复合材料的机会：电动垂直起降飞行器（eVTOL）
来源：杨超凡 2023-02-07 11:10:24
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-12883.html 随着 eVTOL 原始设备制造商寻求推进项目认证、生产规模扩大和轻量化，未来空中交通（AAM- advanced air mobility）对复合材料市场的渗透正在向上发展。
电动垂直起降飞行器（eVTOL）并不是复合材料应用于移动行业的第一个机会。复合材料在航空航天、汽车和船舶终端市场的成功已不是秘密。但使 eVTOL 行业与复合材料行业的黄金一样好的是渗透程度。
例如，波音 787 作为飞机复合材料使用的火炬手，其结构的约50%由复合材料制成。对于汽车行业，这一数字明显更低，轻型车辆中复合材料占车辆重量的 8-12%。然而，对于 eVTOL 而言，无论制造商如何，相同的数据平均高达约 70%的材料混合物。
由于大多数 eVTOL 将由电池供电，因此需要在多种方式中实现轻量化（即，制造更轻的组件，并选择需要更少组件的设计）。除此之外，eVTOL 还提出了严格的结构要求。因此，复合材料是 eVTOL制造商的一个明显解决方案。
从机翼和机身等主要外部结构到夹子和支架等小型次要部件，复合材料将在每立方米 eVTOL 中找到应用。下图突出了复合材料在该机型中的一些主要应用。
复合材料在 eVTOL 中的主要应用部位
根据 Stratview Research 的数据，任何 eVTOL 项目中使用的复合材料中，约有 75-80%将用于结构部件和推进系统，其次是梁、座椅结构等内部应用，占 12-14%。电池系统、航空电子设备和其他小型应用组合起来将占剩余的 8-12%。
eVTOL 中 90%以上的复合材料将是碳纤维。大约 10%的复合材料将以保护膜的形式使用玻璃纤维增强材料。
半汽车销量的航空航天质量
任何复合材料零件的材料选择和制造工艺通常取决于性能要求、零件尺寸和复杂性以及生产量等因素。然而，在 eVTOL 的情况下，选择材料还有一个额外的参数：易于认证。
原始设备制造商的首要任务是尽快获得飞机认证，他们正在通过挑选经过测试的材料来实现这一目标，而不是专注于创新。由于迄今为止，热固性树脂一直是航空航天行业中使用最多的树脂类型，而且监管机构最熟悉热固性基质，因此超过 90%的 eVTOL 原始设备制造商正在通过热固性丰富平台进行认证。
另一方面，热塑性树脂系统仅用于第一代 eVTOL 的较小部分。
然而，随着生产量增加到每年几千架飞机，向热塑性密集型结构的过渡成为不可避免的，并且应用可以超越小部件。尽管如此，预计这一转变将是渐进的，并且可能在 2030 年之前占 eVTOL 中复合材料使用总量的 10%以下。
在那些成功登上头条的原始设备制造商中，Jaunt Air Mobility（美国德克萨斯州达拉斯）是唯一一家致力于热塑性塑料丰富模型的制造商，其愿景是制造 99%可回收的飞机。另一家大量使用热塑性塑料的 OEM 公司是 Vertical Aerospace（英国布里斯托尔）。Vertical公司使用的转子叶片、电池外壳、内部和支架等部件 VX4 都是用热塑性预浸料制成的。
尽管热塑性塑料的适应速度有点慢，但可以说，在未来空中交通（AAM-advanced air mobility）市场的材料供应方面，Hexcel、Toray、Solvay 和 Teijin 等关键复合材料供应商已经走在了前面。尽管目前热固性材料在行业中占据主导地位，但所有上述供应商提供的城市空中交通（UAM- urban air mobility）材料包括广泛的热塑性塑料，其应用范围从较小的次要部件（如转子叶片和支架）到主要结构（如机翼和机身）。
此外，由于 eVTOL 的生产量将是半汽车型的，其数量高于航空航天，但远低于汽车行业，即年生产量为 6000-8000 架以上的飞机，并且由于 eVTOLs 将提供市内旅行，因此它们将比航空航天市场更多地侵入汽车市场。正因为如此，eVTOL 行业有来自汽车价值链的一些关键参与者的公平参与。乔比（Joby）与丰田（Toyota）的关系和阿切尔（Archer）与斯特兰提斯((Stellantis)的合作关系就是两个这样的例子。
几千英尺高的机会
由于 eVTOL 原始设备制造商计划迅速扩大生产规模，因此对复合材料的需求将遵循类似的轨迹。根据 Stratview Research 最近的一份报告，eVTOL 行业对复合材料的需求预计将在六年内增长约 20倍，从 2024 年的 110 万英镑增至 2030 年的 2590 万英镑。
复合材料需求和 eVTOL 产量：2024-2030 年
2030 年，eVTOL 行业对复合材料的需求预计将从 2024 年的3620 万美元增至 6.73 亿美元。东丽（美国加利福尼亚州摩根山）已经抓住了这一机会的相当一部分，因为它已经与 Joby Aviation（美国加州圣克鲁斯）和 Lilium（德国韦斯林）合作，这两个领先的公司在认证竞赛中也领先于其他公司。赫氏（Hexcel）（美国康涅狄格州斯坦福德）和苏威（Solvay）（美国佐治亚州阿尔法雷塔）也是首批进入者，分别与 Archer Aviation（美国加利福尼亚州圣何塞）和Vertical Aerospace 签订了合同。
eVTOL 行业不仅将为复合材料行业创造机会，也将为价值链上的其他几个参与者创造机会。以下列出了 eVTOL 行业的一些关键制造和供应伙伴关系。
表 1. eVTOL 行业的一些部件制造和材料供应商
预计 eVTOL 行业不会面临（至少最初不会）任何产能限制。许多专家告诉 Stratview Research，利用现有技术和能力，可以有效地实现初始 eVTOL 计划年产量<1000 架飞机。然而，随着生产规模的扩大和项目数量每年接近 2000 架飞机，如果不集成自动化，将很难满足数量要求。
一个后果可能是原材料——特别是碳纤维——供应受限。AAM代表了一个新的、高增长、高容量的垂直市场，该市场依赖复合材料来满足基本和关键的车辆重量目标。再加上复合材料在商业航空航天和汽车项目中的现有和新应用，不难认识到在 eVTOL 商业化的最初几年中，供应紧缩的潜力。
前方的天空有多晴朗？eVTOL 行业的机遇是巨大而真实的，但“革命”正面临一些逆风：认证、制造带宽、试点供应短缺、AAM 基础设施的可用性和客户接受度。最后一个挑战——客户接受度——是一个重大挑战。乘坐 eVTOL 飞行时，个人感觉越安全、越舒适，领养速度就越快。
安全、负担得起、方便、城际和市内空中交通的前景并不遥远，对于希望逃离地面交通的旅行者来说，这可能是一个非常有吸引力的选择。也就是说，如果没有达到预期，市场的兴奋和预期就什么都没有了。鉴于 AAM 的利益相关者离实现其承诺有多近，未来几年将是 AAM 利益相关者最关键的一年。未来几年，世界可能会见证一个新的移动时代，让我们希望 eVTOL 将变得比兴奋更值得。
注：1. 从事未来空中交通（AAM- advanced air mobility）行业，在设计初就得将产品的认证和复合材料的认证，列入项目的研发规划中。
2. 文中专用名词的中文名称，均来自“百度”
a. 未来空中交通（AAM- advanced air mobility）
b. 城市空中交通（UAM- urban air mobility）
c. 电动垂直起降飞行器（eVTOL- electric vertical takeoff and landing）
3. 原文见：《Composites opportunities in eVTOLs》2023.2.3
文章来源：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-12883.html
