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2023军用无人机行业深度报告
来源:尖兵之翼 | 作者:光大证券 | 发布时间: 2023-11-10 | 4659 次浏览 | 分享到:
人机已成为现代战场中不可或缺的重要装备。相对有人驾驶飞机,无人机的本质优势在于减少人员损失风险,降低使用成本…...

3)典型的第三代察打一体无人机的对比

“复仇者”、“翼龙”-3、“彩虹”-10 均属于第三代察打一体无人机。高空高 速、隐身化、智能化是第三代察打一体无人机的典型特征。

新一代察打一体无人机主要沿着应用能力和平台能力的增长两个方向发展。依托大系统的支持,发展各种直接链接无人机与前线作战单元的应用终端将是提升察打一体无人机应用能力的有效手段。同时,提高隐身能力和链路可靠性成为提升无人机平台生存能力的重要路径。

 2、典型无人机系统组成与价值量拆分 

无人机是不携载操作人员,由动力驱动、可重复使用、利用空气动力承载飞行、可携带有效载荷、在远程控制或自主规划的情况下完成指定任务的航空器。根据航空工业出版社的《无人机系统关键技术》,典型的无人机系统由飞行器平台分系统、信息传输分系统、地面测控分系统、任务载荷分系统、地面保障设备五部分组成。无人机高技术壁垒的核心在于动力技术,光电、雷达等传感器技术,通信数据链以及人工智能等技术,这些领域的发展将带来显著的价值拉动效果。根据美国《2005-2030 年无人机发展路线图》,目前无人机系统中平台和载荷分系统的主要技术能力已经较为完备,通信系统中的实时中继电子情报和实时中继 1000 波段超光谱图像能力以及信息处理系统中的类人处理器预计将在 2025-2030 年得到充分发展。

 

2.1、 飞行器平台分系统:无人机的基本构成主体

飞行器平台分系统是无人机最基本的组成部分,是无人机的主体。飞行平台将飞行器机体、动力装置、控制与导航以及其他部件组合成一个整体,以实现无人机在空中的飞行。

2.1.1、飞行器机体与气动布局:无人机的“骨骼”架构

飞行器机体是指飞行器骨架及其机械结构部分,一般包括除推进系统之外的机 身、起落架、尾翼和机翼。气动布局是指无人机的主翼、尾翼等各翼面是如何放置的。无人机机体布局取决于其使命任务,而气动布局又决定了其机动性。

固定翼无人机常见的气动布局包括正常式布局、鸭式气动布局和无尾气动布局 等。1)大展弦比、小后掠角平直机翼的正常式布局适用于追求长航时而对速度 要求不高的无人机,美国 MQ-1B“捕食者”、“全球鹰”无人机,以及我国“翼龙”-1 和“翼龙”-2 无人机均采用此类气动布局。2)鸭式气动布局能够有效提升飞机在大迎角飞行状态下的升阻比,节省发动机推力,但需要先进的飞行控制系统提供支持。我国“彩虹”-3 无人机即采用鸭式气动布局。3)无尾布局最适合高速飞行,但其低速性能和稳定性较差,影响飞机的低速机动性能和起降能力。我国“无侦”-8 和“攻击 11”无人机均采用无尾式布局。无人机总体厂商通常进行无人机总体设计以及气动布局设计,以军工集团下属的 科研院所为代表,中航系、航天系等具备了深厚的技术积累。近几年我国无人机总体厂商在气动布局方面进行了众多创新,具备引领潮流的能力。1)我国“彩虹”-4 无人机主翼采用大展弦比梯形机翼,翼展达到 20 米,机身设计在隐身结构前提下最大限度满足了长航时气动性的要求;2)我军 TB-001“双尾蝎”无人机拥有独特的“双垂尾”气动布局,机翼长达 10 米,集载荷大、航程远、稳定性强等优点于一身,最大航程可达 6000 公里,最长滞空时间达 36 小时。3)我国无侦-7 无人机在世界范围内首次采用“Φ”型连接翼气动布局,该布局相较大展弦比机翼具有明显优势,能够大幅提升机体结构强度与稳定性,同时降低整体重量和飞行阻力。

2.1.2、动力系统与能源:无人机的“心脏”

动力系统是无人机的“心脏”,决定无人装备的载荷能力、升限、续航、飞行速度、机动性等总体性能,涡桨发动机在无人机成本占比约为 16%。无人机广泛 采用的动力装置类型各异,主要包括往复式活塞式发动机和旋转活塞式发动机、传统小型涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机和涡轮轴发动机等燃气涡轮发动机,以及在微型无人机中普遍使用的由电池驱动的电动机等。

具体对比各类发动机的特性:1)涡桨发动机和涡扇发动机能够支撑无人机中高空长航时飞行。按照发动机支持的高度、速度及起飞重量由小到大进行粗略排序,微型电动机适用于微型无人机,部分飞机的起飞重量可少于 100g;活塞式发动机适用于低中低空速的侦察、监视无人机及长航时无人机,起飞重量一般为几百千克;涡轴发动机适用于中低空、低速短距、垂直起降无人机、旋翼无人机,飞机起飞重量可达 1000kg;涡喷发动机适用于飞行时间较短的中高空、高速侦察机及靶机、无人攻击机,起飞重量可达 2500kg;涡桨发动机适用于中高空长航时无人机,飞机起飞重量可达 3000kg;涡扇发动机适用于高空长航时无人机和无人战斗机,能够支撑很大的起飞重量,如“全球鹰”无人机的起飞重量达 11.6t。

2)从高度与最大速度两个维度来看,未来无人机高空高速的发展或将加大对涡喷发动机和涡轮冲压发动机的需求。随着高度与最大速度的同时提升,适用的发动机依次为:活塞式发动机(最大高度约 20000ft,最大速度约 500km/h) < 涡桨发动机(最大高度约 36000ft,最大速度约 800km/h) < 涡扇发动机(最大 高度约 60000ft,最大速度约 1500km/h) < 涡扇发动机(带加力燃烧室)< 涡喷发动机(最大高度约 90000ft,最大速度约 2700km/h) < 涡喷发动机(带加力燃烧室)< 涡轮冲压发动机(最大高度超过 100000ft,最大速度约 4000km/h) < 冲压发动机(最大高度超过 100000ft,最大速度约 5000km/h) < 火箭发动机。此外,太阳能发动机适用于低速高空特殊场景。