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浅谈民用工业用无人机现状及发展趋势 来源:科研管理办公室 作者: 科研管理办公室


1、概述:无人机是什么

       无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle),是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机,包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器(20-100 公里空域),如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。

       从某种角度来看,无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务,可以被看做是“空中机器人”。
       按照不同平台构型来分类,无人机可主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大平台。

       固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台,最大特点是飞行速度较快;无人直升机是灵活性最强的无人机平台,可以原地垂直起飞和悬停;多旋翼(多轴)无人机是消费级和部分民用用途的首选平台,灵活性介于固定翼和直升机中间(起降需要推力),但操纵简单、成本较低。

       按不同使用领域来划分,无人机可分为军用、民用和消费级三大类,对于无人机的性能要求各有偏重:

       (1)军用无人机对于灵敏度、飞行高度速度、智能化等有着更高的要求,是技术水平最高的无人机,包括侦察、诱饵、电子对抗、通信中继、靶机和无人战斗机等机型;

       (2)民用无人机一般对于速度、升限和航程等要求都较低,但对于人员操作培训、综合成本有较高的要求,因此需要形成成熟的产业链提供尽可能低廉的零部件和支持服务,目前来看民用无人机最大的市场在于政府公共服务的提供,如警用、消防、电力、气象等,占到总需求的约 70%,对于高压电力专业,无人机用途目前应用于电力架空线路、变电站、配电设施的巡视、故障查找轻微缺陷的消除、展放导线等领域,随着无人机技术的更新迭代,未来应用于电力专业的方面将越来越多;

       (3)消费级无人机一般采用成本较低的多旋翼平台,用于航拍、游戏等休闲用途。


2、无人机发展历史

       中国起步早,近年发展较快:中国上世纪 80 年代,就将自行开发的无人机(脱胎于军用机型)在地图测绘和地质勘探中做了尝试。近些年,专为民用研制额”黔中“1 号无人机与 2010 年顺利首飞,2011 你那国产”蜜蜂“28 无人机,可全自主起飞、着陆、悬停和航路规划,能应用农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘、中继通信等。

       对于民用领域,无人机仅仅是一个飞行平台,其功能归根到底要通过机载系统中的任务载荷设备来完成。    目前硬件产业链日趋成熟、成本下降为民用&消费无人机爆发创造条件,近十年民用和消费级无人机市场的兴起和硬件产业链的成熟、成本曲线不断下降密不可分,其中随着移动终端的兴起,芯片、电池、惯性传感器、通讯芯片等产业链迅速成熟,成本下降,使智能化进程得以迅速向更加小型化、低功耗的设备迈进。这也给无人机整体硬件的迅速创新和成本下降创造了良好条件。


芯片

       目前一个高性能FPGA芯片就可以在无人机上实现双CPU的功能,以满足导航传感器的信息融合,实现无人飞行器的最优控制。


惯性传感器

       伴随着手持设备上大量应用加速计、陀螺仪、地磁传感器、MEMS惯性传感器等,6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器,成本和功耗进一步降低,成本仅在几美元。另外GPS芯片仅重0.3克,价格不到5美元。


Wifi等无线通信

        Wifi等通信芯片用于控制和传输图像信息,通信传输速度和质量已经可以充分满足千米的传输需求。


电池

       电池能量密度不断增加,使得无人机在保持较轻的重量下,续航时间能有25-30分钟,达到可以满足一些基本应用的程度,此外,油电混动技术、感应充电技术的兴起可让无人机滞空时间实现质的飞跃。


相机等挂载设备

       近年来移动终端同样促进了高像素摄像头性能的急剧提升和成本下降。

3、多旋翼无人机现状

北京瑞深航空科技有限公司

北京瑞深航空科技有限公司

       (http://www.youuav.com/shop/1848/index)研发的H2型油电混合动力系统,通过燃烧汽油发出电能,供给无人机使用,即保留了汽油高能量密度的优势又保留了电动无人机操作简单灵活的特点,其最大的技术优势在于高功率重量比,3.7公斤的自重可提供近2KW的直流电能,是传统发电设备的11倍,是变频发电设备的7倍。使用成本,续航能力,使用便捷性,环境适应性等方面远远超出锂电池。
产品功能参数:
1.尺寸192 x 215 x 222 mm (长 X 宽 X 高)
2.自重:3.5kg
3.载重3kg货物的情况下续航2小时
 
浙江氢航科技

 

       浙江氢航科技(http://www.qinghang-tech.com)是一家致力于新型燃料电池与低空长航时无人机设计研发和生产制造的公司。我们致力于研发轻量、高效、可靠的燃料电池和氢燃料电池动力飞行器。
由氢动力驱动的HydroCopter -01氢旋1号(六旋翼)飞行时间可达锂电飞机的4倍以上,在2公斤有效载荷下飞机可实现空留2小时。新一代的HydroCopter飞机最大航时将达到3.5小时。

       HydroCopter -01是很多应用的理想平台,例如:电力巡检、搜索救援、边防巡逻等。
       产品功能参数:
       1.起飞重量:22kg                
       2.巡航速度:8m/s
       3.飞行半径:45km                 
       4.实时图传距离:15km
       5.实时数传距离:35km          
       6.飞行升限:3000m
       7.续航时间:3小时(空载), 2.5小时(1kg载荷),2小时(3kg载荷)
       8.最大载荷:6Kg                   
       9.抗风能力:6级( 10.8-13.8m/s)
       10.工作温度:-20℃~45℃
       11.噪音:<20dBA@100m

零零科技


零零科技
       (https://zerozerorobotics.com)首创V型双旋翼无人机Falcon(猎鹰),V-Coptr Falcon将其续航能力提升至50分钟。结合其自主研发的舵面倾转技术和非线性动力模型设计及控制算法,让V-Coptr的动力系统在相同负载、同样电池动力的情况下,较同等尺寸的传统四旋翼飞行器,力效大幅度提升。

       产品功能参数:
       1.折叠尺寸:220.6 X 148.26 X 72.38 mm (长 X 宽 X 高)
       2.重量:约 730g
       3.照相机:4k超高清视频,1200像素照片,1/2.3英寸 CMOS
       4.最远控制距离:7km
       5.控制方式:遥控器控制, App 连接遥控器进行预览  

大疆创新



 
       大疆创新(https://www.dji.com/cn)经纬M200产品类型四轴飞行器(专业级)

       产品功能参数:

       1.飞行载重最大起飞重量:6140g2.最大载重(小电池):2340g3.最大载重(大电池):1610g

       4.展开:887*880*378 mm (长 X 宽 X 高)

       5.产品重量含普通电池:3800g

       6.最长飞行时间(空载,大容量电池):38min

       7.飞行高度3000m

       备注:经纬M200已经上市,可以阅读《为什么说经纬 M300 RTK 是真旗舰 ?九大亮点解读》了解。


4、固定翼无人机现状

零度智控


       零度智控

(https://www.zerotech.com/cn/ZT-30V)油电混合动力系统,续航长达7小时集成Polaris三余度安全自动驾驶仪,为飞行安全提供可靠保障。

       产品功能参数:
 
       1.翼展3.4M

       2.机长2.1M 

       3.续航时间7H

       4.巡航速度90KM/H

       5.最大起飞重量25KG

       6.起降模式垂直起降

       7.有效载荷3KG

       8.抗风能力6级

       9.最高海拔3500M

       10.最大速度130KM

       11.升限:3500米,航速:130Km/h,

       搭配任务载荷系统,可广泛应用于安防、测绘、救援、环境保护等领域。


山东翔鸿科技



 
       山东翔鸿科技(微信公众号BrainyBee)惊鸿3400立式垂直起降固定翼无人机型号XH-VTOL3400

       产品功能参数:
       1.翼展3.4M

       2.最大载荷10KG

       3.续航时间200MIN(负载1KG)

       4.巡航速度70KM/H

       5.续航里程220KM

       6.抗风能力6级。
  

成都纵横科技公司


成都纵横科技公司
(http://www.jouav.com/home.html)大鹏CW-30为双尾撑布局、后推式油动垂直起降固定翼无人机,专为大面积任务范围设计的无人机飞行平台。采用多旋翼与双尾撑固定翼相结合的方式,兼具航时长、速度快、载荷大、结构稳定、可靠性高等特点。结构稳定,大载重长航时无人机平台,任务载荷能力强,可搭载激光雷达、专业航摄仪、多拼相机、光电吊舱以及合成孔径雷达等设备,服务更多的行业领域。
 
产品功能参数:
 
       1.翼展4.0m 
  
       2.机身长度2.1m
   
       3.最大起飞重量34kg   

       4.任务载荷3~6kg   

       5.化油器发动机:80CC  

       6.无线电链路范围100KM

       7.续航时间180~360min
 
       8.巡航速度100KM/H
 
       9.抗风能力7级。

 
华测测量仪器公司


华测测量仪器公司

(http://www.huacecl.com)华测华鹞P310电动垂直起降固定翼无人机采用固定翼结合四旋翼的复合翼布局形式,搭配任务载荷系统,可广泛应用于安防、巡检、环境保护等领域。 

        产品功能参数: 

      1. 翼展2.4米

       2. 最大续航时间100分钟

       3. 最大载荷达2.5kg

       4. 巡航速度为75km\h。
   

浙江氢航科技


 
       浙江氢航科技(http://www.qinghang-tech.com)的高山雨燕(固定翼)氢巡1号是针对高价值市场而研发的固定翼飞机。它具有航时长、航程远、静音性好、环境适应性强、动力稳定等优点,是一款可实现18小时以上续航时间的长航时固定翼无人机。通过搭载不同机载设备、可用于边境巡逻、反恐侦查、大范围勘测以及通讯中继等需要长时间留空的工作任务。
 
产品功能参数:

1.起飞重量:25kg  
         
2.巡航速度:54km/小时

3.标准航程:972km   
    
4.飞行升限:5000m

5.续航时间:18小时 
      
6.最大载荷:5Kg

7.抗风能力:6级( 10.8-13.8m/s)

8.工作温度:-20℃~45℃

9.噪音:<20dBA@100m
  

西安君晖航空科技有限公司



 
西安君晖航空科技有限公司(http://www.xajhhk.com)青龙JHV-35无人机

        产品功能参数:
 
       1.翼展3.87M

       2.机长2.1M

       3.续航时间6H

       4.巡航速度90KM/H

       5.最大起飞重量35KG

       6.起降模式垂直起降

       7.有效载荷6KG

       8.抗风能力7级

       9.最高海拔3000M

      10.最大速度120KM 
  

5、未来发展趋势及总结

        通过笔者查阅资料得到结论,大疆创新公司深耕消费类摄影航拍领域及植保作业无人机领域,零度智控从四轴多旋翼无人机转型为油电混动固定翼无人机领域,其他二线无人机企业磨拳擦掌各显神通准备在民用领域分得一杯羹,未来无人机品类将更加丰富,竞争将更加激烈,单机价格将进一步下探降低。

       在电力企业作业领域中笔者更看好油电混动固定翼垂直起降无人机,多旋翼无人机前行过程中背风大能耗高,在现有电池能量密度下很难做到长续航,笔者所在公司在训练了一批持中国民用航空局驾驶证飞手后,引进了一批大疆经纬无人机,经实践发现大疆无人机在电力巡视中作用有限,它更多的是在无法到达的杆塔下巡视金具细节,整条线路仍由巡视人员步行巡视,其较短的续航(双电池续航30min大风天耗电更快)制约着在电力线路上的应用。
 
       笔者认为随着5G技术的应用及普及,未来无人机图传及超视距操控将更加精准,民用无人机将紧随军用无人机步伐,尺寸将更大,滞空时间更长,飞控更精确,炸机事件越来越少。机载成像设备性能更强,对电力线路缺陷查找越来越精准,雨雪等恶劣天气均能作业的情况将成为现实。民用无人机会向军用无人机一样一人驾机一人观测,再或者专业电力巡视AI的加入将线路GPS信息录入、杆塔巡视内容及缺陷对比图录入无人机一键自主巡视,遇突发状况自主判断处理,操作人员只需远程监视或下达指令即可。更甚至大功率无人机可以把检修人员送至杆塔上、传递重物也有未可知,未来有无线可能,无人机大有可为,让我们敬请期待。