Передовые материалы, определяющие будущее низковысотной экономики: облегчение конструкций, эксплуатационные характеристики и будущее производство

В 2026 году низковысотная экономика вступает в этап знакового развития благодаря поддерживающей политике, занимая позицию новой стратегической опорной отрасли.


За трансформацией рынка объёмом в триллионы юаней стоит фундаментальный фактор, определяющий пределы характеристик и коммерческий успех воздушных судов следующего поколения — передовые материалы. Анализ отрасли показывает, что в настоящее время передовые материалы составляют примерно 30%–50% стоимости материалов воздушных судов. По мере того как низковысотная экономика выходит за пределы масштаба рынка в 1 триллион юаней, ожидается, что спрос на передовые материалы превысит 500 миллиардов юаней, создавая значительные возможности для высокоэффективных композиционных материалов.

1. Облегчение конструкций: конкуренция, измеряемая каждым граммом

Для низковысотных летательных аппаратов вес является самым строгим «бухгалтером». В отличие от традиционных летательных аппаратов с топливными двигателями, электрические низковысотные летательные аппараты используют аккумуляторы в качестве источника энергии.

Каждый дополнительный килограмм означает сокращение дальности полёта и снижение грузоподъёмности. В отрасли часто используется принцип: «каждый сэкономленный килограмм может добавить 10 километров дальности». Поэтому каждое снижение веса фюзеляжа, крыльев и роторов может привести к увеличению дальности полёта, повышению грузоподъёмности или увеличению запаса безопасности.


Углепластиковые композиционные материалысчитаются оптимальным решением этой задачи. При плотности всего около четверти плотности стали и при этом прочности на растяжение более чем в девять раз выше углепластиковые композиционные материалы позволяют значительно снизить вес воздушных судов при замене традиционных металлических материалов. По сравнению с обычными алюминиевыми сплавами углепластиковые композиционные материалы позволяют снизить массу конструкции на 20%–40%. Благодаря превосходному сочетанию лёгкости, высокой прочности, высокой жёсткости, коррозионной стойкости и сопротивления усталости углепластиковые композиционные материалы стали идеальным выбором для конструкций eVTOL и часто называются «чёрным золотом».


В eVTOL (электрических летательных аппаратах с вертикальным взлётом и посадкой) композиционные материалы в основном используются в конструктивных компонентах и двигательных системах, составляя примерно 75%–80% всей конструкции воздушного судна. Композиционные материалы составляют более 70% конструкции eVTOL, при этом углепластиковые композиционные материалы занимают около 90% используемых композиционных материалов. Они широко применяются в основных и второстепенных несущих конструкциях, а также в функциональных компонентах, включая фюзеляжи, роторы, крылья, корпуса аккумуляторов, лопасти двигательных систем, сиденья и различные кронштейны.


В зависимости от размера воздушного судна и требований к полезной нагрузке один пассажирский eVTOL может требовать 100–400 кг углепластиковых композиционных материалов. Отраслевые прогнозы показывают, что в период с 2024 по 2030 год спрос на углеродное волокно со стороны сектора eVTOL вырастет с 500 тонн до 11 700 тонн, что соответствует среднегодовому темпу роста примерно 69%, а рынок увеличится в 22,5 раза за шесть лет.


Модель грузового дрона достигла снижения веса на 40% благодаря полностью углепластиковому фюзеляжу, увеличив дальность полёта до 280 км. XPeng Voyager X2 использует углепластиковые материалы во всей конструкции корпуса для достижения баланса между лёгкостью и безопасностью конструкции, а AutoFlight V2000CG также применяет высокопрочные технологии углепластиковых композиционных материалов в своей основной конструкции.

Углеродное волокно, армированное нейлоном 12

2. Пеноматериалы сердцевины: «невидимый скелет» внутри сэндвич-конструкций

Помимо «скелета» из углепластиковых композиционных материалов низковысотных летательных аппаратов, пеноматериалы сердцевины служат незаменимой «невидимой опорой» внутри сэндвич-конструкций. Их ключевая ценность заключается в обеспечении чрезвычайно высокой удельной жёсткости и устойчивости к потере устойчивости композитных обшивок при сохранении сверхнизкого веса, достигая структурной эффективности, при которой «1+1>2».


В настоящее время пеноматериалы сердцевины, используемые в низковысотных летательных аппаратах, в основном представлены двумя материалами — пеной PMI и пеной PVC, каждый из которых отвечает различным требованиям к характеристикам и стоимости.


Пена PMI (полиметакрилимидная пена) является ключевым материалом сердцевины, разработанным для удовлетворения комплексных требований к экстремальному облегчению, жёсткости конструкции, термостойкости и огнестойкости. Её основная роль заключается в обеспечении производства крупногабаритных интегрированных сэндвич-конструкций, включая крылья, секции фюзеляжа и лопасти роторов. Благодаря закрытоячеистой микроструктуре и естественной термической стабильности пена PMI обеспечивает пассивный барьер безопасности, который помогает противостоять проникновению тепла, сохраняя целостность конструкции в условиях высоких температур.


В секторе eVTOL пеноматериалы сердцевины PMI стали основным выбором для высокопроизводительных применений. Пена PMI ROHACELL, разработанная Evonik и известная своими характеристиками сверхлёгкости и высокой механической прочностью, уже применяется при проектировании критически важных конструктивных компонентов eVTOL. Отраслевые прогнозы показывают, что одному воздушному судну eVTOL может потребоваться до 50 кг пеноматериалов сердцевины PMI. Мировой рынок пены PMI для eVTOL достиг примерно 250 миллионов долларов США по объёму продаж в 2025 году и, согласно прогнозам, вырастет до 707 миллионов долларов США к 2032 году, что соответствует совокупному годовому темпу роста (CAGR) 16,0%.


Пеноматериалы сердцевины PVC, с другой стороны, получили широкое распространение в применениях беспилотных летательных аппаратов с фиксированным крылом благодаря своим преимуществам по стоимости. Конструкционная пена PVC отличается высокой долей закрытых ячеек, отличными механическими свойствами, температурной стойкостью и устойчивостью к химической коррозии. В области eVTOL сердцевины из пены PVC в основном используются в ненесущих конструкциях, таких как грузовые отсеки моделей грузовых воздушных судов.


Кроме того, в отдельных применениях используются такие материалы, как пена PET и сердцевины из бальзового дерева, вместе формируя диверсифицированную систему материалов сердцевины для сэндвич-конструкций низковысотных летательных аппаратов.

3. Металлические материалы: от «основы» до «критически важной конструкционной опоры»

Хотя углепластиковые композиционные материалы получают всё большую долю применения в низковысотных летательных аппаратах, металлические материалы далеко не заменены. Напротив, они продолжают играть незаменимую роль в конкретных областях, где необходимы прочность, долговечность, надёжность и технологичность производства. Алюминиевые сплавы, титановые сплавы, магниевые сплавы и алюминиево-литиевые сплавы вместе формируют комплексную систему металлических материалов, обеспечивающую лёгкую конструкцию, высокие характеристики и безопасность конструкций низковысотных летательных аппаратов.

Алюминиевые сплавы: базовые материалы низковысотных летательных аппаратов

Благодаря таким преимуществам, как низкая плотность (примерно 2,7 г/см³), отличная коррозионная стойкость и хорошая технологичность, алюминиевые сплавы остаются одними из наиболее широко используемых конструкционных материалов.

Благодаря таким преимуществам, как низкая плотность (примерно 2,7 г/см³), отличная коррозионная стойкость и хорошая технологичность, алюминиевые сплавы остаются одними из наиболее широко используемых конструкционных материалов в низковысотных летательных аппаратах. В секторе eVTOL алюминиевые сплавы аэрокосмического класса составляют более 60% массы конструкции фюзеляжа, а мировой рынок достиг примерно 1,95 миллиарда юаней в 2026 году. Высокопрочные алюминиевые сплавы широко применяются в областях с высокой концентрацией нагрузок, включая соединения крыльев, хвостовые соединения, шасси и конструкции роторов.


Согласно данным Китайской ассоциации промышленности цветных металлов, спрос на алюминий со стороны сектора БПЛА увеличился на 40% в годовом выражении в 2025 году. Летающий автомобиль GOVY AirCab, разработанный GAC Group, использует раму из алюминиевого сплава аэрокосмического класса. Помимо конструкций воздушных судов, алюминиевые сплавы также широко применяются при строительстве лёгких взлётно-посадочных полос и интеллектуальных диспетчерских вышек для объектов низковысотных взлётов и посадок.



Титановые сплавы служат «соединительными элементами и критически важными компонентами» воздушных судов.

Благодаря отличному соотношению прочности к массе, устойчивости к высоким температурам и коррозионной стойкости титановые сплавы широко применяются в ключевых несущих компонентах, таких как авиационные двигатели и шасси, составляя примерно 15%–20% массы конструкции eVTOL. Новейшие конструкции лопаточных дисков из двух титановых сплавов повысили эффективность двигательной системы на 15%–20%, одновременно увеличив усталостный ресурс на 40%.


Магниевые сплавы являются «скрытым чемпионом» в соревновании за снижение массы.

Обладая плотностью, составляющей всего около двух третей от плотности алюминиевых сплавов, магниевые сплавы обеспечивают выдающиеся преимущества в снижении массы. Значительно уменьшая массу летательных аппаратов, магниевые сплавы могут увеличить дальность полёта и грузоподъёмность, ускоряя их внедрение в сфере низковысотной экономики.


В применениях eVTOL такие компоненты, как интегрированные рычаги, корпуса аккумуляторов и кожухи двигателей, постепенно переходят от алюминия к крупномасштабным литым конструкциям из магниевых сплавов, что потенциально позволяет снизить общую массу летательного аппарата более чем на 30%. Магниево-литиевые сплавы с плотностью примерно вдвое меньшей, чем у алюминиевых сплавов, становятся важным решением для высококлассных летательных аппаратов, стремящихся улучшить как выносливость, так и грузоподъёмность, особенно по мере роста требований к снижению массы в будущем.


Алюминиево-литиевые сплавы представляют собой передовое направление для достижения одновременно высокой прочности и низкой массы.

В основном используемые в крупных несущих конструкциях, таких как лонжероны крыла и каркасы фюзеляжа, алюминиево-литиевые сплавы позволяют снизить массу примерно на 8%–10% по сравнению с традиционными алюминиевыми сплавами при сохранении прочности конструкции.


По мере ускорения коммерциализации и массового производства eVTOL ожидается, что во второй половине 2026 года спрос на алюминиевые сплавы авиационного класса, титановые сплавы и жаропрочные сплавы на основе никеля будет одновременно расти как по объёму, так и по стоимости.

4. Специальные инженерные пластики и арамидные материалы: незаменимые «вспомогательные роли»

Специальные инженерные пластики также играют важную роль в развитии низковысотных летательных аппаратов. Высокопрочный нейлон, огнестойкие полиэфирные материалы и термореактивные композиты уже нашли применение в массовом производстве потребительских дронов, сельскохозяйственных дронов и других коммерческих сценариях.


Полиэфирэфиркетон (PEEK) привлёк значительное внимание благодаря выдающемуся сочетанию лёгкости, устойчивости к высоким температурам, огнестойкости, коррозионной стойкости и отличных механических характеристик. PEEK применяется в различных компонентах летательных аппаратов, включая колпаки колёс, обтекатели, каркасы сидений, крыльчатки систем кондиционирования и крепления крыла. В рамах БПЛА и конструктивных компонентах летающих аппаратов PEEK демонстрирует значительные преимущества в качестве материала для замены металлов.


Термопластичные композиты на основе модифицированного полиамида (PA), полиэфирэфиркетона (PEEK) и других высокоэффективных полимеров всё шире применяются в несущих компонентах и элементах конструктивных соединений благодаря спросу на лёгкие, интегрированные и экономичные решения для производства.


Композиты на основе арамидного волокна обладают отличной вязкостью и ударной стойкостью, что делает их подходящими для таких применений, как вторичные несущие конструкции вертолётов и обшивки крыльев БПЛА. Сотовые заполнители из арамидной бумаги и сэндвич-конструкции обеспечивают сочетание сверхлёгкого дизайна, высокой прочности и ударной стойкости и широко используются в интерьерах самолётов, обтекателях и конструктивных компонентах.


Используя сотовые композитные конструкции, производители летательных аппаратов могут достичь снижения массы отдельных участков примерно на 20%, одновременно повышая усталостную прочность и увеличивая срок службы.

Армированный углеродным волокном PEEK