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《飞控系统：eVTOL 产业链的明珠下游需求和国产替代共驱》钛祺智库报告分享

人气：1 发布时间：2024-11-13 03:45:16 来源：小九直播平台

飞控系统承担航迹控制、姿态控制和飞行增稳等核心功能，是 eVTOL 中最为关键的系统之一。飞控系统包括传感器，飞控计算机、作动器和控制显示四大子系统，其中计算机子系统是飞控系统的控制计算核心。载人 eVTOL 飞控系统多要求采用多余度技术提高可靠性和安全性，也对载人飞控行业构成了极高的技术壁垒。产业趋势上，简化飞行操纵（SVO）是有人驾驶 eVTOL 的重要发展趋势，我们大家都认为 SVO 趋势下飞控价值量有望提升；同时，随着汽车业巨头入局 eVTOL，智能座舱、无人驾驶等先进汽车电子技术也有望推动航空电子（包括飞控）行业发展。

政策松绑，2030 年全球 SBW 线控转向市场规模有望超千亿元。2022 年初，汽车转向新国标删除了执行 20 年的不得装用全动力转向机构的要求(线控转向即为全动力转向)，线控转向有望在智能化趋势下逐步取代传统转向系统。据电动汽车联盟发布的《智能电动底盘技术路线年全球线亿元，期间 GAGR 为 40.2%；2025 年中国线亿元，期间 GAGR 为 42.8%。

飞控系统承担航迹规划、姿态控制和飞行增稳等核心功能。飞行控制管理系统（Flight Control System）简称飞控系统，是用以全部或部分地代替飞行员控制和稳定飞机的运动，并能改善飞行品质的反馈控制管理系统。除具有无人驾驶仪的功能外，飞控系统还可改善飞机的操纵性和安定性，实现航迹控制、自动领航、自动着陆、地形跟随、自动控制机动飞行中机翼载荷分布、自动瞄准和编队飞行等功能。飞控系统几乎与所有机载系统都存在数据交联，同时运行安全关键的复杂控制算法，因此是 eVTOL 中最为关键的系统之一。

传统民航客机的飞控系统由飞行增稳控制的内回路和控制航迹、姿态的外回路组成。前者为主飞行控制管理系统(PFCS)，后者为自动飞行控制管理系统(AFCS)，分工上：

主飞行控制管理系统中，飞行增稳控制是最重要的功能，其最大的目的是通过增稳或控制增稳控制律，调节飞机纵向短周期模态、横航向滚转和荷兰滚模态特性。此外，主飞行控制管理系统还具备飞行包线保护功能，可以对速度、过载、姿态和角速率等控制指令进行限幅，实现边界限制来提高飞行安全性和可靠性。

自动飞行控制管理系统一般来说包括无人驾驶仪（AP）、飞行指引（FD）和自动油门（A/THR），在三者的联合工作下可实现对飞机的速度、高度、姿态和航向、航迹的控制。

电传操纵技术成熟推动 eVTOL 出现。飞行控制早期采用机械式传动系统，通过机械结构实现操纵指令的传输和反馈。但随着飞机尺寸、飞行速度等性能表现提升，机械式操纵的难度愈发显著。电传操纵（Fly-by-wire，FBW）系统使用电子信号代替物理运动，通过飞控计算机对各个舵面发出控制指令，FBW 的出现完全解决了操作指令传输距离和失真的问题，并且极大节省了空间和重量，成为当前的主流飞控系统。面对 eVTOL 数量庞大且复杂的作动机构，FBW 技术也可实现精准的操纵控制，是 eVTOL 出现的重要技术推动力。

飞控系统包括传感器、飞控计算机、作动器和控制显示四大子系统。电传飞控系统经过了多代的迭代发展，其组成通常能分为四个子系统，包括计算机子系统、作动子系统、传感器子系统和控制显示子系统（无人机该功能由地面站完成）。

电传飞控系统工作时，1）驾驶员的操纵指令通过数据总线发送到飞控计算机，同时飞控计算机也接收来自惯导和大气数据传感器等传感器的姿态、角速度、加速度和大气数据等信号（图中黄色部分）；2）飞控计算机对接收的信号进行循环冗余校验、完整性校验和信号表决后，用于控制律的计算，并将作动指令发送到航机控制电子器件（图中橙色部分）；3）航机控制电子器件控制对应的舵机/舵面运动，实现飞行控制（图中蓝色部分）。

余度技术提高飞控系统可靠性和安全性。根据交通运输部颁布的《运输类飞机适航标准》第 25.1309条，运输类飞机上的设备、系统及安装（包括飞控系统），其灾难性事故概率需低于 10-9 /飞行小时。而单系统的飞控可靠性有限，最多能做到灾难性事故率小于 10- 5 /飞行小时，为了进一步提升系统的可靠性，就需要通过增加冗余，即构建多余度的飞控系统，并在不同飞控计算机之间建立内部数据交互和投票机制。此外，建立异构的多余度飞控计算机能更加进一步降低整套系统的故障率。

计算机子系统是飞控系统的控制计算核心，内部采用模块化设计。飞控系统的计算机子系统主要完成如下四项功能：1）多余度供电的二次处理和转换；2）系统控制、调度、容错及控制律计算；3）外部接口信号的调制解调处理；4）伺服控制、伺服控制律计算及伺服驱动。当飞控系统采用多余度同步实时工作设计时，计算机子系统被赋予的功能将更多。考虑到计算机机箱及板卡板载面积限制，计算机子系统在硬件实现上一般会用功能模块的形式存在，包括：电源处理模块（PS 模块）、CPU 模块、I/O 模块和伺服控制模块。

全部功能模块集中于机箱内，通过总线通信形成电传飞控系统。功能模块是计算机子系统的核心，不同功能模块可通过机箱内的高速总线通信，或可通过机箱外的低速总线通信，将集成了功能模块的机箱之间进行多余度配置，便可形成集中式的电传飞控系统。

传感器子系统需通过信号表决提高信号的可用性和完整性。硬件层面，传感器子系统中通常包括杆/脚蹬指令、加速度计、三轴角速率计、迎角/侧滑角、动压/静压/总温计及组合惯导等装置。架构层面，虽然目前很多传感器通过内部监控方法（电压/电流监控、频率监控等）识别“无效”数据，但仍有 5%-10%的漏检率，因此电传飞控系统通常通过传感器余度配置，提高信号可用性和完整性，即通过设计外部监控器对多余度传感器进行表决（传感器余度管理），以进一步隔离错误传感器信号，避免对飞机产生不良影响。

作动器子系统采用分布式布局保证系统可靠性。作动器子系统包括舵机和电机，分别操纵副翼、升降舵、方向舵等舵面，和螺旋桨等旋翼。为保证作动器的可用性和完整性，一般会用分布式布局。对于舵机，从失效概概率推算，单侧舵面应具备 2 个舵机，可采用主-主或主-备的设计方式；对于电机，为保证单个或多个电机故障后仍然具备起降或悬停的能力，一般会用 6、8、12、16 个旋翼电机，并提供 1.5-2.0 倍的拉力冗余。对于电机和舵机，均需设计监控器对工作状态进行监测，核心都是保证飞控系统的安全性和可靠性。

简化飞行操纵（SVO）是有人驾驶 eVTOL 的重要发展趋势，飞控系统价值量有望提升。根据 GAMA，SVO 是指能为飞行员或操纵员降低执行飞行相关任务复杂度并且同时能提升安全性的飞行系统、界面、操作和训练方式。目前许多主机厂在第一代 eVTOL 的飞机设计上采用了有驾驶员的方案，但面对气动效应复杂的旋翼与固定翼状态之间的过渡阶段，飞行员很难像自动控制系统一样做到每秒数百次以上精密调整各个动力单元与气动舵面来保证飞机的稳定可控，因此使用飞控软件在部分操作上代替飞行员对实现 SVO 至关重要。但相应地SVO对于eVTOL飞行包线等运行要求更为严格，因此对于飞控系统功能、架构、安全性等方面也提出更高要求，我们大家都认为 SVO 趋势下飞控价值量有望提升。

UAM 下半场关键推动力在于自主化和智能化，自主飞行飞控系统是通往 UAM 最终形态的钥匙。飞机自主化的飞行实现路径是“电传系统-自动飞行-自主飞行”，首先通过电传系统实现所有操纵信号数字化，随后建立自动飞行的能力（即飞行操纵程序化），最后再通过建立视觉感知和决策能力实现自主飞行。SVO 的本质是在某些复杂操作上，用软件替代飞行员手动操纵，相当于“半自动”，目前许多主机厂在第一代 eVTOL 的飞机设计上采用了有驾驶员的方案，因此 SVO 变成了至关重要的要求。但是业界一致认为未来的 eVTOL 应该是“无人”的，即自主的。因此，为降低 eVTOL 经营成本（主要是驾驶员的成本），满足更大规模的低空出行市场，可以在一定程度上完成飞行自主化的飞控系统是远期的终极发展目标。

自动飞行实现有赖于飞行控制管理系统和飞行管理系统相配合。自动飞行目前已是传统民航飞机的必备功能，为降低驾驶门槛、减少经营成本、提高飞行安全性，未来 3-5 年内首批完成适航取证并投入运营的 eVTOL 也都应具备该功能。自动飞行功能的实现，需要通过飞行管理系统（FMS）和飞行控制管理系统（FCS）共同完成——FMS 发挥飞行计划管理、综合导航、性能计算、航迹预测和飞行引导等功能，与自动飞行控制和自动油门系统交联，提供自动飞行能力，并有效提升飞行安全性和经济性。

自动飞行趋势推动 FCS 和 FMS 设计向综合化发展。传统民航客机的硬件分布上，飞行管理系统一般驻留在综合模块化航电平台（IMA）中，而飞行控制管理系统一般集成在独立的多冗余飞行控制模块（FCM）中。而在 eVTOL 上，出于简化操作、轻量化、集成化和经济性的考虑，可参考民机综合化航电和汽车域控制器的发展的新趋势，将飞管系统从 IMA 中剥离出来，与飞控系统共同集成在飞行控制模块，对 eVTOL 自动飞行功能做综合化设计。此外，综合化趋势也将更好地适应未来 eVTOL 从自动飞行升级到完全自主飞行。

汽车巨头入局有望以汽车电子先进的技术赋能飞控行业发展。汽车电子领域域控制器将原本需要多个 ECU 实现的核心功能集成，再加上数据交互的标准化接口，极大降低车载电子系统的开发和制造成本。当前航空电子和汽车电子均正从分布式联合架构向综合集成式架构转变，随着众多汽车厂商布局 eVTOL，他们在带动汽车、航空上下游供应链发展的同时，也会积极尝试成熟的汽车电子先进的技术如智能座舱、无人驾驶等在 eVTOL 上的应用和优化，推动飞控行业发展。

微、小、轻型无人机飞控系统无需适航认证。与 eVTOL 飞控系统功能类似，无人机（特指微、小、轻型无人机）的飞控系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务、返场回收等整个飞行过程的核心系统。与 eVTOL 飞控系统差别在于，根据 2024 年 1 月 1 日正式施行的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》，从事微型、轻型、小型民用无人驾驶航空器系统的设计、生产、进口、飞行、维修以及组装、拼装活动，无需取得适航许可。因此，无人机飞控系统在安全性要求和技术复杂性上相较 eVTOL 飞控均大幅放松。

无人机飞控系统硬件部分由机载和地面站两部分所组成。以多旋翼无人机的飞控硬件为例，机载部分主要由主控制器、从控制器、各传感器和无线数传（Air 端）组成。传感器获取的信息分别通过不同的通信接口发送给控制器，控制器通过串口连接无线数传模块，实现与地面的信息交互。地面站部分主要由地面站、无线数传（地面端）和遥控器组成。

无人机主机厂多进行飞控自研。目前市场上飞控产品品种类型繁多，根据安全标准和智能化水平可用于不同应用场景。消费级飞控系统大多数来源于于高通（Qualcomm）、以及 Skydio、 Parrot、大疆等无人机主机厂自主研发。许多工业级飞控产品起源于 PX4 或 Ardupilot 等开源平台，并针对特定需求和场景进行产品化。工业级飞控产品供应商最重要的包含 3DR、 Auterion 等，大疆、Ascending Technology 等主机厂进行飞控自研。

2.1 商业化提速 eVTOL 有望加速放量，民用无人机受益低空经济发展

eVTOL 产品日臻成熟，商业化步伐不断提速。自 2009 年概念机首度亮相，eVTOL 便以其颠覆性的空中交通潜力吸引了全球关注。2016 年，Uber 提出空中出租车计划“Uber Elevate”，在欧美市场引发 eVTOL 热潮。2019 年，EASA 针对小型 eVTOL 的航空管理规定出台，进一步加速行业发展。在此期间，亿航智能、Joby、Archer 等领军企业相继上市，长期资金市场对 eVTOL 和 UAM 关注度逐步升温。2023 年 12 月，亿航智能 EH216-S 获得全球首张无人驾驶载人电动垂直起降航空器适航证开启商业化交付；2024 年 7 月，亿航智能 eVTOL 运营合格证申请获中国民航局受理，标志全球 eVTOL 产业高质量发展进入新阶段。根据保时捷管理咨询预计，2024 年将成为全世界 eVTOL 商业化运营元年。

国内民用无人机受益低空经济发展。根据赛迪顾问《中国低空经济发展研究报告（2024）》，中国民用无人机产业高质量发展日趋成熟，产业规模持续扩大，2023 年中国民用无人机产业规模达到 1174.3亿元，同比增长 32.0%，占低空经济总规模约 23.2%。展望后续，我们大家都认为在行政法规、产业政策、新兴产品三重驱动下，民用无人机产业有望持续增长。

优化调整出口管制打开民用无人机行业市场空间。与此同时，2024 年 7 月 31 日商务部会同有关部门发布了关于优化调整无人机出口管制措施的公告，取消对特定消费级无人机的临时管制。我国无人机一直处在国际领先水平，仅广东省消费级无人机份额占全球 70% 以上，工业级无人机份额占全球 50%以上，此次调整体现了统筹发展和安全的管制理念，消费级无人机管制优化有望进一步打开我国无人机行业发展空间。

eVTOL 和无人机飞控行业前景广阔，2030 年全球市场规模有望近 130亿美元。飞控是无人机和 eVTOL 的必须零部件，受益下游航空器整机需求拉动，市场规模有望持续稳健增长。据航空产业网测算，2023 年全球无人机（含 eVTOL）市场规模约 320 亿美元，其中飞控市场规模约 45 亿美元（占比 14%）；预计到 2030 年全球飞控市场规模将增长至 130 亿美元（按 2023 年离岸人民币平均汇率 1 美元兑 7.0585 块钱换算，2030 年市场空间约 916 亿元人民币），7 年 CAGR 约 16.4%。

eVTOL 放量打开飞控系统远期市场空间。根据 Rolls Royce 和 Roland Berger 预测， 2030 年全球载人 eVTOL 载运量约 7000 架，到 2040 年增长至 4.7 万辆，到 2050 年将达到 16.1 万架，且 2050 年亚太地区在运 eVTOL 数量占比为 51%。展望远期，随着 eVTOL 产品成熟进入量产阶段，配套的高价值量 eVTOL 飞控亦将跟随放量（航电飞控成本占 eVTOL 制造成本约 20%），打开飞控系统远期市场空间。

海外 eVTOL 飞控以第三方供应商为主。有别于国内产品策略上的百花齐放，目前海外的 eVTOL 市场上绝大多数主机厂都坚定地选择了城市内或城市间高安全等级客运级飞机的产品路线，这也使得这些主机厂大多选择与第三方飞控系统供应商合作。

霍尼韦尔是行业龙头。当前市场占有率最高的飞控厂商是霍尼韦尔，其飞行控制管理系统采用 SVO 设计理念，将飞行控制功能和飞控架构与显示器、飞行管理、故障警告整合到一台计算机中，迈出综合式航电系统的第一步，飞控系统大范围的应用于波音787、商飞ARJ21、商飞 C919、巴航工业 E170/190 等机型。2023 年霍尼韦尔宣布在新一代电动飞行器的 AAM 领域已经获超过 100 亿美金的订单，公开的客户有 Vertical、Lilium、Supernal 等。

海外 eVTOL 飞控行业玩家背景强劲。除此之外，空客的飞控系统供应商泰雷兹也活跃在 eVTOL 市场，为巴航工业旗下的 EVE、日本 SkyDrive 等主机厂提供飞控系统。塞峰集团 24 年 6 月收购了柯林斯航空的飞控部门，并成为 Archer 的飞控系统供应商。美国航空巨头德事隆（塞斯纳和贝尔直升机的母公司）收购了德国初创公司 Amazilia Aerospace，将分别为德事隆旗下的蝙蝠飞机 Pipistrel 和贝尔直升机的 eVTOL 机型提供飞控系统。

适航性是核心KNOW-HOW，国内载人飞控研发较为空白。eVTOL的适航安全等级要求与民航一致，这在某种程度上预示着需要对飞行中的各种故障进行穷举，评估各类故障尤其是突发的极端场景的影响。为通过适航审定，这种正向研发过程需要研发团队对产品所使用的技术做到无知识盲区，解说清楚每个设计点的设计按照和标准，这需要研发团队在多个客户的机型上经历多年科研阶段工作才能做到。不难发现，海外 eVTOL 飞控供应商大多有民航大飞机飞控的研发背景，我国 C919 大飞机地飞控系统由霍尼韦尔提供，国内总体来说在载人飞控系统开发方面基本为空白。

G7 国家限制飞控系统出口，eVTOL 飞控国产替代势在必行。1987 年，G7 国家（加拿大、法国、德国、意大利、日本、英国和美国）建立了导弹及其技术控制制度，旨在防止一切可以运载核武器、化学武器和生物武器的导弹和无人驾驶航空飞行器及有关技术的扩散。成员国目前增至 35 个国家，而我国尚未加入。加之价格、合作模式等原因，霍尼韦尔等海外飞控公司尚未与国内任何 eVTOL 主机厂建立合作，并且考虑到大国博弈及其引发的逆全球化，我们大家都认为未来与海外飞控厂商的合作也面临一定的挑战和风险。而低空经济作为新质生产力，自主可控也必然是核心要求，eVTOL 飞控系统国产替代势在必行。当前狮尾智能、边界智控、昂际航电、中航 618 所等有望在 eVTOL 飞控领域率先实现突破。

3.1 狮尾智能：拥有完整民机飞控开发经验，飞巡与 eVTOL 研发良性循环

国产航电飞控系统领跑者，团队核心成员拥有完整的民机飞控适航项目开发经验。狮尾智能成立于 2019 年，2020 年完成天使轮融资，2024 年 7 月成为纵横通信（603602.SH）全资子公司。狮尾智能主营业务涉及 eVTOL、中大型无人机等领域的飞控系统研发及复杂场景下工业无人机的各种应用。狮尾智能团队关键人员来自于霍尼韦尔等国际航电供应商以及北大、北航、交大等高校，是国内经历完整民机飞控适航开发项目的顶级科研队伍。

狮尾智能 2023 年已开始盈利，无人机应用业务与 eVTOL 飞控研发相互促进。在城市工业无人机应用领域，公司形成一套自动化的城市飞巡解决方案，截至 23 年底已累计巡检超过 1000 万平方米；在载人飞行器领域，针对各类航空飞行器提供面向适航的自动飞控系统。据空天界采访，目前公司正专注于高端飞控的研发以及产线建设，已与国内许多主机厂建立了不同层面的合作伙伴关系，参与到 eVTOL 适航过程中。据纵横通信调研活动公告，狮尾智能 2023 年已开始盈利，未来将在开展工业无人机应用等业务的同时不断进行飞控研发。

3.2 边界智控：飞控系统供应多家 eVTOL 主机厂，率先进入适航审定阶段

国内领先的飞控供应商，供应多家头部主机厂。边界智控成立于 2020 年，致力于开发符合民用航空适航标准的飞行控制管理系统和无人驾驶系统。目前，公司已完成新一代符合民用航空高安全等级标准的三余度双通道飞控计算机的技术攻关和产品定型，成为国内首家进入适航审定阶段的高安全等级客运 eVTOL 型号的飞控系统供应商。目前公司已供应广汽研究院、沃兰特以及亿维特等多家头部主机厂，完成多款机型首飞，并逐渐进入到正式的产品化和适航阶段，在团队、产品、技术、业务及融资等各方面均实现了业内领先。

3.3 昂际航电：C919 核心航电系统供应商，切入 eVTOL 航电飞控

C919 核心航电系统供应商，切入 eVTOL 飞控系统。昂际航电由中国航空工业和 GE 平股合资组建，成立于 2012年，紫江企业（600210.SH）间接持有昂际航电 5.61%股权。面向民用飞机市场，经营事物的规模覆盖设计、测试、集成、适航取证和售后服务等领域，提供民用航电产品和系统解决方案。昂际航电作为中国商飞的一级供应商，为 C919 飞机提供核心航电系统。同时，公司也为 AAM 市场及航空企业来提供多种解决方案，24 年 2 月与沃飞长空签署 MoU，就 AE200 eVTOL 展开航电套件联合设计、系统集成、适航取证等领域的协同合作；24 年 4 月，与览翌航空签署合作协议，携手开发 eVTOL 项目全尺寸工程验证机的多余度飞控系统，7 月，成功交付览翌航空 LE200 eVTOL 飞控计算机蓝标件和地面站。

飞控国家队，引领国内 GCN 技术发展。航空工业西安飞行自动控制研究所（618 所）是中国航空工业制导、导航与控制（GNC）技术研究中心，围绕飞控、导航、制导等专业的核心技术，提供 GNC 智能系统通用技术平台。飞控方面，618 所重点发展综合飞行器管理、自动着舰、固定翼和旋翼飞机的电传飞控系统、无人机自主控制管理系统等控制管理系统，以及干线客机电传飞控系统、支线/通用飞机自动飞行系统等民机控制系统。旗下中美合资子公司鹏翔飞控作动系统（西安）有限责任公司为 ARJ21、C919 提供飞控系统作动器。

稀缺的高端工业无人机飞控和地面指控系统供应商。企业成立于 2010 年，专注于工业无人机相关这类的产品的研发、生产、销售及服务；2014 年取得无人机飞控系统领域市占率第一；2015 年在国内率先发布并量产垂直起降固定翼工业无人机；目前，公司已成为国内规模领先、最具市场竞争力的工业无人机企业之一，同时也是我国在飞控与地面指控系统领域为数不多的具备高端产品自主研发生产能力的工业无人机厂商。公司飞控及地面指控系统采用了高可靠性分布式架构飞控系统模块设计技术，具备独立的三余度飞控计算机和任务计算机，采用了异构双余度总线网络和分布式的独立控制器，完成了软件及硬件各模块的解耦设计，在实现高可靠性的同时具备强大的扩展性和开放性。

跨界布局飞控系统切入低空经济领域。企业主导产品为高性能高模低缩浸胶涤纶帘子布、帆布，已形成三大系列 100 多个品种。2024 年 7 月，公司公告全资子公司北京多弗海龙飞控科技有限公司注册成立，其营业范围包括与飞行控制管理系统相关的产品与系统的研发、制造、安装、测试和销售自产产品，是公司进入低空经济领域的切入点。

实控人深耕航空赛道。据证券时报报道，恒天海龙实际控制人胡兴荣旗下的多弗国际控股集团长期从事航空业务，下设上海多弗兴荣航空科技有限公司、温州多弗航空产业集团有限公司、加拿大墨菲飞机制造有限公司、意大利多法航空有限公司等多个经营主体，已经推出了轻型直升机、固定翼飞机等产品，无人机产品、飞行汽车产品也正在规划中。