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低空经济系列:减重、减震、降噪新材料新发展

低空经济系列:减重、减震、降噪新材料新发展 材荟智造
2024-08-19
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导读:低空经济应用领域多面开花,无人机及eVTOL或迎快速增长

摘要:

低空经济应用领域多面开花,无人机及eVTOL或迎快速增长

自2009年“低空经济”概念首次提出以来,政府通过多项政策推动了该行业的快速发展。目前低空经济在农业、物流、旅游、巡检和安防等多个领域均有应用,其中农业、旅游平稳增长,物流、巡检、安防增速较快。2022年低空经济市场规模约为2.5万亿,预计2035年增长至6万多亿,2022-2035年CAGR+6.9%,整体市场规模呈现稳健增长。无人机注册数量2022年为95.8万架,预计2035年增长至2600万架,CAGR+31%,无人机数量预计将迅速增加。eVTOL(电动垂直起降)航空器市场仍处于起步阶段,市场规模增速保持较高水平。

复合材料重量占eVTOLs可达到70%以上,超过90%是碳纤维

eVTOL航空器作为低空经济的重要组成部分,在中国正迅速发展,特别是在粤港澳大湾区和长三角城市群。国内有30家以上企业进入eVTOL整机研发领域。由于大多数空中飞行汽车将以电池为动力系统,轻量化是必要的。复合材料符合eVTOLs减重需求,其重量占比水平可达到70%以上。主要应用于结构部件和推进系统(75-80%),其次为内部横梁、座椅结构等(12-14%);电池系统、航空电子设备和其他小型应用(8-12%)。在复合材料使用量上,超过90%的复合材料是碳纤维,大约10%的复合材料将以保护膜的形式使用玻璃纤维增强。eVTOLs使用的复合材料预计将从2024年的500吨增长到2030年的约11750吨,CAGR+69%。

减震及降噪是eVTOLs两大痛点,带动相关新材料快速发展

eVTOLs的减震系统是其设计中的一个重要组成部分,主要系飞行器需要在着陆时吸收较大的冲击,同时在地面行驶时提供足够的舒适性。飞行汽车的另一痛点为降噪,除了从发动机和螺旋桨的改进,还包括新材料新技术的研究,如新型发泡金属吸声材料等。行业角度看,多孔材料特别是聚合物泡沫,是众多现有声振功能材料中最有效的吸音材料之一;聚氨酯(PU)泡沫因其低密度、轻质、良好的机械性能和易于制造而成为吸声应用中最重要的一类聚合物泡沫。时代新材拥有有机硅泡沫密封/减振垫、调谐质量阻尼器、聚氨酯汽车缓冲块及机车牵引装置用弹性圈等减震降噪产品,并拥有高性能聚氨酯材料,作为缓冲块及吸声应用中的原材料之一;广联航空深耕通用航空领域多年,其中复合材料工艺装备、零部件和部段的加工制造技术处于行业先进水平,将推动无人机、eVTOL等业务的快速发展。

低空经济:政策助力多领域发展,市场空间广阔

低空经济,这一概念自2009年由李卫民副教授提出以来,经历了从概念到初步发展,再到快速发展的历程。2010年《关于深化我国低空空域管理改革的意见》的发布,标志着低空经济行业的起步。随着时间的推移,中国政府出台了多项政策,支持和规范低空经济的发展,推动其高质量成长。2023年12月,《国家空域基础分类方法》的发布,进一步明确了eVTOL等通用航空的合法低空空域,为低空经济的多元化应用场景提供了法律基础。

农业领域主要使用植保无人机。根据农业机械工业协会的数据显示,2017-2022年,我国植保无人机的销量由11万台增长至22万台,无人机的销量稳步上升。农作物播种面积保持17千公顷不变,而每架无人机可覆盖的播种面积逐年下降,由1521万平方米降至757万平方米。究其原因,可能在于药液喷洒量加大,导致每小时喷洒的面积减小。以植保无人机销量增速来看,2019年后保持在5%-15%之间,以平稳增长为主。

在物流领域,主要使用消费级无人机和小物流无人机。2019-2022年,我国物流无人机数量由0.9万架增长至2.6万架。物流无人机市场规模显著增加,由0.1亿元增长至69亿元,而相关联的快递业务,也增长至2022年的1105亿件。以增速来看,物流无人机数量及市场规模均保持了较快增长,特别是2022年,无人机数量增速63%及市场规模增速109%,均实现较快增长。

在旅游领域,主要使用载人eVTOL。目前载人eVTOL运用于旅游领域较少,主要是热气球及滑翔伞。2019-2022年,我国热气球市场规模整体保持稳定,略有波动。滑翔伞市场规模由6亿元增长至12.4亿元,旅游直升机市场规模略有提升,由200亿元增长至220亿元。由此可见,旅游领域的飞行器市场规模没有显著变化,这或与其价格高昂、数量较少等因素有关。

巡检领域,主要使用无人机和无人直升机。2018-2022年,我国巡检无人机市场规模显著上升,由24亿元增长至78亿元。巡检无人机的销量也稳步提升,由2.1万架增长至7.7万架。无人机市场规模及销量2019年后均保持了较快增长,基本保持了30%以上增速(除2022年巡检无人机市场规模增速28%略低于30%)。可以预见,无人机所搭载的GPS系统和报警信息技术,有望将会带动无人机在监测数据、防爆检测等方面进一步发展。

在安防领域,主要使用无人机和直升机。2018-2022年,我国安防监控无人机市场规模显著上升,由9亿元增长至87亿元。安防救援无人机的销量也稳步提升,由9.1万架增长至13万架。可以发现,由于无人机在应急通讯、信息采集、交通监视等方面的显著优势,以无人机为代表的无人系统与安防业务持续融合已是大势所趋。

从市场规模来看,根据云图智行披露的信息,2022年中国低空经济行业市场规模为2.5万亿元,前瞻产业研究院预测,到2028年,中国低空经济行业市场规模将达到3.7万亿元。此外,根据中商产业研究院发布的《2024-2029全球与中国飞行汽车市场现状及未来发展趋势》数据显示,2023年中国eVTOL市场规模达到9.8亿元,同比+77.3%,主要集中在中南、华东、华北等地。另预测,2024年中国eVTOL市场规模将增至17.2亿元,同比+76%。

从竞争格局来看,通用航空领域目前是中国航空工业集团、中国航发、中国商飞以及中外合资企业为主,众多原材料和零部件配套供应商为辅的企业格局。

民用无人机领域,当前市场竞争格局已呈现出各自挖掘细分赛道优势的局面。消费领域的大疆创新,物流领域的顺丰科技、京东物流,农业领域的极飞科技,巡检领域的科比特,测绘领域飞马科技。竞争点在于不断挖掘新的业态,以打造自身竞争优势。

从地区来看,eVTOL航空器的发展现状显示,中国企业多为初创公司,更倾向于采用复合翼方案。亿航EH216适航取证进展较快,成为全球首个获得eVTOL航空器型号合格证的企业。eVTOL城市群运营试点在粤港澳大湾区和长三角城市群取得了一定的进展,显示出eVTOL技术在城市交通中的应用前景。

碳纤维材料

碳纤维作为一种高性能材料,价格从每千克几十元至上千元不等,在航空航天领域扮演着重要角色,尤其是在民用和通用航空市场。大丝束碳纤维因其与小丝束相似的强度性能和较低的成本,逐渐在非军用航空领域得到应用,如通用飞机和无人机。然而,小丝束碳纤维因其更高的模量性能,仍然是军用飞机主承力和次承力构件的首选材料。

随着低空经济的兴起,无人机、通用飞机和飞行汽车等领域的碳纤维需求呈现增长趋势。尽管目前这些领域的碳纤维用量相对较小,但随着行业的快速发展,预计将迎来显著增长的行业机遇。

特别值得一提的是,电动垂直起降飞行汽车(eVTOLs)对轻量化和高强度材料的需求推动了碳纤维的增长和应用。eVTOLs为了实现高效的电池动力系统,对结构材料的减重提出了极高要求。复合材料,尤其是碳纤维,因其出色的强度重量比,成为eVTOLs制造中的理想选择。预计到2030年,eVTOLs行业对复合材料的需求将从2024年的约500吨激增至约11750吨,年均增长率高达69%。

减震和降噪材料

减震系统采用双重构件,分别针对发动机沿不同方向的震动,通过相互垂直的减震机制,有效吸收着陆冲击和飞行中的震动,提高稳定性。降噪方面,除优化发动机和螺旋桨外,新型发泡金属吸声材料等创新技术被引入。多孔材料,尤其是聚氨酯泡沫,以其轻质、高效吸音特性,在声振控制中占据重要地位。这些技术的整合旨在提升飞行汽车的舒适性和安全性。

结尾:

随着政策的支持和技术的进步和创新,低空经济在中国展现出巨大的潜力和广阔的市场空间。无人机、eVTOL等新兴领域的发展,不仅推动了碳纤维等高性能材料的需求增长,也为通用航空、物流、农业、旅游等多个行业带来了新的发展机遇。预计未来,随着技术的成熟和市场的拓展,低空经济将成为推动中国经济增长的新引擎,为社会带来更多的便利和效益。

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来源:天风证券

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