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无人机发展现状及未来行业发展潜力报告

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【摘要】:
一、无人机系统概述  无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备并能重复使用的无人驾驶飞行器。无人机具有机动灵活、快速反应、无人飞行、操作要求低、搭载多类传感器、影像实时传输、高危地区探测、综合效益高等许多优点。是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。自1913年世界上出现第一个自动驾驶仪以来,无人机受到越来越多国家的重视,发展迅猛。  其具有如下特点:  (1)重量轻  据统计,世界300多种无

  一、 无人机系统概述

  无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备并能重复使用的无人驾驶飞行器。无人机具有机动灵活、快速反应、无人飞行、操作要求低、搭载多类传感器、影像实时传输、高危地区探测、综合效益高等许多优点。是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。自1913年世界上出现第一个自动驾驶仪以来,无人机受到越来越多国家的重视,发展迅猛。

  其具有如下特点:

  (1) 重量轻

  据统计,世界300多种无人机(不包括有人机改成的无人机)中,有66.9%的起飞重量不超过200kg,起飞重量大于2000kg的不超过10%

  (2) 费用低

  中小型无人机价格范围1万至100万美元之间,其中24%的无人机在十万美元以下,而且有不少小型无人机在1万美元以下,在驾驶员培训和燃料消耗方面无人机也比有人机低得多

  (3) 机动性高

  无人机不需要考虑人体的承受能力,过载可以大于4g,有的无人机过载甚至达到12g(g为重力加速度)。而有人机必须考虑人体承受能力,机动型受到限制。

  (4) 适应性强

  无人机发射和回收比较简单、灵活、多样,弹射、滑跑、手掷或由母机带到空中发射,降落时可用拦截网、伞降、滑降等等,这为在复杂地形、不同情况下使用提供了便利

  (5) 安全性高

  人不必冒生命危险是无人机最根本的特点。他能在高危区域执行任务,能在复杂恶劣气候条件下或在有核、生物、化学作用的危害区工作,能昼夜长时间连续飞行。

  鉴于其独特优势,无人机的使用范围已经拓宽到军事、科研、民用三大领域。随着航空领域的迅猛发展,航空器门类繁多,按照动力系统可分为旋翼和固定翼两大类,其性能特点如下表所示:

            固定翼无人机          旋翼无人机

  续航能力        3                 2

  飞行半径        3                 2

  巡航速度        3                 2

  飞行稳定性       1                 3

  安全性         3                  2

  任务操控性       1                 3

  任务载重        3                  2

  二、 无人机目前应用状况

  1、 旋翼无人机

  旋翼无人机因其飞行稳定性高、操控性佳和可悬停等优势,目前应用于许多商用、民用以及军用领域。下表是我总结的旋翼无人机在民、商、军三大领域中的具体用途如下表:

 

  民用领域  商用领域  军用领域
 

1、地震、火灾以及核事故的危险灾区搜救。

2、搭载电子设备进行科研试验

3、民间航模爱者

4、警用侦查(侦查犯罪分子窝点)

1、商业航空拍摄(拍摄电影、拍摄企事业宣传片、记录大型露天活动等)

2、商业宣传(拉条幅等,为商业活动增加看点)

1、对高危建筑精确勘测(高压电网准确定位)

2、巡查边境(协助抓捕非法越境等)

3、高危地区军事情报侦察

4、小规模军事打击

5、炮火校正

6、通信中继

 

  2、固定翼无人机

  固定翼无人机续航能力强、飞行半径大、巡航速度快、载重能力强等优势,目前应用也较为广泛,固定翼无人机在,三大领域中具体用途汇总如下表:

 

  民用领域 商用领域 军用领域
 

1、地图测绘(弥补卫星的误差)

2、危险地区地质勘探

3、地震、洪水等大型露天灾区勘察、搜救

1、飞行表演(为大型商业活动增加看点)

2、电影道具(作为拍摄空战情节电影时的道具)

1、军事、反恐侦察(高速侦察,相比旋翼更加隐蔽、安全)

2、军事打击(能携带更大型的武器实施较大规模军事打击)

3、军事诱饵

 

  无人机目前的应用领域已经十分广泛,据询问相关公司从业人员以及查看网络文献,低端航拍无人机的应用远不止上面所列举的,此外还有固定翼航拍森林防火、农作物估产、管道巡查、保护野生动物监测、军事侦察、固定翼航拍环境监测、大气取样、增雨、资源勘测、禁毒,直升机航拍反恐、消防侦察等。

  可以说无人机已经渗透到了生活的各个方面,但是仍然有大量可应用的领域尚待开发,后文我将会专门针对这点进行阐述。

  三、 国内无人机发展现状

  1、技术水平

  总的来说,国内无人机技术水平在世界与先进国家有很大差距。美国的“全球鹰”固定翼无人机,以色列的“苍鹭”固定翼无人机都已实现全球巡逻侦查,航速可接近音速、续航时间20—40h。美国波音公司研制的蜂鸟A160旋翼大型无人机,巡航速度可达260km/h,续航能力为30到40个小时。这些代表了目前大型无人机领域当前的最高水平。

  

 

  图3.1.1 以色列苍鹭固定翼无人机

  

 

  图3.1.2 美国全球鹰固定翼无人机

  

 

  图3.1.3 美国蜂鸟A160旋翼无人机

  除大型无人机之外,美国还研制出了翼展仅16cm的微型扑翼间谍无人机,更是一种无人机领域的突破。

  

 

  图3.1.4 美国蜂鸟微型间谍无人机

  相比之下国内的无人机技术水平要落后得多,民用无人机除电子设备外其性能和玩具航模类似。而军用无人机由于动力系统、电子设备、空气动力学设计等极为落后,和外国无人机发展先进水平不可同日而语。

  在大型无人机方面,中国的“翔龙”无人机属于最先进的军用固定翼无人机之一,其作战半径2500km,续航时间10小时,和世界先进无人机的全球侦查,续航能力30至40小时的性能相差甚远。

  

 

  图3.1.5 中国翔龙无人机模型(联翼布局)

  大型旋翼无人机的性能相较世界先进水平几乎可以忽略不计。(注:V750无人直升机为中国目前最大旋翼无人机,起飞重量为757公斤,任务载荷大于80公斤,最大平飞速度为每小时161公里,最大航程为500公里,续航时间大于4小时。该机可人工遥控,也可以程控自主飞行,两种模式在飞行过程中可以切换。V750无人直升机的控制半径超过150公里,使用升限为3000米。)

  而国内的中小型无人机,固定翼巡航速度普遍在100—150km/h(个别动力三角翼可达400km/h),续航能力2至4小时,有效载重5至20kg。而动力系统基本都采用一个十分落后的双缸甲醇活塞发动机驱动的木质双叶片螺旋桨。造成整体性能并不高。机身材料也以玻璃钢为主要材料。与国际先进水平有很大差距。

  

 

  图3.1.6 国内目前较为先进“飞鹰”动力三角翼中型无人机

  2、 行业状况

  国内从事无人机行业的企事业单位有120多家,民营无人机企业,其中很大一部分为航模生产企业转型而成,技术实力较为薄弱。国内工业部门(包括院所,和航空、航天集团公司)技术高于民营企业,但无人机在我国首要用于军事用途,所以高空、高速、长航时、大载荷的无人机都被用于军事领域,几乎全部是由航空、航天集团和院校所生产。为应付军事需求,任务十分饱满而无暇顾及民用领域。

  但随着国家信息化建设,地球信息技术产业发展,民用无人机市场会逐渐得到重视。除了国内工业部门以外,更需要民营企业生产性价比更高,满足市场需求的无人机。从而把成本拉下来,应用推上去,这是目前行业发展的趋势。

  目前无人机行业(尤其民用无人机)缺点:市场不够规范,需要技术投入。无人机民用领域行业尚未形成,没有明确的骨干单位。虽然有几家国有集团公司开始向低端的民用领域进军和扩展,但是其技术仍然相对不够先进,不足以以绝对优势垄断市场。故,无人机行业的前景还是相当广阔的。据称“预计今后十年内,民用无人机市场的销售额可达10亿美元。无论军用民用,无人机都朝着模块化、标准化多样化和系列化的趋势发展,其应用范围广泛,前景喜人。”

  当然,就现状而言,无人机的民用技术还相当不成熟,以至于造成市场需求不大。首先,由于体制问题,国有公司集团生产无人机成本过高,一架中型普通无人机价格相当于一辆中高档轿车,从而抑制了市场需求;其次,目前无人机操控系统优化技术落后,对操控手依赖太强,需要几年飞行经验,并且一个闪失就容易摔机,销售市场做不起。目前正因缺乏对相关方面的技术研究和资金投入,所以造成民用市场难以打开的局面。解决技术问题不仅与材料、元器件、设备、微制造技术相关,而且与优化设计,综合集成能力等多方面能力有关。

  四、 无人机产业未来方向与前景

  在未来很长的一段时间,发展速度和资金流动最快的应该是低端民用无人机领域,而且上面也已经简单提到,未来民用无人机市场门槛并不高,发展研究方向主要是两大点。第一是降低成本,第二是降低对专业控制人员的依赖,也就是业界普遍说的:要搞“用得起的装备”“开得动的装备”。用得起就是低成本,一台民用无人机就几十万元,推广必然受到限制。开得动,就是操作简便,做到全自动弹射、全自动伞降等,否则客户必须依赖厂家,为实用性打了折扣。

  而在飞机设计上,系列化,具有针对性是大势所趋。现在由于行业规范杂乱不成系统,客户需求也没有合理的规律,所以市面上目前的无人机缺乏针对性。未来研究方向可以进行专业性、针对性较强的无人机研制。比如森林防火要求长航时,科研试验要求载重大,地震调查需要机动性强、运输方便、不挑起降场地等。

  当然,这个产业也存在一定风险,上百家无人机企业太过再乱,需要领头羊制定标准,进行资源整合。所以技术实力较弱的企业可能最终会由于政策标准或者市场标准而败下阵来。

  五、 ※总结与建议

  1、 无人机系统发展现状和发展趋势总结

  综合以上分析,无人机系统整体上属于前景广阔,市场应用价值极高的产品。军用无人机因其专业背景强、技术要求高、投入资金大等门槛,被国有集团公司所垄断。而前景更为广阔,应用面更为广泛的民用无人机领域由于不受技术实力强的企业重视,目前技术落后,在解决价格过高和操控复杂的问题上缺乏技术研究和投入,可以说行业整体尚处于起步或者说空白阶段,稍加研究和投入便能出喜人成果,充满机遇。

  从学校的角度而言,目前步入民用无人机领域正是一个很好的时机。在民用无人机领域整体技术都比较落后,并且不受技术实力雄厚的研究所、院校、国有集团单位重视的时候,在无人机控制优化和集成方面,以及降低制造成本方面很容易就能出学术成果,并且由于产业需求逐步扩大,市场前景大,学术成能迅速转化为生产力,对创造社会财富,推动行业发展都有很大帮助。况且作为学校,除了寻找合作企业外不存在投资风险问题,这一点也是一个很大的优势所在。