电动垂直起降飞行器（eVTOL）的机身中碳纤维占比异常之高。分析师估计，在典型的四至七座设计中，复合材料占结构质量的 60-70%，其碳纤维使用密度只有最先进的军用飞机可以比肩。原因很直接：电池驱动的空中出租车必须把储能装置当作死重携带，机身上每节省一公斤，都会直接转化为有效载荷或航程。本文梳理最受关注的三款机型——Joby Aviation 的 S4、Archer Aviation 的 Midnight 和 Lilium 的七座喷气机——并解释取证策略如何驱动各自的材料选择。 对复合材料供应商和制造伙伴而言，eVTOL 领域的重要性在于这些项目正在美国与欧洲新建立的监管框架下取证。这种
引言
电动垂直起降飞行器（eVTOL）的机身中碳纤维占比异常之高。分析师估计，在典型的四至七座设计中，复合材料占结构质量的 60-70%，其碳纤维使用密度只有最先进的军用飞机可以比肩。原因很直接：电池驱动的空中出租车必须把储能装置当作死重携带，机身上每节省一公斤，都会直接转化为有效载荷或航程。本文梳理最受关注的三款机型——Joby Aviation 的 S4、Archer Aviation 的 Midnight 和 Lilium 的七座喷气机——并解释取证策略如何驱动各自的材料选择。
对复合材料供应商和制造伙伴而言，eVTOL 领域的重要性在于这些项目正在美国与欧洲新建立的监管框架下取证。这种监管上的新颖性迫使设计团队选择成熟、特性数据完备的碳纤维体系，配备全面的许用值数据，这反过来塑造了整架飞机的材料图谱。
为何取证路径驱动材料选择
eVTOL 飞行器的型号合格审定并不遵循传统的固定翼或旋翼机规则。在美国，FAA 依据《联邦法规》第 14 篇第 21.17(b) 条将 eVTOL 视为特殊类别航空器，申请人必须对照选自第 23 部（小型飞机）与第 27 部（正常类旋翼机）的适航准则，并以项目特定的特殊条件加以修改，证明其符合性。在欧洲，EASA 则适用专门的垂直起降航空器特殊条件（SC-VTOL），该条件在申请人取得型号合格证之前，即对耐撞性、电池和结构要求作出规定。
对复材设计而言，实际后果是材料选择趋于保守：
- 经实战检验的纤维体系：优先选用 T700 级、T800 级等高强度中模量碳纤维，而非超高模量牌号，因为其统计许用值已在多家预浸料供应商的多轮试验中得到验证和公布。
- 成熟的预浸料树脂体系：拥有数十年航空服役历史的增韧环氧预浸料，可提供认证工程师无需展开大量新增试验即可接受的积木式设计值。
- 受控环境固化工艺：热压罐及罐外固化工艺可将孔隙率控制在通常低于 1% 的水平，这是向审定当局证明 B 基准许用值所必需的。
这种保守性意味着 eVTOL 机身采用的是数十年前为直升机和公务机验证过的材料，而非最新型的试验性纤维牌号。
Joby S4：以单片式碳结构实现高节拍
Joby Aviation 的 S4 为五座设计（一名飞行员、四名乘客），配备六个倾转旋翼，巡航速度约 322 公里/小时。其机身采用全复材整体式薄壳结构，蒙皮承担主要的弯曲与扭转载荷，内部框架与翼梁提供局部刚度。Joby 曾描述该结构依赖大型连续碳纤维蒙皮，以最大限度减少零件数量与胶接缝。
S4 的材料图谱以增韧环氧预浸料配中模量碳纤维为核心，在当前生产代表性阶段采用热压罐固化。Joby 的制造体系强调自动化——蒙皮采用自动纤维铺放，预浸料采用自动裁切与套料——因为日产一架的产能目标要求手工铺层无法支撑的节拍。机身的设计使主要结构件得以共固化或二次胶接，减少了紧固件数量与总装工时。
Archer Midnight：以成本为导向的碳纤维机身
Archer Aviation 的 Midnight 可搭载一名飞行员和四名乘客，配备 12 台电动机——其中 6 台专司垂直升力，6 台倾转电动机用于前飞。机身遵循与 S4 相似的路径：碳纤维整体式薄壳结构，集成地板结构、经压力测试的客舱蒙皮与胶接子组件。Archer 从一开始就强调可制造性与成本，目标是实现可与地面出租车服务竞争的每座英里成本。
Midnight 使用航空级碳纤维环氧预浸料体系，其设计许用值专为该机型生成，并作为特殊类别取证的一部分提交给 FAA。与 S4 倚重热压罐工艺不同，Archer 在许用值允许的前提下，积极采用罐外固化与烘箱固化型材料形态，以降低单件能源成本。该公司位于佐治亚州科文顿的制造基地围绕生产代表性的装配线设计，配备自动化钻孔、紧固与检测工位，支撑胶接机身的生产。
Lilium Jet：涵道风扇与 EASA 路径
Lilium Jet 在结构上与前两者不同。它是一款七座设计，机翼与前翼集成 36 个涵道电风扇，机身几乎全部采用碳纤维复合材料建造。由于该机大部分飞行时间处于固定翼巡航状态，机翼结构必须在承载高飞行载荷的同时容纳分布式电推进系统，这使得其机身架构独树一帜——以扭矩盒机翼和轻量化机身筒体为核心。
Lilium 正在 EASA 的 SC-VTOL 框架下取证，该框架与 FAA 特殊类别路径存在实质差异。SC-VTOL 要求满足加强的耐撞性、旋翼包容性与电池安装要求，并对结构设计数据提出独特要求。因此，Lilium Jet 的材料选择反映了欧洲供应商资格认证要求，以及 EASA 对胶接主结构所期望的大量环境与疲劳试验数据积累。
机身架构对比
下表从对复材供应商最重要的维度对比三款旗舰机型：
| 参数 | Joby S4 | Archer Midnight | Lilium Jet |
|---|---|---|---|
| 座位数 | 4 名乘客 + 1 名飞行员 | 4 名乘客 + 1 名飞行员 | 6 名乘客 + 1 名飞行员 |
| 推进布局 | 6 个倾转旋翼 | 12 台电机（6 升力 + 6 倾转） | 36 个涵道风扇 |
| 巡航速度 | 约 322 公里/小时 | 约 240 公里/小时 | 约 280 公里/小时 |
| 主结构 | 整体式薄壳 | 薄壳 + 胶接子组件 | 扭矩盒机翼 + 机身筒体 |
| 主导材料 | 增韧环氧预浸料，中模量碳纤维 | 环氧预浸料，许用允许处采用罐外固化 | 增韧环氧预浸料，中模量碳纤维 |
| 固化方式 | 热压罐（生产阶段） | 热压罐与罐外固化 | 热压罐 |
| 审定依据 | FAA 特殊类别，14 CFR 21.17(b) | FAA 特殊类别，14 CFR 21.17(b) | EASA SC-VTOL |
对供应链的制造影响
三个项目在供应链层面得出同一个结论：它们需要大批量、有资质、可追溯的碳纤维预浸料，远超原型机项目的消耗量。一架生产代表性的 eVTOL 机身约使用 150-300 公斤碳纤维预浸料，按每天一架到两架的产量计算，单家主机厂每月就要消耗数吨预浸料。
这一需求形态对复材采购方有四点启示：
- 供应商资质认定：取证要求每一批纤维从原丝到预浸料全程可追溯，并具备文件化的统计过程控制。
- 许用值所有权：主机厂必须自建并维护自身材料许用值数据库，而非直接沿用供应商公布的数据。
- 工艺能力：孔隙率控制、铺层公差与胶接质量必须保持在比传统航空项目更窄的区间内，因为取证数据是项目专属的。
- 双源策略：监管机构日益要求纤维与预浸料具备可验证的双供应商来源，促使主机厂向多家供应商做等效材料体系认证。
常见问题解答
为什么 eVTOL 飞机比传统飞机使用更多的碳纤维？
电池驱动的飞机必须把储能装置作为质量携带，这与燃油飞机不同——后者在飞行中不断消耗燃油。eVTOL 机身上每节省一公斤，都会直接提升有效载荷、航程或续航时间，因此设计者会尽可能压低结构质量占比。碳纤维复合材料是量产航空材料中比刚度与比强度最高的材料，这正是典型 eVTOL 设计中 60-70% 的结构质量为复合材料的原因。
FAA 特殊类别取证与 EASA SC-VTOL 有何区别？
在美国，eVTOL 依据 14 CFR 第 21.17(b) 条作为特殊类别航空器取证，申请人须对照经特殊条件修改的、选自第 23 部与第 27 部的准则证明符合性。在欧洲，EASA 制定了专门的垂直起降航空器特殊条件，对耐撞性、电池与结构作出独立规定。两条路径都要求达到验证级别的结构试验数据，但具体符合性准则不同，因此主机厂通常选择在目标审定当局可接受范围内试验覆盖最广的材料。
哪些碳纤维牌号主导 eVTOL 机身设计？
多数生产代表性的 eVTOL 机身依赖 T700 与 T800 强度级别的高强度中模量纤维，搭配增韧环氧预浸料基质。这些体系之所以受青睐，是因为其统计许用值已在多家供应商得到公布与试验验证，能够缩短型号取证的合格鉴定工作量。超高模量牌号主要用于局部的刚度关键件，而非主结构。
结论
无论 Joby S4、Archer Midnight 还是 Lilium Jet，其机身架构都汇聚到高度复材化的结构设计上，但每个项目都围绕各自的审定基础塑造材料图谱。FAA 特殊类别路径与 EASA SC-VTOL 框架都奖励保守、特性数据完备的材料体系，这正是 T700 级、T800 级纤维搭配增韧环氧预浸料统治量产代表性 eVTOL 设计的原因。对材料供应商而言，现实结果是更需要资质认定支持、许用值数据与可追溯的批量供应，而非试验性纤维牌号。
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