垂直起降固定翼无人机行业深度研究报告
来源:AUVSC
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作者:东方证券
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发布时间: 1514天前
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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......
对于城市空中交通 UAM 产业，2020 年日韩将其上升至国家层面，明确了关键时间节点。相比之 下，我国尚未顶层制定发展规划。在日本内阁第四十次“未来投资会议”上通过了日本《增长战略 跟进计划》，这个重要计划相当于日本国民经济的“十年规划”，将指导日本政府未来十年的产业政策制定和政府投资方向，为 2021 至 2030 年的日本国民经济各个领域制定了总体发展目标。其 中，首次在国家层面制定了无人机及“飞行汽车”的战略规划。无独有偶，2020 年 6 月韩国土地、 基础设施与交通部（MOLIT）发布了城市空中交通（UAM）规划方案，成为第二个在国家层面制定 UAM 产业政策规划的国家。 虽然我国 UAM 产业顶层设计不足，但也正加快推进相关立法工作。2019 年 1 月 21 日，在省部级主要领导干部坚持底线思维着力防范化解重大风险专题研讨班开班式上发表重要讲 话，要加快科技安全预警监测体系建设，围绕无人机、服务机器人、自动驾驶、人工智能等领域， 加快推进相关立法工作。1 月 23 日，民航局印发《基于运行风险的无人机适航审定的指导意见》， 明确将在 2019 年底初步建成基于运行风险的无人机适航管理体系，公布已在国内 5 家无人机企业 设立适航审定试点，重点探索货运无人机、巡线无人机、载人无人机的适航标准和审定办法。2020 年 10 月 28 日，中国民用航空局公布首批 13 个民用无人驾驶航空试验基地（试验区）名单，以加 快推进中国民用无人驾驶航空事业发展和保持国际领先地位。 技术：我国无人机技术国际领先，率先发布载人无人机 在无人机技术方面，我国早已对各民用领域作出共性技术需求判断，这为我国 UAM 产业打下坚实 技术基础。 在工信部的《民用无人机系统发展路线图》中，对于共性技术做出了详细的阐述： 1) 机体：轻质化机体结构，优化气动性能设计。材料技术的发展令新型轻质材料、智能材料逐 渐应用于航空器结构设计，使结构轻质化、变体结构等具备应用前景，为提高航时性能和载 荷能力提供基础。同时，抗坠毁能力、在恶劣环境下的生存能力以及结构的开敞性和外场可维护性对于民用无人机十分重要。此外，抵抗恶劣天气条件、应对复杂应用场景和地势起降 条件的适用性和生存能力也是民用人机普遍共性需求之一。 2) 动力系统：无人机系统的核心，需要高效率、高可靠、控制简单的装置设计。由于无人机任 务载荷较重，所需航程较远，所以对功率提取有较大需求。为满足对续航能力的要求，在保 持机上设备动力供给的情况下，动力装置可以通过增加功率和减少发动机重量；或者采用低 油耗率的设计。同时，依靠关键系统的备份设计和多裕度设计可以提高动力装置的可靠性， 以保障飞行安全和任务的顺利进行。为调试方便，使用维护简单，动力装置设计及无人机的 电气、通信接口也需要尽可能的简单。 3) 控制导航：智能自主化是无人机技术的发展方向和趋势之一。面向未来信息化需求的智能无 人机系统，其智能自主化的特征体现在环境的自动感知与理解、威胁规避、自主规划与决策、 自主运动控制以及任务的自主执行等方面。其中，环境感知和理解是实现自主控制的基础， 自主行为决策与规划技术是实现自主行为能力的核心。 4) 数据传输系统：为实现人机紧密结合，需要依靠数据链技术和地面控制站建立实时高效的图 像及数据传输系统。数据链需要具有抗截获、抗干扰能力，实时传回监控目标影像，使指挥 中心能够及时监控现场；同时，数据链也要记录飞行数据，在遥控控制信号丢失时可完成自 动返航。地面控制站作为人机接口，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷数据分析和 系统维护等，关乎着无人机的飞行安全。因此，我们需要稳定可靠、实时高效的数据传输机 制以满足海量数据实时通信需求，同时也要确保飞行数据具有直观性和易操作性。 降低成本、注重实用是我国民用无人机产业发展的重要特征。民用无人机产业将以“政府引导，社 会主营”为主要模式，形成以生产企业和通用航空企业为主体的多种经营方式，逐步建成国内无人机应用产业链。根据《民用无人机系统发展路线图》，产业体系协同化、消费产品个性化、行业应 用专业化、研发升级智能化、运营服务精准化是民用无人机的主要发展趋势。 在广东珠三角地区，已经形成了以深圳为主的中国乃至全球民用无人机产业发展领头羊，为我国 率先发布载人无人机打下深厚技术基础。摩根士丹利在 2018 年发布的蓝皮书中表示，由于考虑到 技术和政府法规的重大不确定性，保守地估计城市空中交通行业将到2030年才会开始发展。但是， 2016 年在美国拉斯维加斯发布的全球首款载人级全自动无人驾驶飞行器——亿航 184，为城市空中交通行业开启了新篇章。亿航全自动飞行器已经成功进行了 2000 多次载人及不载入飞行测试， 为商业运营做好了准备。同时，亿航也是全球为数不多实现量产销售的 eVTOL 公司。2019 年亿 航累计销售载人级自动驾驶飞行器（AAVautonomous UAV）61 架，相比之下，2018 年仅为 3 架。 3.2.3UAM 未来：多方位优化产品，加快商业化节奏 城市空中交通产业的供应商不仅需要制造智能飞行器的能力，还需要具备构建集中式平台支持商 业运营的能力，以及全面精通航空、通信、计算机、材料科学等跨学科的技能。目前来看，电池高 成本、机体材料轻量化、优化机体构型是 UAM 行业商业化的亟需解决的难题。 电池：单项成本最高，对利润影响大 电池是单项成本最高的部件，以亿航 216 自动驾驶飞行器为例，500 次充电循环考虑，电池在总运 营成本中占比超过 60%。电池成本降低 1%，运营商的运营利润将增加 3%；而电池寿命延长 1%， 运营利润将增加 2%。其次，由于电池重量在自动驾驶飞行器的空机重量中占大约 1/3，电池继续 减重将大幅增加自动驾驶飞行器的航程。最后，从商业角度而言，缩短电池充电时间，将提升资产 利用率，提高运营成效。 机体材料：轻量化、低成本之路 轻量化、低成本的机体材料是 eVTOL 实现量产必须克服的困难。其一，自动飞行器对重量非常敏 感。复合材料质量轻盈，结构坚固，是理想的航空材料，例如电动机等关键零部件采用金属制成。进一步减轻飞行器的新材料或新设计将帮助延长航程，提升总体性能。其二，复合材料技术主要是 解决结构生产和结构维护的复杂性问题，这是所有飞行器在降低成本的道路上必须要克服的困难。 2020 年 4 月，日本 TORAY 提出连续纤维增强热塑性复合材料助推 eVTOL 规模生产。扩大碳纤 维复合材料生产规模的关键因素在于三个方面：自动化的快速生产、焊接/模块化的结构和可重构、 室温储存；热塑性复合材料可以很好地解决这些问题，TORAY 认为利用热塑性复合材料制造零件 可以比热固性复合材料成本降低 30%到 50%。在生产制造的效率方面，热塑性复合材料的成型过 程仅仅发生加热变软和冷却变硬的物理变化，只需升温、加压成型、冷却即可完成制备过程，可采 用热压成型工艺，故成型周期短、生产效率高和成本低。同年 7 月，Toray 公司宣布将向 Lilium 提供高性能碳纤维复合材料，用于 eVTOL Lilium Jet 飞机。 机体构型：垂直起降固定翼是未来趋势之一 垂直起降固定翼能效更高、航程更远。电动垂直起降飞行器尽管存在诸多优点，但缺乏固定翼的固 有升力，意味着能效不高，航程有限。改进设计，结合电动垂直起降飞行器和固定翼飞行器的优势， 采用多旋翼和固定翼复合的垂直起降固定翼构型能提高无人机气动效率、航程和安全性。
垂直起降固定翼市场高速增长，或借助 UAM 产业发展，细分赛道走出行业新龙头。按照机型划分， 垂直起降固定翼机型增长潜力最大。根据 Frost & Sullivan 预测，垂直起降固定翼市场份额五年增 长 3 倍，2019 年 10.11%增长至 2024 年 30.61%。垂直起降固定翼市场规模五年增长 10 倍，2019 年 12.31 亿元增长至 2024 年 124.26 亿元。同期，多旋翼市场规模仅增长 3.6 倍，2019 年 64.06 亿元增长至 2024 年 232.10 亿元，市场份额相应减少 17.65%。 风险提示 新的无人机构型，商用市场发展不达预期：垂直起降固定翼属于全新无人机构型，商用化进程刚 刚起步，市场发展可能不达预期。 以上内容为高博特编辑选取的热点新闻，尊重原创，如有侵权请联系删除。
