴露的方法，但它是一种运行复杂的方法，会显著降低可用有效载荷水平。

 

 

 

在300英尺的距离内，系绳动力学和风也将使定位放置变得具有挑战性，并降低调度的可靠性。任何无人机配送解决方案都需要专注于规模化的运营验收，否则配送成本是不切实际的。在规模化的市场未来，无人机用长系绳在300英尺高空悬停将在整个垂直平面上产生低空空域障碍，系绳会干扰其他交通（视觉或激光雷达传感器无法检测到细线）。最佳无人机配送的长期答案是一种安静、安全的方法，不需要额外的有效载荷操作；这需要新的技术，而不涉及复杂的操作方法。EDF在悬停时有自身的优势，因为该技术能够实现比螺旋桨更高的效率（静态推力效率），EDF也将加入这场无人机配送竞赛当中去。

 

 

 

 

AAM市场新兴的小型和大型商用无人机

 

 

 

— 3 —

 

城市空中交通市场机会

 

迄今为止，大多数电动航空技术的发展都集中在城市空中交通飞机的开发上，该飞机的航程较短（15-50英里），可搭载2至4名乘客。主要原因是因为与现有直升机相比，电动垂直起降（eVTOL）能够显著提高（3至4倍）安全性、巡航效率、社区噪音、排放和运营成本。这种对现状的颠覆性改善往往会吸引风险投资，按需运输商业模式（如Uber）也为创新商业模式提供了新的机会。

 

 

市内出行的短距离需求正好和当前的电池能力非常匹配，包括在早晚高峰时段进行多次背靠背出行的能力，对拥堵出行时间的节省最为明显，较低的运营成本可以实现2-3美元/乘客英里的规模旅行成本水平（相比之下，提供最接近安全和性能比较的多引擎直升机远高于10美元/乘客英里）。同时在拥堵时期的拼车会使得旅行成本达到汽车同等水平，因此可能会有人愿意支付有竞争力的附加费，以证明节省时间是合理的。然而，为了让空中拼车旅行具有令人信服的时间节约价值，eVTOL飞机需要能够在城市的许多地方降落，才能在距离最终目的地不远的地方着陆。运营这些城市垂直起降机场的费用需要通过高频的运营服务来维持，而高频运营反过来又要求eVTOL在必要的短距离范围内实现前所未有的降噪水平。涵道推进器提供了从涵道唇缘表面产生近50%静态垂直升力的机会。封闭式旋翼/风扇还解决了Uber Elevate广泛客户体验调查中了解到的用户感知问题（固有的暴露叶片安全问题），有超过70%的受访者表示，对不得不在敞开式的旋翼附近行走/乘坐感到不适（即使旋翼没有旋转）。

 

 

 

 

用于城市空中交通市场的新兴eVTOL飞机（Joby Aviation、Archer、Vertical Aerospace）

 

 

 

毫无疑问，典型的长途城市通勤成本最优解决方案取决于1-2名乘客的eVTOL飞机与汽车的市场交叉点。这种方法提供了最具竞争力的成本，避免了乘客共享的复杂性，并最大限度地减少了空载需要重新组合航班。Lilium的尝试已经表明尝试使用高桨盘载荷EDF是不现实的，由此产生的高比功率与电池的兼容性较差。特别是在高功率垂直起降着陆期间，存在电压骤降的问题，这使得保证电池可用容量+20%变得没有可能性，迄今为止，任何正在开发的电池技术都没有解决这一问题。Whisper Aero已经确定了EDF和eVTOL的集成方法，以避免高桨盘载荷，以及增加大型涵道的润湿面积。这种方法在1-2名乘客的情况下尤其关键，因此，谁能提供特别适合近距离运行和用户偏好的超安静和安全的eVTOL能力，将会推动竞赛再次开始。

 

 

 

 

 

 

— 4 —

 

区域空中交通市场机遇

 

如今的支线涡扇和涡轮螺旋桨飞机实现了令人印象深刻的航程、速度和有效载荷能力，但在较短的距离内运行效率低下，维护成本高，导致航空公司每乘客英里的运营成本高昂。此外，许多当地社区正施加巨大压力，要求关闭小型机场，主要原因是噪音（圣莫尼卡市政机场）、污染（里德山景机场）、土地开发机会（梅格斯菲尔德机场）和安全问题。小型机场关闭一个不太明显的原因是，当地居民在承担这些问题的同时没有从基础设施中获得好处。为了使区域空中交通（RAM）在50至500英里的距离内扩大规模，提供有意义的运输价值，需要突破性的飞机技术，该技术可以为航空公司带来盈利能力，同时缓解安全和社区可接受性问题，并提供可负担和乘客的舒适度。以及在这些行程距离上可以与主流汽车展开出行灵活性的竞争。根据美国交通部公布的乘客出行数据，这些RAM出行的可触及市场是500英里以上出行市场的7.5倍。除了连接大城市和大型飞机的几条高需求航线外，由于当今的小型飞机无法满足客户期望的同时执行此类任务，很大一部分区域航空旅行需求没有得到解决。为了帮助当地社区改善航空服务的可用性，美国在2023年提供3.5亿美元的补贴，通过基本航空服务（EAS）计划为航空公司提供区域航线。而配备Whisper Aero分布式电推进系统的新型飞机旨在解决当今阻碍RAM市场的这些问题。

 

Whisper Aero的概念方法利用了分布式电推进的优势，同时避免了电动垂直起降（eVTOL）飞机遇到的挑战（即高起飞和着陆功率、高电池比功率、缺乏监管框架、高采购和运营成本）。避免垂直起飞和降落功能可以节省动力，而这些动力可以用来显著增加航程。明天的支线飞机将能够提供长达500英里的航空服务，连接美国各地的乘客，同时对起飞所需的基础设施也要更简单，可以利用已经存在拥有3000英尺跑道的区域机场（美国各地有5000多个公共小型机场）。RAM的电动常规起降（eCTOL）飞机需要的投资远低于UAM 的eVTOL。据估计，电动航空70亿美元投资中只有约10%用于eCTOL飞机，其余约90%用于eVTOL。这是由于与现有产品相比，近期的eCTOL飞机没有提供相同程度的改进。而与现有直升机相比，eVTOL飞机的成本降低了3-4倍，噪音降低了10-100倍，速度也有所提高。对目前正在开发的eCTOL飞机分析表明，与现有的CTOL飞机相比，成本仅降低了10-30%，噪音也略有下降，速度也有所下降。这样的改进不足以使RAM市场的需求发生重大变化。

 

 

 

图片

 

RAM市场的新兴eCTOL飞机（Evion、Bye Aerospace、Heart Aerospace）