无人机发展现状及未来展望

文摘 2024-11-28 17:44 北京

由于应用领域和使用目的不同，在制造材料和机体结构等方面，无人机与常规载人机之间有着较大的差异。载人机在设计时候首先要考虑人的承载因素，对机体架构和材料承重安全性等都有相应的标准和要求。而无人机却不需要考虑人安全性能问题，可以在机体结构设计和制造材料上有更多的尝试和选择。而复合材料在刚度、强度、抗震抗疲劳、热膨胀系数等方面都拥有更出色的表现，因此被作为目前无人机制造材料首选。

一、无人机概念

无人驾驶飞机简称 “无人机” ( unmanned aerial vehicle，UAV），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵不载人的飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作,其与有人驾驶飞机最大的区别就是座舱。世界上第一架无人机出现于1917年。由于无人机相较于有人机具有灵活性高、机动性能好等特点，加之现代战争的推动，无人机相关技术得到了飞速发展。无人机种类繁多，根据任务目的不同，其尺寸、外形、重量、航程、速度以及飞行高度等也各不相同。按照用途不同，可将无人机划分为军用无人机与民用无人机两大类，而军用无人机又可分为无人攻击机、无人侦察机、无人侦察－攻击机、无人电子对抗机以及无人靶机等;民用无人机可分为农用无人机、巡查无人机、测绘无人机等。

二、国内无人机发展情况

自1958年，西安爱生技术集团有限公司 (西北工业大学第三六五研究所) 成功研制试飞我国第一架无人机以来，中国无人机已有60多年的发展经历。先后成功研制长空一号 ( CK-1) 无人靶机系列、长虹高空高速无人侦察机、ASN系列无人机、BZK-002型、“蓝箭”、“天眼”等无人侦察机，尤其是在1994年，由西北工业大学研制的ASN206多用途无人机，采用后推式双尾撑结构形式，是我军较为先进的一种无人机。近年来，研制出 “翔龙”、“翼龙”、“彩虹”、“利剑”、“WJ600” 等系列察打一体固定翼无人机，“WJ600”无人机被人们称做中国版的 “全球鹰”，是迄今为止我国国产最先进的无人机，除机身中段采用部分金属材质外，机身基本全部采用复合材料，具有很高的隐身功能。

其中，“彩虹”系列无人机目前谱系最为齐全，包括彩虹-3中空多用途无人机系统、彩虹- 4中空长航时无人机、彩虹- 5中高空长航时无人机、彩虹-7隐身无人机、彩虹-804D垂直起降固定翼无人机、彩虹-10无人倾转旋翼机、彩虹-801 /802 /803 /804无人机系统、彩虹-811/815系留无人机系统、彩虹-812 /813 /814旋翼无人机系统、彩虹-806长航时无人机系统、彩虹-821无人直升机系统和彩虹-101无人自转旋翼机等。WZ-6、T333、 “战狼”、AV500W、 “金雕”CR500、“没羽箭”等察打一体无人直升机研制的成功，标志中国自主研发设计军用无人机水平已经迈入了国际先进水平。

WJ600无人机

三、国外无人机发展情况

（一）美国无人机发展情况

美国作为世界上的无人机强国，其无人机技术领先于其他国家。美国无人机研制时间最早可追溯至1939年，先后研制出了“火蜂”系列以及“石鸡”系列靶机。之后，美国涌现出了MQ－1C“灰鹰”、MQ－8“火力侦察兵”、MQ－9“死神”、RQ－4“全球鹰”、MQ－4C“特里同”、RQ－7“影子”、RQ－11“乌鸦”、V－20“美洲狮”和RQ－21“黑杰克”等众多型号无人机。其中，RQ-4全球鹰也是世界上已列装的无人机中续航时间最长、航程最远、尺寸和重量最大、实战应用最多的高空长航时无人机系统型号。自美国航母确立海上武器装备的霸主地位之后，以 X-47B舰载无人机、MQ- 25黄貂鱼舰载无人机、MQ- 8C舰载无人直升机等为代表的舰载无人机，被用做编队执行海上任务。

近年来，美国空军通过加强顶层规划，大力发展各种无人机系统，不仅针对未来的军事需求不断扩大无人机系统相关技术的开发和应用，而且通过技术更新迭代不断强化高空侦察和中空侦察打击一体式无人机系统的作战使用。

RQ-4 全球鹰无人机

（二）俄罗斯无人机发展情况

俄罗斯的无人机研制工作最早始于20世纪30年代，其无人机技术水平曾领先于世界。自苏联解体之后，由于经济、科技发展缓慢等原因，俄罗斯的无人机技术在很长一段时间内处于停滞状态，直至2011年叙利亚内战后，俄罗斯开始大力发展无人机技术。截至目前，俄罗斯的军用无人机总量仅次于美国，处于世界第二位。俄罗斯在陆军、海军和空天军中都部署了无人机，主要型号有“海雕－10”、“前哨”和 “猎户座”等，这些无人机主要进行侦察、目标识别、为火炮和航空打击进行校准以及毁伤评估。无人机的广泛使用在一定程度上改变了陆海空三域的作战战术，是未来战场必不可少的武器之一。

“海雕-10”是俄军目前服役无人机中装备数量最多的型号，使用半径最大120 km，装配了昼夜摄像机和无线电作战设备，可在线传输视频，空中持续工作时间上限为14 h，升限为5000 m。“前哨”无人机被认为是以色列 “搜索者”无人机的俄罗斯国产版，该机是俄军装备的首款全自动无人攻击机，使用半径为200 km，滞空时间达17 h，升限约为5000 m。

“海雕-10”无人机

（三）以色列无人机发展情况

以色列是航空装备研发大国，其无人机技术的研发和应用仅次于美国。以色列的无人机最早始于上世纪70年代，其无人机技术体系比较完善，是无人机强国之一。目前，以色列装备的无人机主要型号有“云雀”、“竞技神”和“苍鹭” 等，这些无人机经受了两次中东战争的检验，受到多个国家的青睐。

以色列艾尔比特公司研制出了“赫尔墨斯Hermes900”、“云雀 Skylark”、“麻雀 Sparrow”、“蓝色地平线 BlueHorizon2”等无人机。“云雀 Skylark”无人机是采用电力作为动力的偏斜式、静音无人机，是以色列国防军目前装备最小的无人机，重量仅为4. 54 kg，航时1.5 h。马扎拉特公司研制出了“先锋 Pioneer”、“驯犬MastiffMk3”无人机。航空防御公司研制的“斗牛士 Picador”、“盘旋者 Oribiter”等多个型号无人机都是国际航展上的亮眼产品，装备以色列国防军后又在中东复杂战场环境下积累了丰富的作战经验，形成了技术研发与实战检验相互促进的良好局面。

“云雀”无人机

四、无人机的目前市场现状

据相关数据显示，我国无人机市场规模逐年扩大。据统计，截止2022年我国无人机市场规模已达到 1065亿元，其中,民用无人机市场规模大约为979亿元;军用无人机市场规模大约为86亿元。2022年中国无人机注册数量为95.8万架；截至2022年底,全行业无人机拥有者注册用户70.0万个，其中,个人用户63.9万个，企业、事业、机关法人单位用户6.1万个。截至2022年底，全行业无人机有效驾驶员执照15.28万本。2022年，全年无人机累计飞行小时2067万小时,同比增长6.17%。无人机产业链逐渐完善，包括无人机研发、生产、销售、培训、维修等领域。上游环节主要包括无人机主机、发动机、传感器等关键部件的研发和生产；中游环节是无人机整机制造；下游环节为无人机应用服务，包括航拍、测绘、巡检、农业植保等。

（一）军用市场

近年来，在信息化战争的发展形势下，无人机等新型装备需求大幅提升，再加上不断爆发的安全问题、领土争端，装备无人机成为了以较低成本增强自身国防实力的有效手段，导致全球军用无人机需求不断扩大。

（二）全球军用无人机市场

根据蒂尔集团报告预测数据，2023-2032年全球军用无人机市场规模持续保持增长，2032年全球军用无人机市场规模达到164亿美元，复合增速为3.44%；研发费用方面，预计全球军用无人机研发费用从2023年64亿美元增长至2032年78亿美元，复合增速为2.25%。

1、军贸市场份额占比

根据斯德哥尔摩国际和平研究所SIPRI数据，2010~2020年中国无人机军贸市场份额合计占比约17%，位居全球第三，其中主要出口机型为“彩虹”和“翼龙”型号无人机。预计未来我国无人机军贸市场份额有望进一步上升。目前世界范围内具有无人机完整产业链的国家仅有以色列、美国、中国。

2、全球无人机市场增速排名

根据Drone Industry Insights数据，2022年全球无人机市场增速前三的地区分别为亚洲、北美、欧洲，增速分别为11.9%、8.1%和6.8%，亚洲无人机市场持续保持高景气。

（三）民用市场

民用市场应用逐步挖掘，工业级无人机市场需求旺盛。民用无人机应用场景逐步挖掘，工业级无人机市场有望快速增长。随着技术逐渐成熟，叠加政府政策支持，民用无人机下游应用区域逐渐打开。目前工业级无人机主要应用场景有农业植保、电力巡检、航拍测绘、警用安防、环境监测、铁路建设、灾害救援等，通过与大数据、云计算等技术结合，工业无人机已经从“垂直进步”走向“水平进步”。

根据中商情报网数据，2020年中国工业无人机应用最广泛的领域是地理测绘，占比29%，接下来是农林植保、巡逻巡检等领域。中国国土面积广袤，作为农业大国，伴随着城镇化的提高，工业无人机的需要也逐步拉高。此外中国正在大力发展智慧城市，工业无人机有望凭借其平台化、无人化、智能化特点提升城市管理水平。根据Frost&Sullivan数据，中国工业无人机市场规模在2024年将达到3208亿元。

同时，我国民用无人机企业在珠三角、长三角、京津冀、成渝等区域实现集群式发展，显示出强劲的发展动能和巨大的产业活力。大疆创新、广东极飞、中航（成都）无人机、四川腾盾、成都纵横等一批民用无人机企业创新能力和盈利能力进入国际市场第一方阵。

五、复合材料在无人机领域的应用

（一）无人机复合材料应用部位

1、结构件：无人机的主体结构、机翼、尾翼等部件可以使用复合材料制造。复合材料具有轻质、高强度、良好的抗疲劳性和抗冲击性，使得无人机具有较长的使用寿命和较好的飞行性能。

2、电机舱：无人机的核心部件，如电机、控制器等，也可以使用复合材料进行保护。复合材料可以提供良好的电磁屏蔽性能，有效降低电磁干扰，保障无人机电气系统的稳定运行。

3、散热材料：无人机在飞行过程中会产生大量热量，复合材料可以用于制作散热片，帮助无人机有效散热，保证设备的正常运行。

4、燃料系统：复合材料在无人机燃料系统的应用也越来越重要。例如，复合材料储氢罐可以用于存储氢气，作为无人机的动力来源。

5、传感器外壳：无人机需要搭载各种传感器，如 GPS、气压计、陀螺仪等。复合材料可以制作轻质、高强度的外壳，保护传感器免受外界环境的影响，确保传感器的准确性和稳定性。

（二）无人机复合材料构件制造工艺分析

1、热压罐成型工艺

热压罐成型工艺能够使无人机复合材料构件的内外质量轻便优良、树脂含量均匀、且具有优秀的力学性能，因此其也成为无人机主要承重构件及高速度要求等部位复合材料构件制造的首选工艺。热压罐成型工艺的不足之处在于经济性较差，这主要体现在其对于制造设备要求、前期投入及加工成本都比较高，这也在一定程度上制约了该技术的普及。因此出于对经济效益因素的考虑，在无人机实际制造过程中往往容易被低温低压成型技术所代替。

2、真空袋成型工艺

真空袋成型工艺的优点为性价比较高，用较少的成本投入即可获得理想制造效果，且工艺操作难度不大，较容易普及实施。其不足之处在于成型压力力度较小，因此实施对象多为质量标准要求相对较低的复合材料构件。从应用范围看，真空袋成型工艺在小型低速无人机复合材料制造中较为普遍。从操作方法看，真空袋成型工艺的前期操作主要有预浸料铺贴和湿法铺贴两种方法。从操作效果看，预浸料铺贴工艺下复合材料构件的胶液涂刷均匀，稳定性和质量都较好。

3、模压成型工艺

模压成型工艺的优点为生产效率高、操作简便、经济性较好，成型压力大，能很好地兼顾无人机制造的成本投入与质量产出。从适用范围看，模压成型工艺多被应用于无人机泡沫夹层结构复合材料构件制造。从操作流程看，模压成型工艺分两步走，①泡沫芯制作及蒙皮铺贴，②入模压紧固化。从实施效果看，在无人机翼板复合材料构件中使用该工艺，无人机机翼的美观度和精准度都得到显著提升。此外，还应注意加压机的合理选择，才能确保模压成型工艺加工的最优效果。

4、低温成型技术

低温成型技术的优点为工艺成本相对低廉且耗能可控，其能够在 60～80℃条件下，将低温聚合树脂固化成型，这使其成为现阶段热压罐成型工艺的有效补充。从适用范围看，低温成型技术不仅对复合材料构件尺寸包容性强，而且可于常温常压下直接固化成型复合材料，因此其在多种类型无人机中被广泛使用。从操作效果看，与高温成型工艺产品相比，低温成型技术下复合材料构件在保证质量优良的同时，还能使无人机制造成本大幅降低。此外，要想获得良好的低温成型技术效果，还需重视树脂和低温成型预浸带的不断改善。

（三）无人机复合材料占比

无人机的主体结构和机翼等部件通常采用轻质、高强度的材料，如复合材料、铝合金等。这些材料的价格相对较高，但重量轻，有利于提高无人机的飞行性能。结构材料在无人机成本中的占比约为20%-30%，

复合材料在无人机结构中的重量占比因无人机类型、尺寸和应用场景而异。一般来说，复合材料在无人机结构中的重量占比可以达到50%甚至更高。以下是一个大致的估算：

小型无人机：对于小型无人机，复合材料的使用比例较高，可以达到机身重量的 70%-80%。这是因为小型无人机往往采用轻质材料以提高飞行性能，同时复合材料具有较高的强度和刚度，可以满足小型无人机的结构需求。

中型无人机：中型无人机在结构材料方面的占比相对较低，复合材料重量占比约为 50%-60%。这是因为中型无人机可能需要承载更多的负载，如燃料、传感器和有效载荷等，因此结构材料的选择更注重性能与重量的平衡。

大型无人机：大型无人机结构中复合材料的重量占比可能较低，约为30%-40%。这是因为大型无人机主要采用重型结构材料，如铝合金、钛合金等，以承受更大的载荷和风载。此外，大型无人机往往有更大的空间容纳燃料、设备和人员等，因此复合材料的使用比例相对较低。

六、无人机未来发展展望

进入21世纪，随着科学技术的飞速发展和军事变革持续推进，世界无人机的研发与应用已经进入一个崭新时期，无人机性能越来越优越，对有人机的替代动力也越来越强。一方面，无人机在军事领域的使用范围仍在不断拓展，察打一体化、综合集成化、高度智能化、灵巧微型化、滞空长时化、结构隐形化、使用协同化、作战网络化成为军用无人机重要的发展方向，且发展速度将更加迅猛。另一方面，随着军用无人机的技术日益稳定以及人工智能技术的飞跃，无人机在民用领域的应用需求呈现井喷式、跨越式增长。今后也将围绕以下5个方向进行发展。

（一）微型化

无人机的应用范围愈加广泛，尺寸小、体积小、重量足够轻、功能范围面积大、便于拿取、易操控。能够充当监视器、跟踪器、具有仿生特性。要想做到这些不光要将一些基础设备微小化和保证长久续航等提升能力还要有一定的生物科技的基础。如果无人机能做到像蚂蚁一般大小且五脏俱全，相信在未来蚂蚁绊倒大象将不再是戏言。

（二）隐形化

隐形技术是通过降低无人机的信号特征，让无人机难以被识别、发现、跟踪和破坏的技术，就像变色龙一样能够适应环境的变化。无人机的信号，以电磁波红外特征最为明显。要想隐形，一要减少电磁波的反射和热量的集聚最大程度上，二要减少发动机为喷管和排气口的红外辐射，三要使用可改变波长添加剂的燃料或改动发动机的构造，已加快热量散失。

（三）智能化

无人机的智能化顾名思义就是让无人机根据储存在核心的程序可以自主定位目标进行打击、侦查或规避。无人机达到智能化以后可以降低被击落的风险，提高生存能力，增加回收利用率，增加战斗力降低生产成本节约资金用到更有发展的地方。如果无人机实现智能化应用到军事中，将带来军用应用领域的大翻转，变成战争利器，充分发挥优势。

（四）系统化

无人机目前的状态需要人进行定向定点操作，达到系统化以后，无人机之间的协调合作能力将大幅提升，呈现集群式大规模的应用模式，代替人工节省人力，在一个统一的系统下，无人机群合作协作配合天衣无缝，明确分工，实现分批次分重点分强度的智能化应用模式。

（五）高速长航时化

飞行速度的大大提升将很大程度的提高其机动性，从而提高存活率。它能够更快的逃脱追击及雷达围捕，将增加其对一些有人飞机的协调能力。要想无人机实现长航时化，需要对其燃料系统做相应的改进。可以开发研究高效燃料电池或利用新能源替代原有能源，如太阳能。高速长航时化的无人机，将为无人机作为多任务作战平台提供物质基础，将大幅提高无人机的勘察能力，向强国靠拢，齐头并进实现全球化，更好的弥补不足。

我国政府高度重视无人机行业的发展，陆续出台了一系列政策和支持措施，以促进无人机产业的发展和创新。以下是一些主要政策和发展规划：

《关于促进公共航空危险品运输高质量发展的指导意见》：该政策旨在推动无人机行业向高质量方向发展，提升无人机在公共航空领域的安全水平。

《“十四五”通用航空发展专项规划》：该规划明确了我国通用航空产业的发展目标、主要任务和重点工程，为无人机产业提供了明确的发展方向。

《“十四五”国家应急体系规划》：该规划强调了无人机在应急救援领域的重要性，并提出要加强无人机研发和应用，提高国家应急体系的现代化水平。

《“十四五”全国农药产业发展规划》：该规划提出要推进无人机在农业领域的应用，提高农药喷洒效率和农业生产效益。

《关于支持无人机产业加快发展的政策措施（征求意见稿）》：该政策旨在鼓励无人机产业技术创新、人才培育和产业链建设，为无人机产业提供更加有力的政策支持。

民航局无人机管理政策：民航局对无人机实行实名登记制度，规范无人机生产和使用，确保无人机飞行安全。

地方政府支持政策：各地政府也纷纷出台相关政策，支持无人机产业的发展。例如，上海成功完成首架自主研发的 2 吨级eVTOL（电动垂直起降飞行器）M1试飞，展示了地方政府对无人机产业的支持力度。

此外，我国政府还积极推动无人机行业标准的建设，完善无人机生产、使用、监管等方面的技术规范和标准，为无人机产业的健康发展提供保障。

综上，我国政府对无人机产业发展给予了高度关注，通过政策引导、发展规划和产业支持等多种手段，推动无人机产业技术创新、应用拓展和产业链建设，为无人机产业的持续发展创造了有利条件。展望未来，随着无人机产业潜在市场的进一步释放，它所带来的改变也将超出多数人想象，但随之而来的是全社会可能面临的一系列技术和法律的问题。因此，为保证无人机产业积极、健康发展，我们需要更加关注无人机产业发展的相关政策，着力为其发展营造良好的生态环境，让无人机为人类不断创造更好的社会及经济效益。我们相信，未来无人机将更加深刻地融入我们的生活、改变我们的生活，并给我们带来更多的惊喜。

参考文献：

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[2] 赵珊.无人机中的复合材料结构与制造工艺分析[J].集成电路应用,2023,40(08):346-347.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2023.08.161.

[3]段国晨,赵景丽,赵伟超.先进复合材料在无人机结构的应用[J].纤维复合材料,2022,39(02):105-114.

此文由中国复合材料工业协会搜集整理编译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。

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