低空经济 | （五）空中大脑：飞控系统

低空经济 | （一）eVTOL简介

低空经济 | （二）eVTOL各部分技术概述

低空经济 | （三）空管系统 上

低空经济 | （四）空管系统 下

低空经济产业的发展正在加速，飞控系统作为eVTOL（电动垂直起降飞行器）的核心组件，受益于下游整机需求的推动，市场规模预计将持续增长。2023年，全球eVTOL飞控市场规模为45亿美元，占整个无人机（含eVTOL）市场的14%。无人机市场整体规模约为320亿美元。

预计到2030年，全球eVTOL飞控市场规模将增至130亿美元，年复合增长率（CAGR）约为16.4%，意味着未来7年内，eVTOL飞控市场将迎来爆发性增长。eVTOL的制造成本主要由推进系统、航电与飞控系统、结构与内饰、能源系统以及组装构成。其中，推进系统成本占比最大（40%），而航电与飞控系统占比为20%。这意味着，随着eVTOL的规模化量产，飞控系统的市场价值将同步提升。

随着eVTOL逐步进入量产阶段，飞控系统的高附加值特性将推动行业进一步扩张。根据Rolls Royce和Roland Berger的预测，2030年全球载人eVTOL保有量将达到7000架，2040年增至4.7万辆，2050年达到16.1万辆。亚太地区到2050年将占全球eVTOL市场的51%，成为主要推动力量。

目前市场上以霍尼韦尔、泰雷兹等国际巨头为主导的飞控系统供应商占据较大份额，但由于出口管制和技术壁垒，国内厂商有望实现国产替代。

飞控系统的核心地位

飞控系统（Flight Control System，FCS）是eVTOL飞行器中最关键的组成部分，不仅保障飞行安全，还具有高技术含量，承担航迹控制、姿态控制、飞行增稳等核心功能。其主要职责包括：

航迹控制：确保飞行器按照预设飞行路径稳定飞行。

姿态控制：维持飞行器正确姿态，调节方向和角度。

飞行增稳：通过控制舵面等装置，保证飞行器在恶劣天气或高速飞行中的稳定性。

飞控系统不仅集成了自动驾驶仪，还具备自动领航、自动着陆、地形跟随等功能。它帮助飞行员完成高精度操控，必要时可替代飞行员进行部分或全部飞行控制，特别是在复杂气动条件下。

电传操纵技术（Fly-by-Wire, FBW）

现代eVTOL飞行器中广泛采用电传操纵技术，使用电子信号替代传统机械传动，极大提升操控精度和实时性。与机械操纵相比，电传操纵具有以下优势：

减轻重量和节省空间：电子传输系统无需复杂机械结构，降低了飞行器重量和空间占用。

操控实时性：电子信号控制使姿态调整更迅速、精准。

可靠性：通过多冗余技术，确保系统故障时其他冗余组件可接管控制。

电传操纵技术解决了飞行器大型化、复杂化后的操控难题，也是推动eVTOL发展的重要技术之一。

技术壁垒

飞控系统的复杂性和技术壁垒主要体现在以下几个方面：

a) 多余度技术

飞控系统要求极高的可靠性，尤其是载人eVTOL飞行器，必须在任何情况下都能安全运行。因此，飞控系统普遍采用多余度技术，在系统内设计多套冗余组件。当某个子系统发生故障时，冗余组件可以立即接管，避免飞行失控。

冗余设计：例如，在飞控计算机、传感器和作动器等关键部件中，通常会设置多个备份系统，这些冗余系统通过“投票机制”确保信号准确和系统正常运转。

异构多余度：为进一步提高系统可靠性，一些飞控系统采用异构冗余设计，即不同硬件平台或软件架构的冗余系统共同工作，以防单一类型故障导致系统失效。

b) 适航要求

飞控系统的另一个技术壁垒是适航要求。作为新型飞行器，载人eVTOL必须满足民航飞机的安全标准，特别是在适航审定中，对不同故障模式下的安全性能有严格要求。

根据《运输类飞机适航标准》（第25.1309条），飞控系统必须确保灾难性事故的发生概率低于每飞行小时10^-9。这要求飞控系统在开发阶段通过严格的安全性评估和多次冗余测试，确保在极端故障情况下仍能保证飞行安全。

c) 复杂的控制算法

飞控系统的控制算法非常复杂，需实时处理飞行器的状态数据（如姿态、角速度、加速度等），并根据飞行环境（如气流变化、地形等）进行精确调整。同时，该系统还与推进系统、导航系统等其他系统有大量数据交联，以确保飞行器的整体协调运作。

飞行包线保护：这是飞控系统中的重要功能，用于限制飞行器的速度、过载和姿态，防止其超出安全飞行范围。通过这一保护，飞行员可以在不损坏飞行器的前提下最大限度地操控。

d) 适应多种飞行模式

eVTOL的飞行状态复杂，既有垂直起降的旋翼飞行模式，也有前飞的固定翼飞行模式。飞控系统必须能够在这些模式间顺畅切换，并通过控制作动器和旋翼实现稳定飞行。这要求飞控系统具备高度协调的感知、计算和执行能力。

e) 飞控计算机的模块化设计

飞控计算机是整个系统的核心，负责控制律计算和指令传输。由于飞控系统需要高冗余度设计，飞控计算机内部通常采用模块化设计，分为多个子模块（如电源模块、CPU模块、I/O模块等），以便在硬件上实现冗余配置，并提高系统的扩展性和可靠性。

未来趋势

简化飞行操纵（SVO）：SVO是未来eVTOL发展的重要趋势之一。通过飞控软件代替飞行员执行部分操作，可以大大降低飞行员的工作负担，提高飞行安全性。特别是在eVTOL旋翼与固定翼状态的切换中，飞控系统发挥至关重要的作用，这也意味着SVO趋势下，飞控系统的价值量将显著提升。

自主飞行的终极目标：随着技术的不断进化，eVTOL飞控系统的最终目标是实现完全自主飞行。自主飞行系统将通过飞行管理系统（FMS）与飞行控制系统（FCS）的深度整合，支持从自动飞行向自主飞行的演进。这将彻底改变现有的空中出行模式，推动飞控技术的智能化与自动化升级。

国产飞控大厂

狮尾智能：核心团队由航空航天专家组成，具备高安全等级飞控系统研发能力，已完成新一代三余度双通道飞控计算机技术攻关。

边界智控：参与C919大飞机飞控系统研发，具备民航飞控系统开发经验，已成功开发高安全等级飞控系统。

昂际航电：由中国航空工业集团与GE共同成立，专注于航电系统和飞控系统的研发，推动eVTOL飞控系统国产化。

中航618所（西安飞行自动控制研究所）：中国航空工业集团核心研发机构，承担了C919部分飞控系统研发任务，未来将在eVTOL领域推动国产飞控系统的发展。

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