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圖片來源：蓋蒂圖片社
電動垂直起降（eVTOL）飛機并不代表復(fù)合材料應(yīng)用于交通行業(yè)的第一次機會。復(fù)合材料在航空航天、汽車和船舶終端市場的成功已不是什么秘密， 但電動垂直起降行業(yè)對復(fù)合材料行業(yè)來說就像黃金一樣重要的是其滲透程度。
例如，波音787飛機作為飛機使用復(fù)合材料的領(lǐng)軍者，其50%的結(jié)構(gòu)是由復(fù)合材料制成的。對于汽車行業(yè)，這一數(shù)字要低得多，復(fù)合材料在輕型汽車中占整車重量的8—12%。然而，對于eVTOL，無論制造商是誰，這一數(shù)字平均高達材料混合的70%。
由于大多數(shù)eVTOL將是電池供電的，輕量化是必要的不止一種方式（即，制造更輕的組件，也選擇需要較少組件的設(shè)計）。除此之外，eVTOL還規(guī)定了嚴格的結(jié)構(gòu)要求。正因為如此，復(fù)合材料是eVTOL制造商的一個顯而易見的解決方案。
從機翼和機身這樣的主要外部結(jié)構(gòu)到夾子和支架這樣的次要部件， 復(fù)合材料將在eVTOL 的每立方米中找到應(yīng)用程序 。下圖突出了復(fù)合材料在這種飛機類型中的一些主要應(yīng)用。
復(fù)合材料在eVTOL中的主要應(yīng)用。圖片來源，所有圖片:Stratview Research
根據(jù)Stratview研究公司的數(shù)據(jù)， eVTOL項目中使用的復(fù)合材料中，約75-80%將用于結(jié)構(gòu)部件和推進系統(tǒng)，其次是梁、座椅結(jié)構(gòu)等內(nèi)部應(yīng)用，占12-14%。電池系統(tǒng)、航空電子設(shè)備和其他小型應(yīng)用加起來，將占剩余的8—12%。
eVTOL中使用的復(fù)合材料90%以上將是碳纖維。約10%的復(fù)合材料將使用玻璃纖維增強保護膜的形式。
半汽車批量生產(chǎn)的航空航天質(zhì)量
任何復(fù)合材料部件的材料選擇和制造工藝通常取決于性能要求、部件尺寸和復(fù)雜性以及生產(chǎn)量等因素。然而，對于eVTOL來說，選擇材料還有一個額外的參數(shù)：易于認證 。
原始設(shè)備制造商的首要任務(wù)是讓他們的飛機盡快獲得認證，他們通過挑選經(jīng)過實踐檢驗的材料而不是專注于創(chuàng)新來做到這一點。迄今為止，熱固性樹脂一直是航空航天工業(yè)中使用最多的樹脂類型，而且由于監(jiān)管機構(gòu)對熱固樹脂基體最為熟悉， 90%以上的 eVTOL 原始設(shè)備制造商正在通過豐富的熱固平臺進行認證 。
另一方面，熱塑性樹脂系統(tǒng)僅用于第一代eVTOL的較小部件。然而，隨著生產(chǎn)量增加到每年幾千架飛機，向熱塑性塑料密集型結(jié)構(gòu)的過渡成為不可避免的，應(yīng)用可以增長到小零件以外。也就是說，這種轉(zhuǎn)變預(yù)計是漸進的，在 2030年之前，很可能占eVTOL復(fù)合材料總使用量的不到10%。
在已設(shè)法使標(biāo)題的原始設(shè)備制造商， Jaunt 空中機動性 （達拉斯，得克薩斯州，美國）是一個熱塑性豐富的模型工作，并有一個愿景，使飛機的 99 %可回收。另一個主要使用熱塑性塑料的 OEM 是垂直航空航天 （布里斯托爾，英國）。垂直公司VX 4中使用的轉(zhuǎn)子葉片、電池外殼、內(nèi)部和支架等部件都是用熱塑性預(yù)浸料制造的。
盡管熱塑性塑料的適應(yīng)性會有點慢，但可以說，Hexcel、東麗、索爾維和帝人等主要復(fù)合材料供應(yīng)商已經(jīng)在先進的空中交通（AAM）市場的材料供應(yīng)方面走在了前面。盡管目前熱固性塑料在行業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位，上述所有供應(yīng)商提供的城市空中交通（UAM）材料都包括廣泛的熱塑性塑料，其應(yīng)用范圍從較小的次級部件（如旋翼葉片和支架）延伸到主要結(jié)構(gòu)（如機翼和機身）。
此外，由于eVTOL的產(chǎn)量將是半汽車-數(shù)量高于航空航天，但遠遠低于汽車行業(yè)，即年產(chǎn)量為6 , 000 - 8 , 000架以上的飛機-由于eVTOL將提供城市內(nèi)旅行，他們將入侵汽車市場超過航空航天市場。正因為如此， 來自汽車價值鏈的一些關(guān)鍵參與者，相當(dāng)程度上參與了eVTOL行業(yè)。Joby與豐田的合作， Archer 與 Stellantis 的合作就是兩個例子。
幾千英尺高處的機會
由于eVTOL的原始設(shè)備制造商計劃迅速擴大生產(chǎn)規(guī)模，因此對復(fù)合材料的需求也將遵循類似的軌跡 。根據(jù)Stratview Research最近發(fā)布的報告 ，eVTOL行業(yè)對復(fù)合材料的需求預(yù)計將在6年內(nèi)增長20倍--從2024年的110萬磅增長到2030年的2590萬磅。
復(fù)合材料需求和eVTOL產(chǎn)量:2024-2030年。
2030年，eVTOL行業(yè)對復(fù)合材料的需求預(yù)計將達到6.73億美元，而2024年僅為3620萬美元。東麗（摩根山，美國加州）已經(jīng)抓住了這個機會，因為它已經(jīng)與Joby航空 （美國加州圣克魯斯）和Lilium （德國韋斯林）合作，這兩家領(lǐng)先的公司也在認證競爭中領(lǐng)先。Hexcel （美國康涅狄格州斯坦福）和 Solvay （美國佐治亞州Alpharetta ）也是早期進入公司，并分別與Archer航空 （美國加州圣何塞）和Vertical Aerospace簽訂了合同。
eVTOL行業(yè)不僅將為復(fù)合材料行業(yè)創(chuàng)造機會，還將為整個價值鏈中的其他幾個參與者創(chuàng)造機會。下面列出了eVTOL行業(yè)中的一些關(guān)鍵制造和供應(yīng)合作伙伴。
表1：eVTOL行業(yè)中的一些關(guān)鍵制造和供應(yīng)伙伴關(guān)系。
eVTOL 行業(yè)預(yù)計不會面臨任何產(chǎn)能限制， 許多專家告訴Strtview Research 公司在現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)能的基礎(chǔ)上可以有效地實現(xiàn)最初的年產(chǎn)能小于 1000 架的 eVTOL 計劃 。然而，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大和項目數(shù)量接近每年2000架飛機，如果不集成自動化，將很難滿足數(shù)量需求。
一個后果可能是原材料——具體來說，碳纖維—供應(yīng)約束。AAM代表了一個新的、高增長、高產(chǎn)量的垂直市場，該市場依賴于復(fù)合材料來滿足基本和關(guān)鍵的車輛重量目標(biāo)。將其與復(fù)合材料在商業(yè)航空航天和汽車項目中的現(xiàn)有和新應(yīng)用結(jié)合起來在eV TOL商業(yè)化的最初幾年，我們不難認識到供應(yīng)緊張的可能性。
前面的天空有多晴朗？eVTOL行業(yè)的機會是顯著和真實的，但“革命”面臨著一些阻力：認證、制造帶寬、飛行員供應(yīng)短缺、AAM基礎(chǔ)設(shè)施的可用性和客戶接受度。最后一個挑戰(zhàn)——客戶接受度——是一個重要的挑戰(zhàn)。在eVTOL中飛行的個人感覺越安全和舒適，就越快被采用。
安全、實惠、方便、城市間和城市內(nèi)的空中交通的前景并不遙遠，對于希望逃避地面交通的旅行者來說，這可能是一個非常有吸引力的選擇。也就是說，如果沒有達到預(yù)期，市場的興奮和預(yù)期就什么都不是了。鑒于 AAM 的利益相關(guān)者距離兌現(xiàn)其承諾的目標(biāo)有多近，未來幾年對于 AAM 的利益相關(guān)者來說將是最關(guān)鍵的幾年。在接下來的幾年里，世界將見證一個新的移動時代，讓我們期待eVTOL的價值將超過興奮。