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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,更高效的维本国领土主权。

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。中航工业去年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。(作者:周与,为无人机行业业内人士)

 

来源:环球网

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