【掃盲】史上最全最專業(yè)無人機(jī)知識盤點(diǎn)（上）

　　無人機(jī)的誕生可以追溯到1914年。當(dāng)時第一次世界大戰(zhàn)正進(jìn)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(jī)國軍事航空學(xué)會提出了一項(xiàng)建議：研制一種不用人駕駛，而用無線電操縱的小型飛機(jī)，使它能夠飛到敵方某一目標(biāo)區(qū)上空，將事先裝在小飛機(jī)上的炸彈投下去。那之后軍用無人機(jī)便誕生了。

　　而消費(fèi)無人機(jī)自2014年進(jìn)入公眾視野以來，一直保持著超高的關(guān)注度。隨著無人機(jī)行業(yè)持續(xù)升溫，整個消費(fèi)級無人機(jī)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(jī)構(gòu)EVTank的數(shù)據(jù)來看，2013—2015年3年內(nèi)，全球民用無人機(jī)的市場銷量分別為15萬架、37.8萬架和57萬架，其中消費(fèi)級市場需求是專業(yè)級無人機(jī)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(jī)知識，包括分類、技術(shù)難點(diǎn)、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(jìn)無人機(jī)的世界。

　　上篇：

　　1.無人機(jī)是什么

　　無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)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(jī)，包括無人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)。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(jī)等。從某種角度來看，無人機(jī)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(fù)載任務(wù)，可以被看做是“空中機(jī)器人”。

　　按照不同平臺構(gòu)型來分類，無人機(jī)可主要有固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)三大平臺，其它小種類無人機(jī)平臺還包括傘翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)和無人飛船等。固定翼無人機(jī)是軍用和多數(shù)民用無人機(jī)的主流平臺，最大特點(diǎn)是飛行速度較快;無人直升機(jī)是靈活性最強(qiáng)的無人機(jī)平臺，可以原地垂直起飛和懸停;多旋翼(多軸)無人機(jī)是消費(fèi)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(jī)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(jī)可分為軍用、民用和消費(fèi)級三大類，對于無人機(jī)的性能要求各有偏重：

　　1)軍用無人機(jī)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(jī)，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機(jī)和無人戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)型;

　　2)民用無人機(jī)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(xùn)、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(jī)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(rèn)為未來無人機(jī)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(fèi)級無人機(jī)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(jī)使用領(lǐng)域構(gòu)成。

　　2.無人機(jī)技術(shù)難點(diǎn)

　　1、飛控系統(tǒng)是無人機(jī)的“駕駛員”-更精確、更清晰

　　飛控子系統(tǒng)是無人機(jī)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(jī)相當(dāng)于駕駛員對于有人機(jī)的作用，我們認(rèn)為是無人機(jī)最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機(jī)載計算機(jī)和伺服作動設(shè)備三大部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要有無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。

　　圖：飛機(jī)架構(gòu)

　　其中，機(jī)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(jī)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(jī)對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機(jī)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(jī)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(jī)傳感器中大量應(yīng)用了超光譜成像、合成孔徑雷達(dá)、超高頻穿透等新技術(shù)。

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

　　導(dǎo)航系統(tǒng)向無人機(jī)提供參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機(jī)按照指定航線飛行，相當(dāng)于有人機(jī)系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。無人機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導(dǎo))兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點(diǎn)，而未來無人機(jī)的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動進(jìn)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(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的“慣性+多傳感器+GPS+光電導(dǎo)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(jī)提升續(xù)航能力

　　不同用途的無人機(jī)對動力裝置的要求不同，但都希望發(fā)動機(jī)體積小、成本低、工作可靠：1)無人機(jī)目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機(jī)，但活塞式只適用于低速低空小型無人機(jī);2)對于一次性使用的靶機(jī)、自殺式無人機(jī)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(jī);3)低空無人直升機(jī)一般使用渦軸發(fā)動機(jī)，高空長航時的大型無人機(jī)一般使用渦扇發(fā)動機(jī)(美國全球鷹重達(dá)12t);4)消費(fèi)級微型無人機(jī)(多旋翼)一般使用電池驅(qū)動的電動機(jī)，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(rèn)為隨著渦輪發(fā)動機(jī)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(jī)的主力動力機(jī)型，太陽能、氫能等新能源電動機(jī)也有望為小型無人機(jī)提供更持久的生存力。