中國無人機發展歷程分析

一、中國無人機發展歷程分析

第一階段：軍事專用。無人機于第一次世界大戰期間誕生在軍工領域，是在有人機基礎上發展起來的，先后被用于靶機、偵查及情報探測、攜彈打擊等，在一戰、二戰及之后的朝鮮、越南、海灣戰爭中發揮了越來越重要的作用。相對于有人機，無人機具有成本低、體積小、機動性好等特點，美國、以色列及中國等國家相繼投入了大量經費研發無人機。

圖表：無人機行業發展歷程

第二階段：軍用轉民用。進入20世紀中后期，無人機開始被用于非軍事用途。1983年，日本雅馬哈公司利用摩托車發動機研發出植保無人機，美國NASA等部門也積極開發無人機的非軍事應用，中國在20世紀80年代將無人機用于航空測繪等領域。

第三階段：消費級無人機大爆發。隨著技術水平的進步，無人機硬件產業鏈的成熟度大幅提升，成本大幅下降，飛行控制等技術也取得了很大的進步，無人機具備了小型化、智能化、低成本等條件，消費級無人機很快出現在市場上。2006年以來，以大疆為代表的上百家企業涌入了這個行業。

第四階段：工業級無人機增速加快。消費級無人機的爆發推動了整個民用無人機行業的發展，無人機的影響力也越來越廣泛，電力、農業等多個工業級領域需求開始加速釋放。除了整機制造，無人機飛行服務、培訓服務及垂直媒體等產業鏈環節的規模也快速增加。

二、中國無人機競爭格局分析

無人機行業主要上市公司：目前國內無人機行業的上市公司主要有北方導航(600435)、洪都航空(600316)、煉石航空(000697)、寶鈦股份(600456)、泰和新材(002254)、會通股份(688219)。

區域競爭格局：廣東的無人機產業鏈代表性企業聚集程度最高

從無人機產業鏈代表性企業的區域分布情況來看，中國無人機產業鏈代表性企業分布在廣東、江蘇、北京、上海等地區，廣東的無人機產業鏈代表性企業聚集程度最高。

從無人機產業園區域布局來看，中國無人機產業園分布在浙江、河南、重慶、江蘇和山東，其中浙江和河南的無人機產業園聚集程度最高，各有兩個無人機產業園。

企業競爭格局分析

——軍用無人機：研究經費主要來自于國家資金投入

當前，我國無人機研究經費主要來自于國家資金投入，研制工作以北航、南航和西北工業大學為主導，中國航空工業集團公司、中國航天科工集團、中國航天科技集團公司等下屬的研究所和單位積極參與研發工作。

民用無人機：大疆創新占據龍頭地位

根據統計，大疆創新占據著全球消費級無人機市場七成以上的份額，在全球民用無人機企業中排名第一。我國是全球消費級無人機市場份額最大的國家，在全球排名前十民用無人機企業中，中國占了7家。

中國重點軍用無人機分析

一、“翔龍”無人機

翔龍無人機由中國自主研究和設計的一種大型無人機。“翔龍”高空高速無人偵察機全機長14.33米，翼展24.86米，機高5.413米，正常起飛重量6800公斤，任務載荷600公斤，機體壽命暫定為2500Fh。巡航高度為18000米～20000米，巡航速度大于700公里/小時;作戰半徑2000～2500公里，續航時間最大10小時，起飛滑跑距離350米，著陸滑跑距離500米。

性能

“翔龍”無人機還大量采用復合材料，機翼設計采用菱形布局，機身上曲線連續而光滑，都符合減小RCS反射面積的原則。飛機的雷達截面積并不算大，據推測會小于典型的戰斗機目標，加上會采用復合材料和吸波材料，RCS估計在1平米左右，縮短遠程監視雷達和高空防御系統的發現距離。總體來說，飛行高度達到20000米的時候，像“薩姆”-2這類射程為40公里左右的導彈，頂多只能防御陣地外側不足15公里左右的半徑范圍，而“愛國者”1/2也不足30公里。無人機在這個高度可以使用光學偵察設備在防區外觀察，如果有合成孔徑雷達還可以距離得更遠，系統生存力非常高。

“翔龍”無人機目前能夠保證具有10小時以上的留空時間，巡航飛行速度超過750公里/時，比“全球鷹”快15%以上，有效任務載荷為650公斤，比“捕食者”大一倍多。該機攜帶的電子設備更類似于“全球鷹”，有高清晰度數字照相機、包括單色高分辨率和彩色圖像兩種模式，可提供分辨率很高的靜態偵察照片供閱讀和判別;有高清晰度數字電視，能夠提供動態的數字視頻圖像，方便實時監控，視頻信號還有夜視能力，有獨立的紅外熱成像通道，可以提供8~12微米長波自然熱輻射視頻或者更先進的高清晰度凝視3~5微米中波熱成像，后者對機器動力的機動目標觀察效果更好。先進的合成孔徑雷達和逆合成孔徑雷達不一定會出現在每一架偵察機上，因為這種雷達的造價比較高昂。雷達能在惡劣氣候下獲得高清晰度的地面三維圖像，具備在惡劣氣候條件下的機動目標跟蹤和監視能力，往往用于更高級別的偵察和監視任務，與光學偵察組件聯合使用。“翔龍”無人機有可能裝備幾套相互平行的通訊系統，多通道戰術短波數字電臺可用于直接與地面指揮所、地面信息共享單位的直接聯系和信息播發，允許通過授權信息通道的下載權限下放到更低的作戰單位，比如師、旅、團等等。飛機還上有更高傳輸速度的定向通訊裝置，可以與地面接收站或者衛星進行點對點高速數據傳輸。

另外，“翔龍”無人機也可以通過更換模塊化的機頭電子任務艙段，執行數字通訊中繼任務，擔負起一個很高的信號轉發塔作用。用于類似于蜂窩移動通訊概念的時候，一個無人機機站工作在20000米高度，可以為半徑為200公里的數十萬門以上的無線短波通訊提供中繼和數字交換。同時，還允許多架同樣任務的無人機在天空中組網，實現戰時臨時架設的無線數字通訊中繼交換網絡，這比以前用有人飛機來實現同樣的目的費用要低廉得多，效能卻要高出數十倍以上。除了通訊中繼，“翔龍”還可以執行電子干擾任務。一個電子干擾吊艙的重量并不是很大，“翔龍”的任務載荷可允許使用兩個吊艙，干擾源架設在高度18000米以上高度，不易遭受到反輻射導彈的威脅。特別是使用新型的GPS干擾機，“翔龍”的載荷允許搭載超過20種不同原理的GPS干擾機，能夠有效干擾和壓制半徑400公里以內的簡單GPS設備，以及壓制半徑150公里以內有一定抗干擾能力的GPS接收機，并讓60公里半徑以內的GPS接收機致盲。這對于GPS制導武器滿天飛的狀況不異于釜底抽薪。

在使用重量只有100多公斤光學偵察設備的情況下，“翔龍”無人機可以攜帶1~2枚FT-3這一類250公斤級別制導炸彈，能夠初步實現美國中央情報局在阿富汗研究成果——“發現即摧毀”。如果進一步擴展，還能夠使用激光制導炸彈或者C-701一類的電視制導導彈。這種“時髦”的能力在進行不對稱作戰的時候非常有效，是未來一個重點發展方向。

“翔龍”高空高速長航時無人機使用的發動機還不算理想，導致其載荷能力較低且留空時間較短，只有10小時，和“全球鷹”接近20小時不能相比。未來換裝先進低油耗并且通過特別優化以適應高空工作的WS-15渦輪風扇發動機，“翔龍”的留空時間有可能提高到20～24小時，有效載荷也達到900公斤以上。同時，該機可在較低的高度采用慢速飛行來提高對某一特定目標的監視和細節辨認能力。不遠的來，“翔龍”會成為中國的“全球鷹”和“掠食者”的集大成者，在中國軍事力量從數量化到質量化轉型的高科技建軍重要轉變中，擔任非常獨特而重要的一環。

特色

“翔龍”無人機最大的特色在于它采取了罕見的連翼布局，這在中國飛機設計史上是一個大膽的突破。該機具有前翼、后翼兩對機翼，并且前后翼相連形成一個菱形的框架。前翼翼根與前機身相連，向后掠并帶翼梢小翼;后翼翼根與垂尾上端相連，向前掠并帶下反角;后翼翼尖在前翼翼展70%處與前翼呈90°連在一起。與常規飛機相比，連翼飛機具有結構結實、抗墜毀能力強、抗顫振能力好、飛行阻力小、航程遠等優點。

“翔龍”無人偵察機在機體設計上也與美國的“全球鷹”高空長航時監視無人機非常相似，機身尾部背鰭上裝有復合材料發動機艙，進氣口形狀為半橢圓形。機頭上部同樣是巨大的流線水泡形絕緣罩。任務載荷裝在機頭下部。起落架也為可收放的前三點起落架。

發動機

“翔龍”無人機采用一臺老式無加力渦噴-7發動機作為主動力，這體現了這種無人機和“全球鷹”一類無人機的重大區別。渦噴-7發動機是我國早期殲-7系列戰斗機的發動機，最大推力可達4200公斤，重達1噸。以“翔龍”的高空升阻比來說，似乎并不需要如此推力強勁的發動機——“翔龍”最大起飛重量不過7500公斤，而發動機推力達到4200公斤，推重比達到0.56，一般只有載人的戰術飛機才有如此高的推重比，重達14噸的“全球鷹”也不過使用一臺3450公斤推力級別的發動機而已。

造成這樣的現象原因有很多，首先中國航空發動機產業水平低、產品線小，在3000～4000公斤推力級別中缺乏可用的產品。中國的小推力渦扇只有推力為1700公斤的WS-11，配裝該發動機的K-8教練機起飛重量才4300公斤，還有推力更小、用于巡航導彈類的WS-500。在2000公斤以上推力級別一直到10000公斤之間中國沒有一種渦扇發動機，只有數種60年代初從蘇聯引進仿制的渦噴發動機，特別是在2000～4000公斤這一個級別，只能利用渦噴-7發動機降級使用。渦噴-7發動機空氣流量接近60公斤/秒，耗油率高達0.98克?牛/秒，接近“全球鷹”發動機油耗的2倍。另外，由于發動機推力過大，在高空巡航時燃燒效率并不在發動機的最佳工作區，油耗差別更大。高油耗嚴重影響了飛機的留空時間，不過在最初試驗階段，使用這種發動機作為權宜之計也是可行的。

“翔龍”無人機的動力組按照模塊化設計，可以在未來換裝更先進的WS-15渦扇發動機。當然，如果可以最理想的發動機還是國產ARJ-21支線運輸機的發動機——美國通用公司的CF-34-10A。改型發動機可以提供4185公斤推力，重量僅有760公斤，最關鍵的是油耗僅有0.35克 牛/秒。CF-34是長壽命民用發動機，可靠性非常高。無人機壽命不能和客機比，“翔龍”的機體壽命大約只有2500小時，而客機一般都在數萬小時以上，直接使用CF-34發動機顯然很奢侈。不過，如果能使用這種發動機的降級低壽命廉價版本，也非常理想。

采用大推力發動機讓“翔龍”和美國“全球鷹”和“捕食者”無人機區分開來。“全球鷹”的推重比很低，從地面起飛到爬升到19000米的工作高度需要80分鐘以上，而“捕食者”爬升到8000米高度就需要60分鐘。這兩種飛機大多數時候都只能在單一高度巡航飛行，特別是“全球鷹”一旦執行高度降低到9000米的抵近觀察任務后，要恢復到19000米的工作高度需要一個小時以上，一定程度上影響了該機的使用。“翔龍”無人機具有高速和高推重比的特點，執行與“全球鷹”同樣的降低高度到恢復高度的偵察任務所需要時間僅有后者的1/4。因此，“翔龍”可以像“全球鷹”那樣運作，獲得“捕食者”那樣的辨識和跟蹤精度，是一種兼顧兩者所長的無人機系統。

這樣的設計主要考慮到中國使用無人機的條件和美國的區別——高空巡航的偵察能力是主要的，必要的時候可以快速下降高度執行戰術偵察和近距離辨識跟蹤的任務。中國的周邊環境比美國惡劣，鄰國大多都部署有“薩姆”-2和“愛國者”一類的高空防御系統，選擇10000米高度執行任務的生存力相當低。18000～20000米則不同，這個高度大多數防空導彈都很難對付機動目標，F-16這一類戰斗機的升限大多只有15000米，好一點的F-15戰斗機也只有18000米左右。“翔龍”這類無人機具有20000米以上的飛行能力，攔截并不像想象那樣容易。這和在60年代對抗美國U-2偵察機的情形是一樣的，唯一不一樣的是無人機系統價格便宜多了，可以投入更多的數量，并不會因為被擊落等條件而中斷使用。

氣動布局

在前不久結束的珠海航展上展出的“翔龍”高空長航時無人機，就是由中國自主研究和設計的一種大型無人機。和美國應用的幾種無人機不同，“翔龍”無人機沒有一味追求性能上的高指標，一切以國內的實用條件和用戶需求為主。由于沒有美國那么強烈的遠程全球戰略要求，飛機的留空時間沒有很高的要求，外形尺寸和重量載荷都小于“全球鷹”。不過，這并不說明該機是一種“全球鷹”低性能版的折衷，相反，國內還有另一種更大型的無人機用于執行類似于“全球鷹”的任務。“翔龍”則是定位于“捕食者”和“全球鷹”之間的一種無人機。

“翔龍”沒有采用目前高空長航時無人機最流行的傳統大展弦比單翼設計，而是采用了一個新穎的菱形聯翼結構設計。聯翼氣動布局出現在70年代初，NASA曾經制造過小型的聯翼技術驗證機，對這種新穎的氣動布局進行測試。聯翼概念主要是機翼后掠，尾翼前掠，兩者通過垂直安定面或者直接剛性連接，連接點可以在機翼的中段，也可以在機翼的端點。菱形聯翼的設計主要是機翼后掠角和尾翼前掠角保持一致。聯翼機氣動布局是一種適合高亞音速下使用的高升阻比、高結構效益先進氣動布局，其最大特點是具有特別高的自然姿態恢復能力和良好的氣動靜安定特性。高姿態恢復能力主要來源于這種布局的前后翼良好干擾，因為尾翼要前掠與機翼相連，而且連接點比較靠外，尾翼比正常布局的飛機要大很多，而且距離機翼近，受到機翼下洗氣流影響較大。下洗流能夠降低尾翼的真實氣流迎角，因此，當前面的機翼上仰到失速迎角時，尾翼在下洗流的影響下還處于正常升力狀態;機翼失速失去升力以后，尾翼的升力還是正常的，這就給飛機一個強烈的自然低頭恢復力矩，讓其迅速恢復正常飛行姿態。由于尾翼前掠，其迎角失速范圍本身就比后掠翼的前翼寬，疊加下洗流的作用，飛機飛行大迎角自然恢復角度相當寬，很難進入失速狀態。以上這些優點對于簡化飛機控制系統設計有著不可估量的作用。