V-22倾转旋翼机。

V-280倾转旋翼机。

Joby公司的eVTOL。

米-26直升机。

AW609旋翼机。曹楠前言：需求引领技术分化驱动旋翼航空器多元发展　　需求是人类创新的原始起点，早期人类为应对饥饿发明农业工具、为抵御寒冷发展纺织与建筑技术、黑死病推动欧洲公共卫生改革、抗生素因战争伤员救治需求而加速研发、从冷兵器到核威慑的军事科技演进，本质是对“防御”与“控制”需求的回应。人类的需求如同科技进化的“导航系统”——从石器时代的生存挣扎到信息时代的认知拓展，每一次技术革命都成为当时核心需求的答卷。而新技术创造的新场景，又反向塑造人类需求的新维度，形成永动的创新循环。需求的引力塑造科技轨道，科技的星光则照亮人类需求的更深邃夜空。　　人类对于飞行的渴望，从远古的幻想催生出万户飞天到莱特兄弟的首次动力飞行，通过仿生学和物理原理认知的突破，逐步实现飞行的梦想。近现代航空器的技术进步，本质上是一部人类需求与市场力量共同书写的史诗，从当代超声速客机到SpaceX“星舰”火星计划，每一次技术跃迁都对应着特定需求的强力牵引。例如，波音737系列飞机从1967年的初代发展至现今的737 MAX，其技术进步的核心目标始终围绕降低航空公司的使用成本、提升运营效率，该系列实现了显著的提升，累计提效超50%燃油经济性、维护成本持续缩减，全生命周期价值优化；1970年至2020年全球航空客运量暴增45倍的规模效应倒逼空客A380实现单机853座级的运力突破；油价波动与2050碳中和目标更迫使发动机厂商提升燃油效率，并激发厂商投入大量资金研发氢能、生物燃料等新技术。当严苛的经济性指标（成本、效率、环保）与指数级扩张的市场规模形成合力，航空器的每一次材料革新、气动优化与动力革命，本质上都是人类需求在工程领域的具象解码。　　全球旋翼航空器的发展也正在根据人类商业、军事等不同的需求经历技术路线的战略分化。传统的直升机（泛指常规布局的直升机）经过百年发展，形成了成熟的产业体系和应用生态；倾转旋翼技术虽起步较晚，但通过美国V-22“鱼鹰”机型验证了其军用价值；而新兴的eVTOL则乘电动化与自主驾驶及低成本技术浪潮快速崛起。三者因技术特性差异，正沿着不同场景路径演进。倾转旋翼机：高速长航程军事需求下的直升机替代革命　　倾转旋翼机通过融合直升机垂直起降能力与固定翼飞机高速巡航的优势，显著提升了飞行性能。倾转旋翼机的速度可达传统直升机的两倍以上且航程更远（约四倍），具备极大的军事用途。目前，美军装备的倾转旋翼机V-22“鱼鹰”由于其高速化、远程化发展的革命性突破，已经大范围替代CH-46。V-22的后续型号V-280“勇士”更准备全部替代运输型直升机UH-60“黑鹰”和攻击型直升机AH64“阿帕奇”。　　然而，由于倾转旋翼机的机械结构复杂、旋翼倾转过程涉及复杂气动耦合、控制系统精密，导致故障风险较高，V-22飞行事故频发，同时悬停稳定性与机动性弱于传统直升机，限制其在狭小空间或高精度任务的应用，如应急救援、工业作业、消防灭火等等。同时，其较高的应用成本也进一步限制了此构型在海上石油平台摆渡、通航运输等领域的发挥。此外，民用型的倾转旋翼机——意大利莱昂纳多AW609在适航取证过程中事故频发，致使其至今在市场化的道路上举步维艰。eVTOL：开启低空交通革命　　eVTOL采用分布式电推进系统，依托电池技术进步与飞控算法的突破，实现了小吨位、低成本的垂直起降飞行。但由于电池技术和电池能量密度的限制，航程和安全可靠性始终是其投入载人商业应用的瓶颈。不过近年来低空经济政策加速了eVTOL突破瓶颈的进程，2024年中国将低空经济写入政府工作报告后，全国各省市先后出台支持政策，积极培育市场空间。　　eVTOL凭借低成本与自动驾驶技术，正在触发城市交通体系的重构革命。技术是成本的解药，但也可能是风险的温床，唯有敬畏系统复杂性，方使进步可持续。本文不过多探讨自动驾驶的效率、安全、伦理问题，仅就eVTOL限制航程的动力系统进行解析。目前，商用锂电池能量密度普遍在300瓦时/千克左右，仅为航空燃油（12000瓦时/千克）的2.5%。这意味着3吨级以上纯电型号将丧失经济性，即当最大起飞重量超过3吨时，电池质量占比将突破临界点。　　以300瓦时/千克能量密度计算：电池质量占比=航程需求×能耗率/能量密度×系统效率。　　由此，若实现500千米航程（能耗率2千瓦时/千米），电池质量将达机体总重的62%，导致有效商载趋近于零。而传统直升机，如米-26重型直升机燃油质量占比22%，却可实现13吨商载和800千米航程，其功率密度是当前顶级电动系统的8倍。　　当面对电池技术瓶颈短时间不能突破的时候，部分企业选择了发展混动技术，如Joby公司的氢电混动eVTOL实现较长航程的飞行测试，但增加的系统复杂度与轻型化需求形成矛盾，限制其向更大吨位发展。虽然氢气的质量能量密度极高，但是氢气的体积能量密度在常压下极低。即使在高压气态或液态下，其体积能量密度也远低于航空燃油，大约只有航空燃油的1/5到1/3。且利用氢能还要克服其低体积能量密度带来的储存和运输难题。高压气罐和低温液氢罐是目前主要的解决方案，但各有其成本和效率上的技术挑战。由此，物理定律及目前的技术水平决定了eVTOL在可预见的未来将主要聚焦3吨以下市场。常规直升机：中大吨位民用领域不可替代的空中力量　　在快速迭代的航空技术领域，电动垂直起降飞行器（eVTOL）与倾转旋翼机正引发广泛关注。然而，当视线聚焦于中大吨位（通常指起飞重量4吨以上）民用运输与作业的关键场景时，常规直升机凭借其历经数十年淬炼的成熟可靠设计以及相对卓越的安全性依然牢牢占据着不可替代的核心地位。它不仅是特定领域无可争议的空中主力，更是复杂任务环境下安全与效率的坚实保障。　　常规布局的直升机有以下优势：经典的气动布局。单主旋翼带尾桨这种经典布局的直升机构型成为世界垂直起降航空器的主流（数量最多）并非偶然，是空气动力学规律与工程实践长期碰撞、优化后的最优解。主旋翼提供核心升力与操控，尾桨则精准抵消反扭矩，确保飞行稳定。这种构型在动力传递效率、操控响应性与结构可靠性之间达成了精妙平衡，即便在失去动力的情况下，仍可以采用自转下滑的形式安全着陆，经受住了全球范围内数千万飞行小时的严苛考验。　　稳健可靠的动力系统。现代中大吨位直升机普遍装备的大功率涡轮轴发动机堪称工业杰作。其设计冗余充足、维护周期明确、抗恶劣工况能力极强（如高海拔、高温环境），配合成熟的传动系统，为持续重载作业提供了澎湃而稳定的“心脏”。　　安全冗余设计提升生存概率。现代中大吨位直升机都标配双发甚至3发布局。在一台发动机失效的极端情况下，剩余发动机仍能提供足够功率（通常需满足特定性能要求，如A类起飞性能）支持安全着陆或返航，极大提升了复杂环境下的生存能力。　　完善的适航认证与维护体系。全球主要航空管理机构（如美国FAA、欧洲EASA、中国CAAC）针对直升机建立了极其严苛且完善的适航标准（如CCAR/FAR- 27/29部）。从初始设计认证到生产监督，再到贯穿整个寿命周期的强制性维护大纲（MRB）和适航指令（AD），这套成熟的体系构成了保障其持续安全运行的制度基石。　　机体结构具备显著的抗坠毁能力。这包括结构吸能、座椅与约束系统、燃油系统防护等等。　　先进的航电与告警系统。现代座舱集成综合航电系统提供高度集成的飞行管理、导航、通信、监控功能。如健康与使用监控系统（HUMS），实时监测关键部件（传动、旋翼）的振动、温度等参数，预测性维护避免灾难性故障。地形感知与告警系统（TAWS），提前预警与地形或障碍物的潜在碰撞风险。飞行数据记录仪（FDR）/驾驶舱话音记录仪（CVR），为事故调查提供关键数据，驱动持续改进。四轴自动驾驶/增稳系统，有效减轻飞行员负担，提升在恶劣天气或夜航等复杂条件下的操控精度和安全性。　　严格且成熟的飞行员培训与运行规范。中大吨位直升机运行（如海上石油、应急救援等）通常遵循比通用航空更严格的操作规程和资质要求，飞行员需接受针对机型、任务、环境的专业化、高强度的模拟机和实机训练，熟练掌握应急处置程序。　　正是上述成熟可靠与相对安全的核心优势，使得常规直升机在以下中大吨位民用领域成为无可争议的首选，甚至是某些领域唯一可行的解决方案，如：　　海上石油与天然气作业，在远离陆地的钻井平台，倾转旋翼机不适宜在狭小的平台起降、eVTOL的航程又较短，而船舶耗时过长。　　全天候应急救援（SAR），直升机是海上遇险人员唯一的快速救援希望，传统的直升机具备恶劣海况下悬停、绞车救援能力，而倾转旋翼机的悬停能力差、下洗气流强劲等特性，并不适合做救援。eVTOL受限于电池的续航能力也不能胜任此项工作。　　重型吊运与森消作业：精准空中吊装，大型直升机是电力线塔架设、大型风力发电机组件安装、森林消防投送、偏远地区大型结构物（如通信塔、桥梁模块）吊装的绝对主力。其悬停精度和吊运能力、突破地理限制，在无路、高山、沼泽、森林等无法使用重型机械或运输车辆的区域，直升机吊运是唯一经济可行的方案，效率远超任何地面机械、倾转旋翼机或新兴eVTOL技术。　　尽管地位稳固，常规直升机也面临挑战，如运营成本（尤其是燃油和维护）高昂、噪声问题、公众对安全性的持续高要求。制造商正积极应对并持续改进，应用更高效的发动机、先进复合材料、更智能的航电和维护系统，更环保的可持续航空燃料（SAF）以提升效率、降低成本和噪声。结论　　在可预见的未来（10~15年内），倾转旋翼机凭借速度与航程优势将在军事领域发挥重要作用；常规直升机依托可靠性与运载能力继续主导民用中大型运输场景；轻型eVTOL则依托低空经济政策红利开启城市空中交通新市场。这三种垂直起降旋翼飞行器并非相互取代，而是基于各自的技术特点，对应最适合的应用场景或者说细分市场，三者通过技术互补与场景分化，将共同构建未来垂直起降旋翼机产业发展。这个“三足鼎立”的格局是技术特性、经济性和市场需求共同作用的结果。未来10~15年，我们将见证这三条技术路线在各自的主战场加速发展、解决关键挑战，并通过相互借鉴和协同，共同构建一个更加多元化、高效化和立体化的垂直起降航空生态系统。能否克服各自的技术瓶颈，如倾转旋翼的可靠性/成本、传统直升机的效率/成本、eVTOL的电池/适航/空管将是它们能否成功实现预期角色的关键。编者按:　　本文系统探讨了倾转旋翼机、电动垂直起降飞行器（eVTOL）与常规布局直升机三大技术路线在未来航空领域并存的可能性，即倾转旋翼机凭借速度与航程优势将在军事领域发挥重要作用；轻型eVTOL则依托低空经济政策红利开启城市空中交通新市场；常规直升机依托可靠性与运载能力继续主导民用中大型运输场景。三者通过技术互补与场景分化，共同构建未来垂直起降旋翼机产业。研究基于产业动态与技术参数，揭示了“军用倾转旋翼、民用常规直升机、城市立体交通轻型eVTOL”三元格局的形成机制与发展路径。