MQ-9”死神“无人机的发动机为功率为900马力的涡轮螺旋桨发动机,飞行速度可以达到捕食者的两倍多。同时它的载弹量也更大,装备6个武器 挂架,可搭载海尔法导弹和500磅炸弹等。“彩虹-5”无人机最快飞行速度优于MQ-9“死神”无人机,可连续飞行时间远超MQ-9“死神”无人机。“翼龙-2”一共有6个武器挂架,能携带6枚大型导弹或12枚小型导弹,堪比小型轰炸机。装载大功率涡轮螺旋桨发动机,大幅度提高了平台飞行性能,已 经入选全球最致命五款军用无人机。“云影”无人机首次配装了先进的WP11C涡喷发动机,雷达反射面积也相应减少,高空高速性能好,比MQ-9“死 神”无人机快200 km/h。RQ-4“全球鹰”无人机采用后掠翼、直立V形尾翼、收放式起落架,后机身顶上吊挂涡轮风扇发动机,上机身前方呈球茎状。其作为高空长航时无人机,可随时启动,从美国本土起飞到达全球任何地点进行侦察。“翔龙” 无人机采取了罕见的连翼布局,由于装配涡扇发动机,导致其载荷能力较低 且留空时间较短。除了可执行侦察任务之外,“翔龙”无人机也能携带多款250公斤级的制导炸弹或者空地导弹等。

三. 无人机系统组成与价值量拆分
3.1 机体、通信、任务载荷和地面控制四大分系统
无人机系统正通过执行许多复杂而危险的任务而不造成巨大经济损失 和人员伤亡, 改变着全球军事作战方式。根据《无人机系统概念和关键技术》, 无人机系统不仅包括无人飞行器本身, 还包括无人机通信、任务载荷设备和 地面设备 (地面测控站、发射与回收设备、地面保障设备)。
无人机综合利用其各分系统协调运作完成任务目标。飞行器平台分系统是无人机的主体,整合动力装置、飞行控制系统、导航系统等部件实现空中飞行并执行任务。而无人机不同用途主要由其任务载荷分系统决定,通过机载不同任务设备,进行不同任务采集,从而实现侦察搜索、军事打击、民品使用功能。除执行任务的直接载体之外,地面测控系统作为无人机系统的指挥中心,控制飞行过程与航迹、飞行平台的起降工作。同时信息传输分系统实现地面控制与飞行器平台的信息交互传输功能。无人机飞行器系统高集成、创新布局、使用复合材料。无人机体积小、 重量轻, 强调高度集成设计,因此其不像大型飞机那样各个部件和分系统可以独立设计, 必须统一设计、综合考虑。无人机不受人员高速过载、环境适应性和内部设备少的限制, 因此, 更适于各种非常规布局构型的无人机飞行平台和设计外形隐身性好的无人机。同时要减少无人机结构质量, 更多的需采用复合材料,目前多采用比模量、比强度高的碳纤维树脂复合材料和玻璃纤维材料。

无人机系统的意义在于通过不同任务载荷执行特殊任务。无人机携带成像设备执行侦察任务, 这需要在特殊环境下获取高清图像, 于是需要搭载光学变焦高分辨率摄像、红外热成像、合成孔径雷达成像、激光雷达成像等技术的设备,同时需要灵活控制、跟踪防抖台吊舱配合使用。在军用无人机领域,随着无人攻击机、察击一体化无人机系统的创新成功, 设计适用于无人机的自主侦察与火控装置, 以及适用于无人机的武器装备, 将是军用航空发展的重要方向。结合未来战争需求,协同作战、蜂群战术也是无人机系统未来发展的重要方向。信息传输分系统是无人飞行器与地面控制系统进行数据传输的通道。依据空地间传输方向,通信链路可分为上行链路和下行链路。上行链路主要负责地面站发送遥控指令、无人机对其进行接收的过程,有效保证地面控制 站实时保持与无人机空中平台的联系, 遥控、跟踪无人机的状态、飞行轨迹、任务载荷情况。下行链路主要负责无人机发送数据、图像,地面站对其进行接收的过程;有效保证无人机要将任务实施的情况与结果传送回地面站。而无人机通信链路需要解决远距离传输能力、宽带传输能力, 需要具有低功耗、低误码率、高灵敏度和高抗干扰能力。
地面测控分系统是无人机系统指挥中心。无人机地面控制站的基本功能 是通过任务规划、飞行管理、载荷管理、链路监控、信息预处理、数据记录 和回放等功能,实现对无人机、链路设备、有效载荷等的实时监视与控制。无人机虽然没有飞机上驾驶员,但仍无法离开人的参与控制,通过地面测控系统,人有效指挥无人机,协调各分系统,完成制定任务目标。对于军用无人机, 地面站还需要具有低截获概率、抗欺骗性、防反辐射攻击能力, 以及提供数据加密功能等。随着目前无人机系统快速发展,无人机蜂群组网通信控 制技术也正不断发展。
3.2 翼龙系列无人机平台价值量比重在65%
位于军用无人机产业链中游的企业,主要进行无人机总装试验试飞、无人机销售等业务,在其成本中直接材料为主要组成部分。以中航无人机为例, 公司主营业务成本包括直接材料、直接人工、制造费用和其他直接成本。2019年,公司开始采购原材料并生产销售无人机系统,同时也向航空工业成都所 提供无人机总装试验试飞等技术服务,因此直接人工、制造费用占主营业务成本的比例相对较高。2020年、2021年,公司完全负责翼龙系列无人机总装和销售,直接材料成本占比进一步提升至87%以上。
军用无人机系统主要组成部分为飞行器平台分系统,其次为任务载荷系统、地面控制站。根据中航无人机所披露的无人机系统的各组成部分采购额,可以计算出翼龙系列无人机平台、地面站、任务载荷系统价值量比重。翼龙系列无人机平台由机体、飞机管理系统、动力系统、机械电气系统、 机载数据链系统等组成,是无人机实现空中飞行最基本的组成部分。作为翼 龙系列无人机采购金额占比最高的部分,2019年-2021年三季度均超过65%。无人机系统地面控制站包括指挥控制站、视距链路地面站、卫通链路地面站,为无人机的操控中心以及数据交互中心,其采购占比约为12%-16%,2019年-2021年三季度平均占比13.5%。无人机系统任务载荷系统指无人机携带的完成指定任务的设备或装置,按用途可分为侦察监视、情报通信、电子对抗、武器弹药等,其采购占无人机系统16%上下。

3.3 涡扇发动机是高空长航时无人机最佳动力选择
无人机动力装置多用,适用范围广泛。无人机市场巨大、产品种类丰富, 有大量新兴市场领域尚待开发, 因而对动力的需求也是极其多样的。无人机使用的动力装置主要有涡轮螺旋桨发动机、活塞式发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轴发动机及电动机等。根据无人机续航时间、飞行高度、起飞重量等不同也需要选择不同类型的发动机进行装配。根据《无人机动力技术发展现状与展望》,无人机目前广泛采用的动力 装置为活塞式发动机,但活塞式相对适用于低速低空小型无人机。对于一次性使用的靶机、自杀式无人机或导弹,要求推重比高,一般使用涡喷式发动机。低空无人直升机一般使用涡轴发动机,高空长航时的大型无人机一般使 用涡扇发动机。
国内无人机动力多领域技术空白,不断发力实现跨越式发展。长期以来, 我国发动机的研制都是紧跟国防建设和战略需求, 将大部分资源都投入到了主力战机的配套发动机研制中去, 现有的大部分发动机都是根据有人驾驶飞机配套研发的。与此同时, 我国无人机在近年来发展迅猛, 但其对动力的需求与有人驾驶飞机有一定区别, 因此造成了我国无人机动力的发展滞后于无人机系统的发展。针对中低空无人机,活塞式发动机性能落后于国外同类产品,国外进口的燃油性能和高空性能更加优异的重油活塞发动机,受到限制禁止用作无人机动力。针对高空长航时无人机, 涡扇发动机是最佳动力选择,但目前国内还处于研发阶段。中国航发研制出AEF50E涡扇发动机、AEP50E涡桨发动机、AEF20E涡喷发动机等多款可用于无人机的发动机。根据中国航发集团展示信息,三款发动机是主要根据国际市场需求研制的出口型军用无人机发动机,同时AEF50E涡扇发动机用于国产双发高空高速云影无人机。通过动力企业不断的发动机创新研发,助力无人机系统快速升级,实现无人机跨越 式发展。

从无到有,军用无人机正在用中国“心”。国产无人机翼龙、彩虹、BZK等不同系列大都使用同一类奥地利ROTAX914活塞发动机。目前国内民营企业研制无人机发动机已取得重大成果,翼龙-1D、翼龙-1E无人机配备了宗申 动力公司C145活塞发动机,其C115发动机在彩虹-3、翼龙-1上试飞成功,C145发动机性能已经达到或者接近ROTAX914发动机的水平。部分彩虹-5无人机配备航瑞航空公司金鹰发动机,是全新研制的发动机,彩虹-4 无人机装配了航瑞航空公司重油DB416云雀发动机。
国内无人机动力领域,活塞式发动机是最常用发动机,涡喷、涡扇发动机增量应用。根据《无人机动力技术发展现状与展望》,对于发动机技术,考虑到实际应用的情况结合我国技术水平,国内的大型无人机一般采用技术较成熟的活塞发动机作为其动力装置。但活塞发动机存在振动大,功率质量比和功率体积比小、控制复杂等问题。喷气式发动机较活塞发动机能更适合无人机的飞行特点,从发动机的推重比、耗油量等角度考虑,活塞发动机较喷气式发动机差。目前我国翼龙-1、彩虹系列无人机多以活塞发动机为动力装置;翼龙-2中高空长航时察打一体无人机使用国产涡桨发动机;云影、翔龙等高空高速无人机使用涡喷发动机。美国无人机主要采用涡轮发动机、涡喷发动机。随着我国无人机军贸、部队列装步伐的加快,也将伴随着相应发 动机进一步的市场增量空间。
四. 国内军用无人机上市主机厂
4.1 中无人机:国内大型固定翼长航时无人机系统领军企业
背靠航空工业集团,全面主营无人机系统。公司前身为2007年8月成立的成都空天高技术产业基地股份公司,2011年至2018年公司承接翼龙系 列无人机系统的相关技术服务业务,主要为航空工业成都所提供翼龙无人机的总装试验试飞等技术服务,无人机系统销售由航空工业成都所负责。之后航空工业集团在2018年12月作出《关于中航(成都)无人机系统股份有限公司组建工作方案的批复》,为了进一步完善公司的业务链,增强独立面向市场的能力,公司于2019年建立了独立的研发、采购及销售体系,航空工业成都所自2019年开始不再对外签署翼龙无人机系统销售合同。中国航空工业集团直接或间接持有中无人机公司66.73%股份,为公司的实际控制人,航空工业集团支持中无人机充分发挥其在行业的领先优势,拓展翼龙品牌效应,不断丰富产品谱系。中无人机公司主要从事无人机系统的设计研发、生产制造、销售和服务。公司是专注于大型固定翼长航时无人机系统成体系、多场景、全寿命的整体解决方案提供商。察打一体翼龙无人机,军贸出口性能优良。中无人机是国内大型固定翼 长航时无人机系统的领军企业,其研发总装无人机具备长航时、全自主多种 控制模式、多种复合侦察手段、多种载荷武器集成、精确侦察与打击能力和全面灵活的支持保障能力。翼龙系列察打一体无人机是公司主要军贸产品, 主要包括翼龙-1、翼龙-1D、翼龙-2,同时航空工业成飞将云影无人机后续所涉及的生产、研发等全部资产和业务转让给中无人机。