6월 21일, 에서 둥펑자동차그룹유한공사 연구개발본부 수석 엔지니어 왕윈중이 '다양화된 에너지 시스템의 eVTOL 적용'에 대해 견해를 공유했습니다.
01 저고도 경제 발전의 기회와 도전
저고도 경제 발전의 기회와 도전 - 저고도 경제의 정의
저고도 경제는 다양한 시나리오의 저고도 비행 활동이 주도하는 종합 경제 형태로, 저고도 항공기, 저고도 지능형 커넥티드 네트워크 등 기술로 구성된 신질 생산력을 포괄하며, 저고도 제조, 저고도 비행, 저고도 지원 및 종합 서비스 등 관련 산업의 통합 발전을 이끌고 촉진합니다.
저고도 경제가 포괄하는 공역 고도 범위는 지상 1천 미터 이하이며, 지역 특성과 실제 수요에 따라 3천 미터 이하 공역까지 확장할 수 있습니다. 유인 수직이착륙기의 비행 고도는 일반적으로 300미터 이하입니다.
저고도 경제 발전의 기회와 도전 - 저고도 경제의 3대 주요 항공기
저고도 항공기 제조는 저고도 경제 4대 분야 중 가장 중요한 실물 산업입니다. 저고도 항공기는 주로 전통적인 헬리콥터, 각종 드론, 그리고 플라잉카를 포함합니다.
광의의 플라잉카는 저고도 지능형 교통과 입체적 스마트 교통을 위해 설계된 탈것으로, 주로 육공 양용 차량과 전동 수직이착륙기(eVTOL) 두 가지 유형을 포함합니다('플라잉카 발전 백서' 발췌).
플라잉카
원래 육공 양용 능력을 갖춘 공중 이동 수단을 의미합니다. 현재 eVTOL은 저고도 이동을 위한 대중적인 교통수단으로서, 플라잉 카의 중요한 발전 형태로도 정의됩니다.
eVTOL 전기 수직 이착륙 항공기
전기 수직 이착륙 기술을 활용한 전기 항공기로, 활주로 없이도 호버링 및 이착륙이 가능합니다.
친환경적이고 저소음이며 안전성이 높고, 총 생애주기 비용이 헬리콥터의 5분의 1에 불과합니다.
미래에는 보급이 자동차 수준에 근접할 것이며, 대규모 생산과 공급망은 자동차 제조업을 최대한 활용할 수 있습니다.
드론, 헬리콥터, eVTOL(전기 수직 이착륙)은 저고도 경제를 실현하는 세 가지 주요 물리적 캐리어입니다.
드론과 비교하면 eVTOL은 승객과 화물 운송을 넘어 더 넓은 기능을 갖추고 있습니다. 헬리콥터와 비교하면 eVTOL은 저탄소 배출, 저소음, 저비용, 활주로 불필요, 안정성 우수 등의 장점을 제공하며, 점차 도심 항공 이동의 주류 솔루션이 되고 있습니다.
저고도 경제 발전의 기회와 과제 - 저고도 애플리케이션 시나리오
생산 및 운영, 공공 서비스, 항공 소비 등의 시나리오를 나열합니다.
상용화 경로: 비도시 시나리오에서의 강성 수요를 우선시하고, 도시 시나리오에서 먼저 시범 프로젝트를 진행한 후, 후반에 전체 통합을 달성합니다.
저고도 경제 발전의 기회와 과제 - 발전 기회
저고도 경제는 국가 정책의 큰 관심을 받아 왔으며, 정책 발표가 빈번하고 점진적인 저고도 공역 개방을 통해 발전을 촉진하고 있습니다.
이는 입체적, 전기화된, 지능형 교통의 미래 트렌드와 부합하며, 시급히 개발되어야 할 블루오션 시장을 나타냅니다.
고고도: 항공기 ⇒ 비행 (안전 요소와 항공 통제 요구 사항을 고려할 때 민간 항공의 비행 속도를 대폭 높이기 어렵습니다);
저고도: 없음 ⇒ 플라잉 카 (라스트 마일을 위한 지점 간 해결책, 도시 혼잡 완화 및 교통 효율성 향상);
지상: 자동차, 대중교통, 철도 교통 ⇒ 변함없음 (그러나 개인화 범위가 확장되고, 인텔리전스 수준이 깊어지며, 사물인터넷이 더욱 보편화되고, 도시는 더 스마트해집니다);
지하: 지하철 ⇒ 지하철 (향후 30년 이내에는 비교적 작은 변화가 있을 것으로 예측됩니다);
향후 10~20년의 교통 수단은 "신에너지 중심의 고도로 지능화된 입체 교통망이 될 것입니다.
NEV의 전동화·지능화 기술 발전은 저고도 비행체의 전동화·지능화 발전을 촉진한다.
자동차의 규모화, 성숙한 산업 체인 및 전동화 기술 응용은 비행체 비용을 크게 낮춰 향후 보급 및 대규모 상용화를 가능하게 한다.
저고도 경제 발전의 기회와 도전 - 도전 과제
►eVTOL은 크로스보더 통합 제품으로서 관리 기능이 아직 명확하지 않으며 통일된 규정, 표준 및 감항 인증 부재 등 공통된 어려움이 있다.
현재 모두 민간 항공 감항 조건의 '건별 처리' 방식을 기반으로 각 프로젝트별 특수 조건을 별도 제정해야 하므로 주기가 길며, 상대적으로 통일된 인증 기준 마련이 시급하다.
►기술적 돌파구가 여전히 필요하고 시장 견인력 및 지원 시설이 부족하며 비즈니스 모델 탐색이 요구된다.
두드러진 기술 병목: 항속 거리 부족, 통신 보안 취약, 안전 장애물 회피 및 소음 저감 기술 미흡.
인프라 부족: 공역 관리 개선, 이착륙장 구축 및 에너지 지원 네트워크 미비.
시장 견인력 부족: 소비자 인지도 부족, 높은 시장 가격, 제한된 응용 시나리오.
산업 통합 미흡: 통신·항법·감시 시스템 미비, 운용 감독 관리 부족, 산업 간 표준 불일치.
발전 초기 단계에서 국가 및 지방 정부의 정책 지도와 지원을 통해 산업 성장을 촉진하고 지원 인프라를 개선해야 한다.
02 eVTOL 기술 경로 및 핵심 기술
eVTOL 주요 기술 경로 및 핵심 기술 - 기술 경로
기술 경로와 구성은 다양한 응용 시나리오와 기술 발전 단계에 따라 선정되며 다중 경로와 구성이 공존한다.
기술 발전 추세로 볼 때 틸트로터가 점차 주류로 부상하고 있으며 산업 및 기술 발전에 따라 육공 통합 방향으로 진화할 것이다.
eVTOL 주요 기술 경로 및 핵심 기술 - 기술 아키텍처
스마트 콕핏, 자율주행, 파워 및 ESS는 NEV와 공통 기술을 공유하여 산업 체인에서 상호 보완적 이점, 통합 혁신, 협력 발전을 가능하게 합니다.
자동차 산업의 공급망과 규모의 경제는 eVTOL 비용을 낮추는 데 도움이 되며, 잘 구축된 판매 채널은 대중화를 촉진합니다.
자동차 제조사들이 플라잉카 분야의 주요 주체로 부상하고 있으며, 크로스 인더스트리 진출을 통해 브랜드 가치를 높일 뿐만 아니라 플라잉카 개발과 저고도 운영에 투자하고 있습니다.
NEV 산업의 치열한 경쟁이 미래 교통 형태의 조기 채택을 촉진하며, "새로운 차선에서의 추월" 기회를 모색하고, 플라잉카가 중요한 미래 방향으로 부각됩니다.
eVTOL 주요 기술 경로 및 핵심 기술 - 전기 구동 시스템
eVTOL 추진 모터는 높은 토크를 중시하고 지속적인 고출력 출력을 요구하며, 냉각 및 안전 이중화 요구 사항이 더 엄격한 반면, 자동차 모터는 고속 및 출력 밀도에 중점을 둡니다.
핵심 시스템으로서 eVTOL 추진 모터는 매우 엄격한 안전 및 신뢰성 표준을 요구하며, 감항 인증이 필요하여 높은 진입 장벽이 존재합니다.
eVTOL 산업이 발전함에 따라 모터 및 컨트롤러와 같은 핵심 부품에 대한 독립적인 감항 인증이 불가피한 추세가 될 것입니다.
eVTOL 주요 기술 경로 및 핵심 기술 - 동력 배터리
eVTOL 동력 배터리는 방전 능력, 에너지 밀도 및 안전 요구 사항에서 자동차 동력 배터리를 크게 능가합니다.
또한 2023-2035년 항공용 동력 배터리 개발 목표를 제시합니다.
03 eVTOL에서 다양한 에너지 시스템의 적용
성능 요구 사항은 사용 시나리오에 따라 크게 달라지며, 특히 주행 거리에서 다양한 에너지 시스템이 필요합니다.
현재 동력 배터리 성능으로는 200km 이상의 주행 거리 요구를 충족하기 어려워, 하이브리드 동력이 장거리 eVTOL의 실현 가능한 솔루션입니다.
하이브리드 시스템에는 현재 오일-전기 및 수소-전기 하이브리드가 있으며, 오일-전기 기술은 상대적으로 성숙합니다. 연료전지는 무공해와 초장거리 주행을 실현할 수 있지만, 기술 및 인프라의 한계로 인해 정책적 지도와 지원에 크게 의존하고 있습니다.
대형 중형 eVTOL에 하이브리드 동력 시스템을 탑재하면 순수 전기 모델 대비 최대 항속거리와 탑재량을 수 배로 늘릴 수 있습니다.
대형 중형 eVTOL에 순수 전기 동력을 사용할 경우 배터리가 항공기 전체 중량의 40% 이상을 차지해 유효 탑재량 비중이 지나치게 낮아집니다.
수소 연료전지 항공기는 상대적으로 드물게 사용됩니다. 현재 정책적 장려에 힘입어 국내외에서 다수의 수소 동력 항공기 제품이 등장하고 있습니다. 수소 연료전지의 장점은 높은 에너지 밀도에 있지만, 스택 및 시스템의 출력 밀도 제한으로 인해 작은 탑재량과 긴 항속거리가 필요한 제품에만 적합합니다.
둥펑의 하이브리드 동력 시스템: 중국 10대 엔진 '마하 파워' 엔진을 기반으로 1.6T 및 2.0T 항공 엔진을 개발했습니다. 레인지 익스텐더용 보조 발전기 iG2-150: 엔진과의 높은 통합성, 고효율, 우수한 호환성을 갖춘 2-in-1 어셈블리입니다.
둥펑의 연료전지 시스템과 둥펑의 전고체 배터리 등도 함께 소개되었습니다.
》 2025 SMM (제4회) 전기 구동 시스템 컨퍼런스 & 구동 모터 산업 포럼 특별 보고서 보러가기