eVTOL博士之杂坛08-Joby技术特征和特征分析

美国在eVTOL领域拥有多家企业，如Joby、Archer、Wisk、Beta、Lilium、EVE、Vertical等，大部分人认为Joby在全球eVTOL技术创新、产品开发等方面取得了显著进展。在适航方面，可能从技术验证角度具有一定优势（率先实现了城市飞行验证），但适航符合性认证方面与国内沃飞长空的类似机型相比，在流程上可能还有些落后。下面简单介绍相关公司情况。

①Joby Aviation，成立时间: 2009年，总部: 加利福尼亚州

②大事件:

公司成立：成立于2009年，总部位于加利福尼亚州。

重要融资：2018年初，获得捷蓝航空和丰田风险投资基金等1亿美元投资；2020年1月， 宣布C轮融资中筹集6.2亿美元，其中丰田汽车投资了3.94亿美元。

Uber合作：2020年12月，Uber将其旗下空中出租车业务Elevate部门出售给Joby，并且额外投资7500万美元。

上市成功：2021年8月，Joby Aviation 与特殊目的收购公司（SPAC）Reinvent Sponsor LLC 达成合并协议，通过SPAC方式在纽约证券交易所上市，股票代码为“JOBY”。

适航认证：

军方适航：2021年2月，Joby 加盟美国空军Agility Prime项目，获得首笔投资，并与美国联邦航空管理局（FAA）商定了倾斜旋翼电动出租的认证路线。

FAA适航：2021年7月，开始了FAA Part 135航空运输证书的认证过程，这是运营空中出租车服务所需的证书。

生产与测试：2023年6月，在加利福尼亚州玛丽娜的试点生产线上庆祝了生产的启动，该生产线上建造的第一架飞机获得了FAA的特殊适航证书，允许飞行测试。

美国空军合同：与美国空军签订了一份价值高达1.31亿美元的合同，需在2024年3月交付首批两架电动飞机。

商业服务预期：计划于2025年开始商业客运服务，商业模式类似于拼车应用程序，即自主经营客运业务。

合作伙伴关系：与达美航空建立了合作关系，达美航空向Joby投资了6000万美元。

城市环境中试飞：2023年11月，在纽约进行了首次电动空中出租车飞行，这是该公司首次在城市环境中试飞。

③Joby技术特征

Joby开发的eVTOL在技术创新、产品开发方面具有如下优势：

1）分布式电推进系统、倾转旋翼设计和飞行控制：S4 配备了6个倾转旋翼，允许飞机在垂直起降和水平飞行之间进行过渡。特别是过渡阶段的控制安全等设计是整个行业的重度难点技术，至少从目前来看，Joby有希望很好突破。S4 采用分布式电力推进系统，提供安全冗余。即使一个或多个旋翼或电机发生故障，仍能安全飞行。这项技术优势国内很多企业也已具备。实现这些功能难度不高，但更重要的是整个行业eVTOL的单点失效的安全功能的稳定性和鲁棒性，以及在实际运行过程中遇到的各类特殊工况下的智能学习和策略应对。

Joby的过渡飞行

2）低振动低噪音水平设计：S4 设计注重低噪音操作，其悬停阶段的噪音水平远低于传统直升机，满足城市空中交通的噪音标准。降噪将成为eVTOL企业产业化竞争和实际运营竞争力的最终体现。降噪途径主要有： a）低桨尖速度：通过降低桨尖速度来减少噪音。b）桨叶综合优化设计：如采用反面翼尖，桨尖的尖削、后掠、下反设计等，有助于提高气动性能和降低噪音。c）分布式电推进系统：通过使用多个旋翼分布可以达到一定降噪目的。d）电机和螺旋桨集成：S4 的电机和螺旋桨集成设计有助于提高效率，同时减少噪音。e）先进飞控系统：个性化的高性能飞行控制系统以及对过渡阶段气动特征和相互耦合的深刻理解，通过优化飞行路径和飞行模式，可以进一步降低噪音。f）低噪音材料：在机翼和机身的制造中，使用轻质且强度高的碳纤维复合材料和表面涂层材料，有助于减少结构噪音。g）电池和电机技术：使用高效率的电池和电机技术，可以减少噪音并提高性能。h）细节设计：在飞机的各个部件设计中，注重细节，如使用低噪音的旋翼和电机，以及优化的气动布局。降噪设计非常重要，将成为各主机厂最终竞争的关键。

各类飞行器噪音对比

4）碳纤维复合材料机身和旋翼设计及量产：使用轻质且强度高的碳纤维复合材料，以减轻重量并提高结构效率。eVTOL的复材使用比例高度80%，必将成为制约各主机厂未来成本降低和整机性能优异的关键（这一部分将在后续推文中详细分析）。

4）大载重能力、长航程、高能力密度电池、高性能电机、高安全性等：S4 设计有较大的载重能力，可搭载1名飞行员和4名乘客，最大起飞重量约为2404公斤。S4 的电池设计支持超过161公里的航程，满足城市间的交通需求。高能量密度电池：使用高能量密度的电池技术，支持超过1万次的充放电循环，具有快速充电能力。使用高性能电机，提供所需的动力和扭矩，同时保持系统的轻量化。S4 设计了多重安全特性，包括电池管理系统和电机控制系统，确保飞行的安全性。

④Joby遇到的挫折

任何一款飞机要想开发成成功的满足广大客户需求的产品，几乎又要经历各种挫折，痛定思痛，不断优化创新才能开发出成熟产品。Joby同样遭受了坠机等技术挫折和股价做空等。这里主要介绍Joby的坠机情况（顺便说一下，其实国内的很多企业，包括头部企业，都发生过坠机事故，很多采取的是掩盖，控制了而已。坠机对公司的发展影响重大，所以应该早点找到类似于广电计量这样的第三方测试验证机构，提供专业试验验证服务，降低测试和试飞风险）。

2022年2月16日，Joby S4在扩展飞行包线的飞行测试中出现故障并坠毁。2024年2月，美国国家运输安全委员会给出了最终的事故调查报告。报告里提到坠机发生时，飞机的指示空速为335 km/h，飞行高度为2700m。坠机直接原因为其中搞一个旋翼叶片（3号动力单元）失效锻炼飞出，同时打到了另外一个动力单元上（4号动力单元），导致另一动力单元的一个叶片随之脱离。紧接着其他动力单元（6号动力单元）也出现了桨叶飞出情况。这一系列的连锁反应最终导致飞机失去控制并坠毁。

在飞行器设计中，旋翼桨叶、发动机/电机等都是“关重件”，是重点检验检测对象，是要确保其安全性的，因为一旦失效往往是机毁人亡的严重后果。

坠毁的Joby

⑤Joby S4主要性能参数

·  飞机类型：电动垂直起降客运飞机

·   驾驶员数量：1名

·   最大载客量：4 名乘客

·   最大巡航速度：322 km/h

·   航程：161 km

·    空重：约1950 kg

·    最大有效载重：约453kg

·    最大起飞重量：约2404 kg

·    旋翼：6个倾斜旋翼

·    电机：6个高性能双绕电机

·    电源：电池

·    噪音等级：

巡航时 45 dB（巡航状态是指飞机在500米的高度以185km/h飞过测量点上方）

起飞降落时 65 dB（起飞降落时测量点距离飞机100米）

·    峰值功率：每台电机 236 kW

·    双绕电机加逆变器重量：28 kg

·    峰值扭矩： 1800 N·m

·    连续扭矩：1380 N·m

·    电池级比能量：288 Wh/kg

·    电池寿命：≥10,000 次

·    电池组比能量：235 Wh/kg

·     机身：碳纤维复合材料

·     视野：客舱大窗

·     尾部：V型

·     起落架：三轮式

·     安全设计：分布式电推进系统、冗余设计和单点失效（如单个旋翼或电机故障可保证安全着陆，以及其他关键部件冗余设计）。