中国无人直升机10年崛起之路

2023-01-30 23:46:08

从频繁炸机到世界领先水平，中国无人直升机10年崛起之路

在2022年第十四届中国航展上，各型国产无人直升机大放光彩，共轴双旋翼、单旋翼带尾桨、纵列式双旋、交叉双旋翼等机型齐齐亮相，从海上到高原无所不至，从物流运输到应急救援无所不能。但人们很难想象到，10年前的国产无人直升机，还很令业内失望。我国自主研发的无人直升机从萌芽到繁盛，甚至逐步跃升为世界领先水平，主要是在从2012年到2022年的这短短十年。

 

 

一、艰难的涅槃

从原理上看，直升机的机械结构就非常复杂，对精度、可靠性的要求都非常高；让它们实现自动驾驶也最难，因为直升机的操控原理也复杂，而且传感器的工作环境恶劣。所以，在本世纪初，国内要使用无人直升机主要依靠进口，所谓的“国产无人直升机系统”也基本是在进口的飞行平台上搞系统集成，这也是非常容易理解的事情。
图：2006年有关无人机风波的新闻报道
当时，国内曾有企业进口日本雅马哈的RMAXL181型无人直升机，这本是一款用来喷洒农药的植保无人机，在国内却被当成了宝贝，用来执行航拍等任务。而2006年后，连这款农机也买不到了，日本政府无端阻拦中国再次进口该机型，即著名的“中日无人机风波”。此后，美国的AF25B无人直升机在国内走红，那是极少数西方不禁运的工业级无人直升机，但该机的产量并不高，而且载荷只有不到10公斤，用户满意度并不算高。
 
而同期的国产无人直升机平台更不令人满意，它们主要也是仿制日本的雅马哈RMAX和美国的AF25B等国外机型，性能毫无优势，在稳定性、可靠性上还非常不成熟，有的机型试飞时甚至找不到敢飞的“飞手”（无人机驾驶员）。
2013年无人机投弹炸冰破凌
但是，在电力、科研、森林防火等诸多领域，基层一线确实需要无人直升机。因为它们续航相对长、载荷大、可以垂直起降，关键时刻可以替人去执行更多危险任务。例如在波及输电线路的自然灾害中，大载荷的无人直升机不但能空中巡线，还可以用于挂线，在层峦叠嶂的山区搭建电力桥梁；每年初春，黄河都面临凌汛期，用无人直升机空投炸药爆破浮冰也是可行的应对方案之一；2013年黄大年教授主持的航空物探项目，还成功将无人直升机引入地质勘探领域，这可避免传统有人直升机探测面临的成本高、事故风险大等问题。
TD220无人直升机
幸好，在那个业界普遍悲观的时候，中国也还有中航工业直升机所、中航智等少数几家院所/企业在尝试自研大载重的无人直升机。2012年12月，在北京东部的一片荒地上，北京中航智研制的、中国首台电控共轴无人直升机TD220的首次试飞。这不仅仅是中国首台电控共轴双旋翼无人直升机，更是中国第一批自主研发的最大起飞重量超过250kg的无人直升机。
 

二、为国执剑

无人直升机不仅可用于民用，也可用于国防。它们在军事方面的作用相当于“游击队”，凭借垂直起降、空中悬停、着陆场小等优势，部署上非常灵活，可执行包括侦察、监视、目标截获、诱饵、攻击、通信中继等各种非杀伤性和杀伤性任务。与有人直升机相比，无人直升机体积小、造价低、能够有效避免人员伤亡，吸引了海陆空各部队的关注。
资料图：AV500无人直升机
2013年，TD220在无人装备作战效能汇报演示中取得了“首发命中、三发三中”的傲人成绩，开启了我国无人直升机在精确制导方面应用的先河，也为无人直升机的军事化应用埋下了伏笔。随着技术的日渐成熟与需求日益增长，2015-2018年间，中国军用无人直升机迎来了第一波发展期，多款察打机型相继问世。中航工业的AV500无人直升机在军演中表现抢眼，被评价为性能与美国著名的“火力侦察兵”无人直升机相当；中国兵器工业的CR500无人侦察机锋芒尽显，每架机身携带8枚反坦克导弹，配合巷战令敌人防不胜防。与此同时，舰载无人直升机、4吨级无人直升机的研发都开始提上日程。
 
在众多央企竞逐时，中国第一架无人直升机型号定型任务花落一家民营企业——凭借载荷大、升限高、抗风能力强等优势，TD220 在军方的公开竞标中脱颖而出，于2015年成为中国第一款无人直升机型号列装。中航智也成为第一个民营性质的飞行器总体总师单位，承担了中国第一款无人直升机型号研发、设计和生产任务。
 
现在，中国无人直升机型号的从无到有，中国无人机军备的多样性和丰富性拉升到了与欧美比肩平的水平。它们让战士们如虎添翼，特别是大量无人直升机被用于巡逻边境，这提升了巡逻效率，减少边防战士的辛劳和伤亡，更高效地维本国领土主权。
 

 

三、百舸争流与新的方向

2019年，中国无人机行业迎来了爆发式的增长。咨询公司蒂尔集团发布的《全球军用无人机市场规模预测》指出，2019年全球军用无人机市场规模为92.53亿美元，2021年已经达到111.6亿美元。Frost&Sullivan发布的报告显示，全球民用无人机试产规模2019年已达到600亿人民币，并首次在2020年突破千亿。
 
这时，地质勘探、农林、消防、物流、气象监测等更多的行业也意识到了无人直升机的用武之地，也对无人机的载荷、续航时间等性能提出了更高的要求。在需求牵引下，短短数年时间里，市场上涌现出了二十多家成规模、成熟化的无人直升机企业，呈现出千帆竞技、百舸争流之势。
有人机改无人机
除了从0到1全新开发的机型之外，基于成熟的有人直升机平台进行无人化改造，也成为一种成熟的方式。例如，2018年，联合飞机利用电传飞控技术、多余度飞行控制与导航一体化系统、电传作动器、智能供配电管理等技术，完成了对某型直升机的无人化改造，成为第一批吃螃蟹的人。而该无人直升机在2022年为神舟十三号、神舟十四号的往返护航中发挥了重要作用，进一步验证了有人直升机改型无人机的稳定性、适应性以及广阔应用空间。
 
利用有人机改型成为无人机，能够发挥已有飞行平台成熟、稳定的优势，有效降低中大型无人机研制成本，快速形成大载荷、谱系化、多用途无人机装备产品，降低高风险战场环境中人员伤亡风险。同时，因为不再需要飞行员，这也进一步提升了有效载荷，并降低了人员成本。而且，因为没有人员伤亡风险，可以让相对老旧的航空器继续飞行，等于延长了寿命。据统计，把一架有人直升机改造为无人机，能为直升机延长3至5年的使用寿命。另外，假如每年能够将1000架不同级别的有人直升机改为无人直升机，仅从培训费用角度，就可节省费用大约20亿元。
 

四、这只是个开始

我国无人机研究起步相对较晚，始于20世纪50年代后期，但经历数十年探索，中国无人机载重从小发展到大，呈现出可靠性逐步提升、价格逐步降低等趋势，三大主流构型无人机都得到了不同程度的巨大发展。
 
消费级多旋翼无人机领域，大疆一骑绝尘，基本占市场份额的70%，全球领先地位难以撼动；固定翼无人机是我国起步最早的构型，在中航成飞、航天彩虹、腾盾、航天九院、西工大和航天三院等企业和院所的努力下，如今也已取得相当的成就；无人直升机起步虽晚，在中航智、中航工业等的坚持下，发展速度也已经直追欧美，达到世界一流水平。
 
国内各类无人机百花齐放，也助力了诸多行业的产业升级，它们在物流运输、通信中继、电网巡检等领域，无人机发挥出了越来越重大的作用。而随着技术的发展与一线的摸索，还有更多的用法被发明。中航工业2022年11月发布的《通用航空产业发展白皮书(2022》显示，2021年全球民用无人机市场规模超过1600亿元，同比增长61.6%，其中工业级无人机占60%左右。随着下游应用领域的不断扩大，未来将继续保持增长，预计2025年将达到5000亿元。
TD550无人直升机
而无人直升机凭借自身的优势，也有很多新的用武之地。例如在森林消防领域，无人直升机起降方便，而且载荷大、航程远，可以用灭火弹将山火消灭在萌芽状态；在高原物流领域，面对空气稀薄、机场等基础设施不足等情况，无人直升机非常适合用于哨所的物资投送和保障边防补给，在2022年的珠海航展上首发亮相的TD550高原型无人直升机拥有6500米的最高升限，就激发了业内的更多想象；在军事运用上，无人机已经彻底改变了武装冲突的方式方法，无人直升机凭借载荷大、起降灵活等优势，在战争中则主要承担着后勤运输、察打一体等职能。
 
当然，无人直升机未来如果要在更多领域广泛应用，还需要朝着安全性高、操作简单、降低成本的方向不断发展，在载荷、续航时间等性能上不断迭代升级，以满足更多行业需求。而在军用领域，未来军用无人机将从单一用途向多用途集成方向发展，以充分发挥其应有的战斗力，并具备高度智能化水平，自主判断对战场变数的应急策略，包括自主飞行、任务智能规划、智能武器等。此外，未来军用无人直升机还会向着大载重、高速、高空、长航时进一步发展，扩大作战半径，提升效率，从而进一步发挥军用无人机系统战场侦察、监视和攻击作用。
V-280“勇敢”倾转旋翼机
全新的直升机构型，也要得到重视。2022年12月，由贝尔公司研制的V-280“勇敢”倾转旋翼机击败取代黑鹰直升机，赢得美国陆军“未来远程突击机”项目合同。倾转旋翼无人机结合了固定翼飞机与无人直升机的优势，兼具航程远、载荷大等特点，能够实现长途运输，兼顾载人与载物，被誉为代表着未来的飞行器，国内也有多家企业也已经启动了倾转旋翼无人机的研制。
 
技术发展日新月异，产品迭代目不暇接。过去十年里，无人直升机取得的成绩有目共睹，续航水平大幅提高，智能化水平前所未有，应用场景广布各行各业，为传统产业进行现代化赋能。下一个十年里，它又将带来什么样的惊喜，让我们拭目以待。