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專題報告

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無人機發展現狀及未來展望(下篇)

四、無人機的目前市場現狀

據相關數據顯示,我國無人機市場規模逐年擴大。據統計,截止2022年我國無人機市場規模已達到 1065億元,其中,民用無人機市場規模大約為979億元;軍用無人機市場規模大約為86億元。2022年中國無人機注冊數量為95.8萬架;截至2022年底,全行業無人機擁有者注冊用戶70.0萬個,其中,個人用戶63.9萬個,企業、事業、機關法人單位用戶6.1萬個。截至2022年底,全行業無人機有效駕駛員執照15.28萬本。2022年,全年無人機累計飛行小時2067萬小時,同比增長6.17%。無人機產業鏈逐漸完善,包括無人機研發、生產、銷售、培訓、維修等領域。上游環節主要包括無人機主機、發動機、傳感器等關鍵部件的研發和生產;中游環節是無人機整機制造;下游環節為無人機應用服務,包括航拍、測繪、巡檢、農業植保等。

(一)軍用市場

近年來,在信息化戰爭的發展形勢下,無人機等新型裝備需求大幅提升,再加上不斷爆發的安全問題、領土爭端,裝備無人機成為了以較低成本增強自身國防實力的有效手段,導致全球軍用無人機需求不斷擴大。

(二)全球軍用無人機市場

根據蒂爾集團報告預測數據,2023-2032年全球軍用無人機市場規模持續保持增長,2032年全球軍用無人機市場規模達到164億美元,復合增速為3.44%;研發費用方面,預計全球軍用無人機研發費用從2023年64億美元增長至2032年78億美元,復合增速為2.25%。

1、軍貿市場份額占比

根據斯德哥爾摩國際和平研究所SIPRI數據,2010~2020年中國無人機軍貿市場份額合計占比約17%,位居全球第三,其中主要出口機型為“彩虹”和“翼龍”型號無人機。預計未來我國無人機軍貿市場份額有望進一步上升。目前世界范圍內具有無人機完整產業鏈的國家僅有以色列、美國、中國。

2、全球無人機市場增速排名

根據Drone Industry Insights數據,2022年全球無人機市場增速前三的地區分別為亞洲、北美、歐洲,增速分別為11.9%、8.1%和6.8%,亞洲無人機市場持續保持高景氣。

(三)民用市場

民用市場應用逐步挖掘,工業級無人機市場需求旺盛。民用無人機應用場景逐步挖掘,工業級無人機市場有望快速增長。隨著技術逐漸成熟,疊加政府政策支持,民用無人機下游應用區域逐漸打開。目前工業級無人機主要應用場景有農業植保、電力巡檢、航拍測繪、警用安防、環境監測、鐵路建設、災害救援等,通過與大數據、云計算等技術結合,工業無人機已經從“垂直進步”走向“水平進步”。

根據中商情報網數據,2020年中國工業無人機應用最廣泛的領域是地理測繪,占比29%,接下來是農林植保、巡邏巡檢等領域。中國國土面積廣袤,作為農業大國,伴隨著城鎮化的提高,工業無人機的需要也逐步拉高。此外中國正在大力發展智慧城市,工業無人機有望憑借其平臺化、無人化、智能化特點提升城市管理水平。根據Frost&Sullivan數據,中國工業無人機市場規模在2024年將達到3208億元。

同時,我國民用無人機企業在珠三角、長三角、京津冀、成渝等區域實現集群式發展,顯示出強勁的發展動能和巨大的產業活力。大疆創新、廣東極飛、中航(成都)無人機、四川騰盾、成都縱橫等一批民用無人機企業創新能力和盈利能力進入國際市場第一方陣。

五、復合材料在無人機領域的應用

由于應用領域和使用目的不同,在制造材料和機體結構等方面,無人機與常規載人機之間有著較大的差異。載人機在設計時候首先要考慮人的承載因素,對機體架構和材料承重安全性等都有相應的標準和要求。而無人機卻不需要考慮人安全性能問題,可以在機體結構設計和制造材料上有更多的嘗試和選擇。而復合材料在剛度、強度、抗震抗疲勞、熱膨脹系數等方面都擁有更出色的表現,因此被作為目前無人機制造材料首選。

(一)無人機復合材料應用部位
1、結構件:無人機的主體結構、機翼、尾翼等部件可以使用復合材料制造。復合材料具有輕質、高強度、良好的抗疲勞性和抗沖擊性,使得無人機具有較長的使用壽命和較好的飛行性能。
2、電機艙:無人機的核心部件,如電機、控制器等,也可以使用復合材料進行保護。復合材料可以提供良好的電磁屏蔽性能,有效降低電磁干擾,保障無人機電氣系統的穩定運行。
3、散熱材料:無人機在飛行過程中會產生大量熱量,復合材料可以用于制作散熱片,幫助無人機有效散熱,保證設備的正常運行。
4、燃料系統:復合材料在無人機燃料系統的應用也越來越重要。例如,復合材料儲氫罐可以用于存儲氫氣,作為無人機的動力來源。
5、傳感器外殼:無人機需要搭載各種傳感器,如 GPS、氣壓計、陀螺儀等。復合材料可以制作輕質、高強度的外殼,保護傳感器免受外界環境的影響,確保傳感器的準確性和穩定性。
(二)無人機復合材料構件制造工藝分析
1、熱壓罐成型工藝

熱壓罐成型工藝能夠使無人機復合材料構件的內外質量輕便優良、樹脂含量均勻、且具有優秀的力學性能,因此其也成為無人機主要承重構件及高速度要求等部位復合材料構件制造的首選工藝。熱壓罐成型工藝的不足之處在于經濟性較差,這主要體現在其對于制造設備要求、前期投入及加工成本都比較高,這也在一定程度上制約了該技術的普及。因此出于對經濟效益因素的考慮,在無人機實際制造過程中往往容易被低溫低壓成型技術所代替。

2、真空袋成型工藝

真空袋成型工藝的優點為性價比較高,用較少的成本投入即可獲得理想制造效果,且工藝操作難度不大,較容易普及實施。其不足之處在于成型壓力力度較小,因此實施對象多為質量標準要求相對較低的復合材料構件。從應用范圍看,真空袋成型工藝在小型低速無人機復合材料制造中較為普遍。從操作方法看,真空袋成型工藝的前期操作主要有預浸料鋪貼和濕法鋪貼兩種方法。從操作效果看,預浸料鋪貼工藝下復合材料構件的膠液涂刷均勻,穩定性和質量都較好。

3、模壓成型工藝

模壓成型工藝的優點為生產效率高、操作簡便、經濟性較好,成型壓力大,能很好地兼顧無人機制造的成本投入與質量產出。從適用范圍看,模壓成型工藝多被應用于無人機泡沫夾層結構復合材料構件制造。從操作流程看,模壓成型工藝分兩步走,①泡沫芯制作及蒙皮鋪貼,②入模壓緊固化。從實施效果看,在無人機翼板復合材料構件中使用該工藝,無人機機翼的美觀度和精準度都得到顯著提升。此外,還應注意加壓機的合理選擇,才能確保模壓成型工藝加工的最優效果。

4、低溫成型技術

低溫成型技術的優點為工藝成本相對低廉且耗能可控,其能夠在 60~80℃條件下,將低溫聚合樹脂固化成型,這使其成為現階段熱壓罐成型工藝的有效補充。從適用范圍看,低溫成型技術不僅對復合材料構件尺寸包容性強,而且可于常溫常壓下直接固化成型復合材料,因此其在多種類型無人機中被廣泛使用。從操作效果看,與高溫成型工藝產品相比,低溫成型技術下復合材料構件在保證質量優良的同時,還能使無人機制造成本大幅降低。此外,要想獲得良好的低溫成型技術效果,還需重視樹脂和低溫成型預浸帶的不斷改善。

(三)無人機復合材料占比

無人機的主體結構和機翼等部件通常采用輕質、高強度的材料,如復合材料、鋁合金等。這些材料的價格相對較高,但重量輕,有利于提高無人機的飛行性能。結構材料在無人機成本中的占比約為20%-30%,

復合材料在無人機結構中的重量占比因無人機類型、尺寸和應用場景而異。一般來說,復合材料在無人機結構中的重量占比可以達到50%甚至更高。以下是一個大致的估算:

小型無人機:對于小型無人機,復合材料的使用比例較高,可以達到機身重量的 70%-80%。這是因為小型無人機往往采用輕質材料以提高飛行性能,同時復合材料具有較高的強度和剛度,可以滿足小型無人機的結構需求。

中型無人機:中型無人機在結構材料方面的占比相對較低,復合材料重量占比約為 50%-60%。這是因為中型無人機可能需要承載更多的負載,如燃料、傳感器和有效載荷等,因此結構材料的選擇更注重性能與重量的平衡。

大型無人機:大型無人機結構中復合材料的重量占比可能較低,約為30%-40%。這是因為大型無人機主要采用重型結構材料,如鋁合金、鈦合金等,以承受更大的載荷和風載。此外,大型無人機往往有更大的空間容納燃料、設備和人員等,因此復合材料的使用比例相對較低。

六、無人機未來發展展望

進入21世紀,隨著科學技術的飛速發展和軍事變革持續推進,世界無人機的研發與應用已經進入一個嶄新時期,無人機性能越來越優越,對有人機的替代動力也越來越強。一方面,無人機在軍事領域的使用范圍仍在不斷拓展,察打一體化、綜合集成化、高度智能化、靈巧微型化、滯空長時化、結構隱形化、使用協同化、作戰網絡化成為軍用無人機重要的發展方向,且發展速度將更加迅猛。另一方面,隨著軍用無人機的技術日益穩定以及人工智能技術的飛躍,無人機在民用領域的應用需求呈現井噴式、跨越式增長。今后也將圍繞以下5個方向進行發展。

(一)微型化

無人機的應用范圍愈加廣泛,尺寸小、體積小、重量足夠輕、功能范圍面積大、便于拿取、易操控。能夠充當監視器、跟蹤器、具有仿生特性。要想做到這些不光要將一些基礎設備微小化和保證長久續航等提升能力還要有一定的生物科技的基礎。如果無人機能做到像螞蟻一般大小且五臟俱全,相信在未來螞蟻絆倒大象將不再是戲言。

(二)隱形化

隱形技術是通過降低無人機的信號特征,讓無人機難以被識別、發現、跟蹤和破壞的技術,就像變色龍一樣能夠適應環境的變化。無人機的信號,以電磁波紅外特征最為明顯。要想隱形,一要減少電磁波的反射和熱量的集聚最大程度上,二要減少發動機為噴管和排氣口的紅外輻射,三要使用可改變波長添加劑的燃料或改動發動機的構造,已加快熱量散失。

(三)智能化

無人機的智能化顧名思義就是讓無人機根據儲存在核心的程序可以自主定位目標進行打擊、偵查或規避。無人機達到智能化以后可以降低被擊落的風險,提高生存能力,增加回收利用率,增加戰斗力降低生產成本節約資金用到更有發展的地方。如果無人機實現智能化應用到軍事中,將帶來軍用應用領域的大翻轉,變成戰爭利器,充分發揮優勢。

(四)系統化

無人機目前的狀態需要人進行定向定點操作,達到系統化以后,無人機之間的協調合作能力將大幅提升,呈現集群式大規模的應用模式,代替人工節省人力,在一個統一的系統下,無人機群合作協作配合天衣無縫,明確分工,實現分批次分重點分強度的智能化應用模式。

(五)高速長航時化

飛行速度的大大提升將很大程度的提高其機動性,從而提高存活率。它能夠更快的逃脫追擊及雷達圍捕,將增加其對一些有人飛機的協調能力。要想無人機實現長航時化,需要對其燃料系統做相應的改進。可以開發研究高效燃料電池或利用新能源替代原有能源,如太陽能。高速長航時化的無人機,將為無人機作為多任務作戰平臺提供物質基礎,將大幅提高無人機的勘察能力,向強國靠攏,齊頭并進實現全球化,更好的彌補不足。

我國政府高度重視無人機行業的發展,陸續出臺了一系列政策和支持措施,以促進無人機產業的發展和創新。以下是一些主要政策和發展規劃:

《關于促進公共航空危險品運輸高質量發展的指導意見》:該政策旨在推動無人機行業向高質量方向發展,提升無人機在公共航空領域的安全水平。

《“十四五”通用航空發展專項規劃》:該規劃明確了我國通用航空產業的發展目標、主要任務和重點工程,為無人機產業提供了明確的發展方向。

《“十四五”國家應急體系規劃》:該規劃強調了無人機在應急救援領域的重要性,并提出要加強無人機研發和應用,提高國家應急體系的現代化水平。

《“十四五”全國農藥產業發展規劃》:該規劃提出要推進無人機在農業領域的應用,提高農藥噴灑效率和農業生產效益。

《關于支持無人機產業加快發展的政策措施(征求意見稿)》:該政策旨在鼓勵無人機產業技術創新、人才培育和產業鏈建設,為無人機產業提供更加有力的政策支持。

民航局無人機管理政策:民航局對無人機實行實名登記制度,規范無人機生產和使用,確保無人機飛行安全。

地方政府支持政策:各地政府也紛紛出臺相關政策,支持無人機產業的發展。例如,上海成功完成首架自主研發的 2 噸級eVTOL(電動垂直起降飛行器)M1試飛,展示了地方政府對無人機產業的支持力度。

此外,我國政府還積極推動無人機行業標準的建設,完善無人機生產、使用、監管等方面的技術規范和標準,為無人機產業的健康發展提供保障。

綜上,我國政府對無人機產業發展給予了高度關注,通過政策引導、發展規劃和產業支持等多種手段,推動無人機產業技術創新、應用拓展和產業鏈建設,為無人機產業的持續發展創造了有利條件。展望未來,隨著無人機產業潛在市場的進一步釋放,它所帶來的改變也將超出多數人想象,但隨之而來的是全社會可能面臨的一系列技術和法律的問題。因此,為保證無人機產業積極、健康發展,我們需要更加關注無人機產業發展的相關政策,著力為其發展營造良好的生態環境,讓無人機為人類不斷創造更好的社會及經濟效益。我們相信,未來無人機將更加深刻地融入我們的生活、改變我們的生活,并給我們帶來更多的驚喜。

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