产业深度4期：低空经济系列（四）：航电系统，价值、差距和机会

产业深度 2024.10.134期 低空经济系列（四）：航电系统，价值、差距和机会 摘要: 低空场景下，航电系统对eVTOL的价值提升。航电系统是现代航空器的核心，负责飞行控制、导航、 通信、监视等功能。据测算，民航飞机航电系统价值量占比约17%，eVTOL中航电系统（包括飞控）价值量占比20%，占比较传统飞机更高。MorganStanley预计，到2025/2040年eVTOL全球市场规模将达350亿美元/1万亿美元、对应航电系统市场规模将达70亿美元/2000亿美元。 新技术的出现、技术间的融合应用和子系统的集成模块化是推动航电系统发展的三个重要因素。通信系统上，多数民机配备无线电、卫星和数据链的组合通信系统，宽带甚高频通信被视为未来更高效的 算力产业中期关注当前AI架构上限——算力产业研究系列（二） 2024.09.19 算力时代，关注芯片、软件、网络——算力产业研究系列（一） 2024.08.20 机器人产业深度（七）：机器人的大脑——具身智能 2024.08.20 低空经济系列（三）：全球适航认证的路线差异和三个共识 2024.07.22 铍，可控核聚变的“锂矿” 2024.07.21 往期回顾 空中交通管理方式。导航系统上，如量子导航等新技术可以提高精度，一般率先用于军事，成熟后民用；卫星导航（GPS）和惯性导航（INS）组合作为当前最常用的做法保证可靠性。飞行管理系统正向自动化、智能化和低空交通管理的集成，以适应城市空中交通的复杂需求。监视系统领域，广播式自动相关监视（ADS-B）是民航局2023-2027年间重点推进的技术路线。飞行控制系统的电传操纵系统向更智能化方向发展。整体看，子系统的集成模块化（IMA）是现代航电系统设计的基础 eVTOL场景下航电系统重点关注轻量化、智能化、低成本的需求。为实现这些需求，集成化和组合技术应用是最主要的两个技术路径。集成化设计可以满足轻量化要求，但不同于IMA，eVTOL的集成化 主要聚焦自动飞行系统的集成化和感知避撞系统的集成化两个方面。新技术叠加成熟技术的组合应用可以平衡智能化和低成本，新技术重点关注人工智能和自动驾驶。 国内外航电产业差距显著，低空业为国产替代提供机遇，传统龙头先发优势显著，整机企业发力自研。国内航电行业历史上受军机需求主导，技术封闭且缺乏适航认证经验，导致民机航电系统滞后。C919的研制通过合资公司引入国际经验，提升了航电系统的集成和适航水平，开启了国产化替代第一步若将eVTOL航电系统比作新能源车的智能驾驶系统，低空市场将为技术突破和规模应用提供机会 民航领域，综合航电系统以霍尼韦尔、科林斯、GE航空等美国厂商为主导，C919提升了国内厂商的原始技术储备。数据看，截至2017年9月，全球约1.5万家企业通过AS9100D认证（国际航空协会IAQG颁布的全球性质量管理标准，航空航天企业进入全球市场的关键门槛），其中北美占50%欧洲占35%，中国仅500家，占比不到4%，目前中国已有近2000家企业通过认证，占比7.5%，虽与美法仍有差距，但仍显示出一些积极信号。 通航领域，美国的全球市占率61.9%，其综合航电系统市场依然由美国企业主导，如Garmin公司G1000系统（市场份额近70%）、霍尼韦尔的PrimusApex系统以及L-3公司的SmartDeck系统等都是其中代表。国内通航产业远远落后，大部分通航航电系统依赖进口，缺乏有竞争力的厂商。 eVTOL领域，国外整机企业普遍采用标准化航电系统，这些系统多由霍尼韦尔、Garmin、泰雷兹等在传统航电系统基础上进行适应性改造，以符合eVTOL轻量化、智能化、低成本等设计特点。受技术限制，国内eVTOL厂商多与本土航电公司合作或自研，如览翌航空、沃飞长空等选择昂际航电合作开发飞控，华明航电则是沃兰特VE25-100的一级供应商，亿航、峰飞等则选择自研航电系统 风险提示：技术研发难度超出预期，市场需求不及预期，成本控制风险超出预期，国产替代进展不及预期，法律与监管风险超出预期。 产品研究中心 徐淋(分析师) 021-38677826 xulin028941@gtjas.com 登记编号S0880523090005 赵子健(分析师) 021-38032292 zhaozijian@gtjas.com 登记编号S0880520060003 正文目录 1.低空场景下，航电系统对eVTOL的价值提升4 2.新技术的出现、技术间的融合应用和子系统的集成模块化，是推动航电系统发展的三个重要因素5 2.1通信系统：多数现代民航飞机配备无线电、卫星和数据链的组合通信系统，宽带甚高频通信作为未来空中交通管理中更高效的通信方式备受关注5 2.2导航系统：新导航技术提高精度，组合导航技术保证可靠性7 2.3监视系统：广播式自动相关监视（ADS-B）是民航局2023-2027年间重点推进的技术路线9 2.4飞行管理系统：发展趋势上将更突出自动化、智能化和低空交通管理的集成，以适应城市空中交通的复杂需求11 2.5飞行控制系统：电传操纵系统向更智能化的方向发展12 2.6子系统的集成模块化是现代航空电子系统设计的基础15 3.eVTOL场景下航电系统重点关注轻量化、智能化和低成本的需求16 3.1集成化设计是满足eVTOL轻量化要求的重要手段16 3.2组合技术应用是平衡eVTOL智能化、低成本要求的重要手段19 4.客观看待国内外航电产业差距和国产替代潜力：传统龙头厂商先发优势显著，整机企业发力自研20 4.1传统民航/通航综合航电系统领域美企占绝对主导，中国厂商凭借C919完成原始技术储备20 4.2eVTOL航电系统领域，国内外传统航电厂商及整机企业均在积极布局23 4.3eVTOL的发展为国产航电系统的自主替代提供了发展契机24 5.风险提示24 图表目录 图1：民航飞机与eVTOL（以Lilium为例）的成本构成对比4 图2：甚高频通信系统（VHF）和高频通讯系统（HF）示意图5 图3：SATCOM卫星通信系统示意图6 图4：ACARS和CPDLC数据链通信系统示意图7 图5：航空导航系统的发展趋势8 图6：ADS-B运行原理图10 图7：ADS-BOUT和IN功能示意图10 图8：FMS的两大核心组件：飞管计算机（FMC）和控制显示组件（CDU）11 图9：机械式传动系统控制机制示意图13 图10：电传操纵系统控制机制示意图13 图11：电传操纵系统在飞机中的分布14 图12：航电系统发展趋势15 图13：IMA航电系统的层级架构16 图14：传统民航客机自动飞行功能原理图17 图15：eVTOL飞行控制系统（FCS）和飞行管理系统（FMS）综合化18 图16：eVTOL事故贝叶斯网络模型18 图17：民用空中航行服务组织（CANSO）发布的《未来天空的新兴技术——人工智能》白皮书20 图18：国际航空电子市场中76%为美国企业21 图19：GarminG1000、霍尼韦尔PrimusApex、L-3SmartDeck对比22 图20：霍尼韦尔公司第六代云链接驾驶舱航电系统Anthem（颂歌）23 表1：国内部分重要的导航系统供应商9 表2：不同监视系统的对比分析9 表3：机载ADS-B主要产品11 表4：国内部分重要的飞控系统供应商14 表5：国内外主要的大飞机航电系统供应商21 表6：C919航电系统（含飞控系统）主要子系统供应商22 导读：随着民航从高空飞行逐步扩展到低空飞行，航电系统作为飞行器的“大脑”，其重要性显著提升。尤其在eVTOL等电动垂直起降类航空器的兴起背景下，低空飞行器的航电系统与传统飞机的航电系统又存在显著差异。尽管航电系统相关新技术在快速发展中，尚未形成统一的认证标准，但我们可以从航电系统产业的历史发展规律和电动航空器的设计需求中，探寻低空飞行器航电系统的未来技术路径和发展趋势，也为产业投资和国产替代方向提供借鉴。 1.低空场景下，航电系统对eVTOL的价值提升 航电系统（AvionicsSystem）是航空电子系统的简称，指安装在航空器 （包括飞机、直升机、eVTOL等）上的各种电子设备和系统的总称（含硬件和软件）。航电系统是现代航空器的核心组成部分，负责飞行控制、导航、通信、监视、飞行管理等多项功能，其设计水平直接影响到飞机的安全性和可靠性，还对飞机的经济性和舒适性起到关键作用。 根据立鼎产业研究院的测算，民航飞机各大系统和价值量占比大致为：机体结构（36%）、航电系统（17%）、动力系统（22%）、机电系统 （13%）、其他系统（12%）。根据Lilium的官网数据，其eVTOL各大系统和价值量占比大致为：推进系统（40%）、结构和内饰（25%）、航电系统（包括飞控）（20%）、能源系统（10%）、装配件（5%）。由此，在一定程度上可以看出，与传统民航飞机相比，eVTOL中含飞控在内的航电系统价值占比有所提升。MorganStanley预计，到2025年eVTOL全球市场规模将达350亿美元、对应的航电系统市场规模将达70亿美元，至2040年将增长至1万亿美元、对应的航电系统市场规模 将达2000亿美元。 当然，不同类型飞机在航电系统的组成、功能和配置有一定区别，如军用飞机的航电系统价值（现代战机航电系统价值占比超过40%）要高于民用，不同构型的eVTOL其航电系统也有所差异，亦不可绝对对比，但若把eVTOL的航电系统类比新能源车的智驾系统，可以预见随着市场的发展和产业的演进，其价值体现将越来越高。 45%40% 推进系统,40% 35% 机体,36% 30%25% 发动机,22% 结构和内饰,25% 图1：民航飞机与eVTOL（以Lilium为例）的成本构成对比 20% 15% 10% 5% 0% 航电系统,17% 机电系统,13% 其他,12% 航电系统（包括飞控）,20% 能源系统,10% 装配件,5% 民航飞机eVTOL（以Lilium为例） 数据来源：国泰君安证券研究绘制 2.新技术的出现、技术间的融合应用和子系统的集成模块化，是推动航电系统发展的三个重要因素 航电系统的主要功能是在飞机运行过程中，执行信息采集、任务管理和导航引导等基本飞行操作，为飞行机组提供人机交互界面，确保飞机安全、可靠地完成各项任务。细分来看，航电系统是由一系列功能各异的子系统构成，我们重点关注通信、导航、监视、飞行管理和飞行控制�个重要子系统，以及子系统之间的集成化趋势。 2.1通信系统：多数现代民航飞机配备无线电、卫星和数据链的组合通信系统，宽带甚高频通信作为未来空中交通管理中更高效的通信方式备受关注 通信系统的主要用途是使飞机在飞行的各阶段中和地面的航行管制人员、签派、维修等相关人员保持双向的语音和信号联系，当然也提供飞机内部人员之间和与旅客联络服务。从历史发展趋势看，通信系统发展 经历了多个阶段，从早期的简单无线电通信到如今的卫星通信系统，逐步提高了通信的范围、可靠性和复杂性。目前多数现代民航配备无线电、卫星和数据链通信系统，以确保飞机在各种飞行环境下能够与地面和空中交通管制保持顺畅的通信，但传统通航飞机的通信系统以甚高频通信系统（VHF）为主，满足大多数短距离、低空飞行需求。 2.1.1VHF/HF通信系统 甚高频通信系统（VHF）是一种近程通信系统，一般用于管制单位与飞机、飞机与飞机之间进行双向话音通信。包括甚高频话音通信和数据通信，频率范围118.00-135.975MHz，电波频率很高，易穿透电离层而不 能返回地面，同时沿地面传播衰减很快，所以以空间波传播方式为主，传播距离近。 高频通信系统（HF）是一种远程通信系统，是目前高纬度地区飞行、跨洋运行，实现远距离通讯的主要方式。包括地面高频电台和机载高频设备，频率范围2-29.999MHz，通信距离约为1000至2000km，特别适合机载远距离通信，飞机上一般都装有两套高频通信系统。 图2：甚高频通信系统（VHF）和高频通讯系统（HF）示意图 近距