【掃盲】史上最全最專業(yè)無人機知識盤點（上）

　　無人機的誕生可以追溯到1914年。當時第一次世界大戰(zhàn)正進行得如火如荼，英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍，向英無人駕駛飛機國軍事航空學會提出了一項建議：研制一種不用人駕駛，而用無線電操縱的小型飛機，使它能夠飛到敵方某一目標區(qū)上空，將事先裝在小飛機上的炸彈投下去。那之后軍用無人機便誕生了。

　　而消費無人機自2014年進入公眾視野以來，一直保持著超高的關(guān)注度。隨著無人機行業(yè)持續(xù)升溫，整個消費級無人機市場也正在迅速膨脹，并呈現(xiàn)爆發(fā)增長的態(tài)勢。從研究機構(gòu)EVTank的數(shù)據(jù)來看，2013—2015年3年內(nèi)，全球民用無人機的市場銷量分別為15萬架、37.8萬架和57萬架，其中消費級市場需求是專業(yè)級無人機的兩倍左右，并且以每年50%的速度快速增長。

　　本文搜集了世上最全的無人機知識，包括分類、技術(shù)難點、發(fā)展歷史、產(chǎn)業(yè)鏈、相關(guān)政策、市場分析…希望此文能夠帶您走進無人機的世界。

　　上篇：

　　1.無人機是什么

　　無人機是無人駕駛飛機的簡稱(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。廣義地看也包括臨近空間飛行器(20-100公里空域)，如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負載任務(wù)，可以被看做是“空中機器人”。

　　按照不同平臺構(gòu)型來分類，無人機可主要有固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺，其它小種類無人機平臺還包括傘翼無人機、撲翼無人機和無人飛船等。固定翼無人機是軍用和多數(shù)民用無人機的主流平臺，最大特點是飛行速度較快;無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停;多旋翼(多軸)無人機是消費級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機中間(起降需要推力)，但操縱簡單、成本較低。

　　按不同使用領(lǐng)域來劃分，無人機可分為軍用、民用和消費級三大類，對于無人機的性能要求各有偏重：

　　1)軍用無人機對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著更高的要求，是技術(shù)水平最高的無人機，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機和無人戰(zhàn)斗機等機型;

　　2)民用無人機一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務(wù)，目前來看民用無人機最大的市場在于政府公共服務(wù)的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約70%，而我們認為未來無人機潛力最大的市場可能就在民用，新增市場需求可能出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)植保、貨物速度、空中無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)獲取等領(lǐng)域;

　　3)消費級無人機一般采用成本較低的多旋翼平臺，用于航拍、游戲等休閑用途。

　　圖：世界民用無人機使用領(lǐng)域構(gòu)成。

　　2.無人機技術(shù)難點

　　1、飛控系統(tǒng)是無人機的“駕駛員”-更精確、更清晰

　　飛控子系統(tǒng)是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，飛控對于無人機相當于駕駛員對于有人機的作用，我們認為是無人機最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設(shè)備三大部分，實現(xiàn)的功能主要有無人機姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。

　　圖：飛機架構(gòu)

　　其中，機身大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是保證飛機控制精度的關(guān)鍵，在不同飛行環(huán)境下、不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機態(tài)勢感知、戰(zhàn)場上識別敵我、防區(qū)外交戰(zhàn)能力等方面的需求，要求無人機傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率，因此國外無人機傳感器中大量應(yīng)用了超光譜成像、合成孔徑雷達、超高頻穿透等新技術(shù)。

　　2、導航系統(tǒng)是無人機的“眼睛”，多技術(shù)結(jié)合是未來方向

　　導航系統(tǒng)向無人機提供參考坐標系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導無人機按照指定航線飛行，相當于有人機系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。無人機載導航系統(tǒng)主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導)兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點，而未來無人機的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動進場著陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能，因此多種導航技術(shù)結(jié)合的“慣性+多傳感器+GPS+光電導航系統(tǒng)”將是未來發(fā)展的方向。

　　3、動力系統(tǒng)-渦輪有望逐步取代活塞，新能源發(fā)動機提升續(xù)航能力

　　不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望發(fā)動機體積小、成本低、工作可靠：1)無人機目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機，但活塞式只適用于低速低空小型無人機;2)對于一次性使用的靶機、自殺式無人機或?qū)?，要求推重比高但壽命可以?1-2h)，一般使用渦噴式發(fā)動機;3)低空無人直升機一般使用渦軸發(fā)動機，高空長航時的大型無人機一般使用渦扇發(fā)動機(美國全球鷹重達12t);4)消費級微型無人機(多旋翼)一般使用電池驅(qū)動的電動機，起飛質(zhì)量不到100克、續(xù)航時間小于一小時。

　　往前看，我們認為隨著渦輪發(fā)動機推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無人機的主力動力機型，太陽能、氫能等新能源電動機也有望為小型無人機提供更持久的生存力。