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垂直起降固定翼无人机行业深度研究报告

时间:2021-03-14 18:37来源:东方证券 作者:中国通航
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       作者:王天一、罗楠、冯函

       报告综述
 
       伴随人工智能、半导体、传感器等快速发展,无人机系统通过技术快速迭代,不断拓展能力和应用领域。根据《无人机系统发展白皮书》预测,2019- 2029 年全球无人机系统将保持 CAGR 20%以上,10 年内产值累计超过 4000 亿美元,而带动的产业配套拓展和创新服务市场则更加庞大。
 
       1)无人机自问世以来,就拥有传统飞行器和大武器系统所不具备的快速迭代能力, 进化出的适用场景不断拓展,逐步从军事专用拓展到民用领域。随着无人机 产业链趋于成熟,飞控与导航技术的快速发展,无人机具备了小型化、智能 化、低成本的条件。2014 年消费级爆发式增长,形成了无人机军民两用格 局。
 
       2)无人机的使用需要无人机系统的支持。技术方面,无人机系统正向 多样化、智能化、通用化趋势发展。军用方面,无人机系统将成为先进空中 作战力量的主战装备和体系化、智能化作战的关键组成部分。民用方面:广 泛的应用为无人机系统发展提供了产业化基础和市场化活力。
 
       垂直起降固定翼飞行器凭借独特的构型,是近年来无人机乃至有人机领域最具活力的细分赛道之一。
 
       2020 年垂直起降(VTOL)无人机加速军事化应用。因不受起降场地限制, 能适应航海、山地等复杂地形环境,美将垂直起降飞行器列为美军十大未来 关键装备之首。2020 年,美空军发布“敏捷至上”项目,极力推进电动垂 直起降 eVTOL 无人机军事化应用。多家新兴 eVTOL 商企参与,目前 Joby 和 Beta 两家已经进入试飞阶段。项目预计于 2023 年完成飞行器适航审定, 2025 年初具备规模化应用的水平,实现大规模采购。
 
       2020 年垂直起降(VTOL)无人机在工业级应用领域不断拓展,同时继续 加速城市交通商业化发展。1)工业级成为全球民用无人机增长新引擎,市 场逐步由 to C 转向 to B。随着应用场景的不断拓展,预计 2020 年工业无 人机市场规模将首次超过消费级无人机,成为全球民用无人机的主要市场。根据 Frost & Sullivan 预测,2020-2024 年全球工业无人机市场 CAGR 高 达 56.43%,成为全球民用市场增长新引擎,2024 年全球民用市场规模将 达 4157.27 亿元,而垂直起降(VTOL)无人机也是发展亮点之一。2)VTOL 加速城市交通(UAM)商业化。2020 年,日韩率先从国家层面顶层设计 UAM 产业规划,明确了 UAM 发展的关键时间点。同时,eVTOL 企业受到全球 资本包括产业资本的高度重视(丰田、优步、腾讯等),纷纷加紧布局,助 力 UAM 商业化进程。


       1.无人机系统:2019-2029 全球累计产值超 4000 亿美元

       1.1 无人机与无人机系统
 
       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。按照气动布局分类,无人机主要分为固定 翼无人机、多旋翼无人机、无人直升机、垂直起降固定翼无人机。其中,垂直起降固定翼无人机兼 具固定翼和多旋翼的特点,对起降场地要求低、可空中悬停,适用于大面积、长航时作业,可携带 载荷作远距离探测,具有应用优势。
 
       无人机逐步从军事专用拓展到民用领域,形成了军民两用格局。早期主要应用于军事领域,先后被 用于靶机、侦查、情报探测、携弹打击等。20 世纪 80 年代以来,美国、日本、中国纷纷探索无人 机在民用领域的应用。2008 至 2014 年,受益于信息化、任务载荷、卫星导航等技术的发展,无人 机在军事领域及工业领域应用日益广泛。2014 年至今,随着无人机产业链趋于成熟,飞控与导航 技术的快速发展,无人机具备了小型化、智能化、低成本的条件,消费级无人机快速发展,工业无 人机在巡检、安防监控、农林植保、测绘与地理信息等领域同时得以快速发展。

 

       无人机的使用需要无人机系统的支持。无人机系统是指挥控制站、一架或多架无人机、机载任务载 荷、数据链以及相关保障设施共同组成的功能系统。动力系统、任务载荷设备能力、感知与自主控 制导肮系统以及起降技术是无人机系统的四大关键核心技术。无人机系统按大小、用途、性能特点 可分为大型、中型、微小型无人机系统:
 
       1) 大型无人机系统主要应用于军事高端需求领域,是整个产业体系的“塔尖”。制空作战、高 空高速、长航时等任务功能的大型无人机系统,其开发复杂程度和技术挑战甚至超过了大部 分有人作战飞机。世界上只有美国、英国、法国、以色列、中国等少数国家具有大型无人机 系统独立发展能力,全球仅有十余家领先防务企业具备大型无人机系统研制生产能力。
 
       2) 中型无人机系统的性能可满足大多数常规战术场景和行业应用领域,一些科技工业基础不高 的国家通过技术合作、引进生产线等方式也进入这一领域,全球约 40 个国家和地区、数百家 制造商拥有中型无人机系统研制生产能力,其中既包括传统防务及航空制造企业,也包括不 少新兴高科技企业参与。
 
       3) 微小型无人机系统借助成熟的软硬件技术和产品配套体系,正在特种作战场景和大众及消费 领域不断开发应用,涉及技术、专业、资金门槛相对较低,从业企业数以千计,中国的大疆 创新等企业已占有较大市场份额,形成产业规模效应。
 
       从价值量看,无人机配套系统约是无人机平台的 38.5%。无人机平台包括机体、发动机、系统成品 和任务设备;而无人机配套系统是指综合保障系统和地面通用站。根据美国空军《Aircraft Procurement, Air Force 2018》披露,截至 2017 年美国空军已经完成了 55 套“全球鹰”无人机 系统的采购工作,采购费总投入为 43.54 亿美元。其中,飞机平台 45 架,采购费为 31.43 亿美元;通用地面站 10 套,采购费为 2.18 亿美元;综合保障系统采购费为 9.93 亿美元。
 
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