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垂直起降固定翼无人机能否满足未来庞大的工业级消费市场?

行业资讯 2017-10-17 17:59

  我们知道在2012~2016年期间,无人机领域最火热的莫过于多旋翼无人机,其相比于直升机操控简单,相比于固定翼可垂直起降,一时之间让航模逐渐脱变为了高大上的无人机。但是,无人机在这2年发展的虽然很快,但也存在很多缺陷,对于工业级无人机来说,行业应用是无人机发展的一大瓶颈,今天就让江苏启飞小编来给大家讲解一下无人机的类型优缺点和垂直起降固定翼无人机的未来之路!

垂直起降固定翼无人机

  从航模到炙手可热的无人机


  可以说,航模的快速发展且被广大人民群众熟知,离不开多轴航拍市场的爆发,由此小众的航模开始逐渐向高大上的无人机靠拢,最终使小型飞行器在飞友们口中的航模慢慢变为了现在众人口中的无人机。


  这期间,进入无人机领域创业的人也越来越多,多旋翼无人机被抄的越来越火热,成功融资千万的企业一个接一个,新奇的概念层出不穷,热钱在整个无人机行业迅速的流入,都满怀期望的试图再造几个像大疆那般的企业。


  可现实却是残酷的,热钱烧完后,也没有烧出大疆那般的企业,资金开始对无人机行业重新审视,投资变得越来越谨慎,无人机行业的寒冬慢慢降临,航拍无人机在资本市场逐渐失宠。


  无人机从消费级红海市场到行业应用蓝海市场


  面对竞争已成红海的航拍市场和在资本市场逐渐失宠的现实,创业者们开动脑筋,避开与大疆的直面竞争,去开垦新的蓝海市场,最终将多旋翼由消费级转向行业应用级。无人机在行业应用方面有很大的发展空间,并且行业应用领域并没有像在消费级领域那样有大疆强大的存在。


  于此同时,行业应用领域需求很大更广泛,出现居多类型的无人机,有植保无人机、警用无人机、消防无人机、物流无人机、测绘无人机等,在行业应用方面挖掘出的需求越来越多,无人机貌似可以在行业应用领域大展宏图,有人预测有一些企业可能会在行业应用领域实现对大疆的弯道超车。


  行业应用里的无人机之困


  可现实情况却不是这样,行业应用的需求很大,但是对多旋翼无人机性能的要求也很高,在消费级领域无人机的续航时间短可以被无奈接受,但是在行业应用领域,多旋翼无人机的续航时间短却成为了制约其发展的关键因素。因此,出现了很多种解决方案,例如:油电混合、纯油动、氢燃料电池等。


  我们就拿行业应用里目前占比比较大,竞争比较激烈的植保无人机邻域来说。我曾经写过很多关于植保方面的文章,植保无人机在外行人看起来市场大、操作难度小、盈利模式清晰,是一个可以赚大钱的领域,可当你真正干了后才发现这是个大坑,里面已经埋了无数尸骨。


  植保无人机企业目前大部分是不赚钱的,好一点的能盈亏平衡,植保无人机的买卖也大都是一锤子买卖,大部分厂商的售后服务跟不上,用户吐槽不断。植保服务商及植保队赚钱辛苦不说,有的还赚不到,植保服务的质量参差不齐,植保服务价格战越打越烈,使得整个植保市场处在一种想象很美好现实很残酷的境地。


  巨大的市场需求下,找新的方向


  单纯的多旋翼、直升机、固定翼都有各自的优劣,面对巨大的市场需求,其都不能很好的满足市场需求。多旋翼续航时间和航程短,直机造价和操纵/飞控难度较高,固定翼需要跑道来滑动起飞或者弹射起飞。面对这样的情况,大家自然想搞个能飞得久、飞的远、载重大、又不挑场地的无人机。


  因此,一些先期做植保无人机的企业和做行业应用系统解决方案的企业开始新的尝试,做垂直起降固定翼或是垂直起降系统。固定翼飞行形态是目前人类掌握最高效的飞行方式,而多旋翼无人机,垂直起降更加灵活便捷。


  所以,垂直起降固定翼无人机将两者的优点相结合,逐渐成为了行业级无人机的主要研究方向之一,纵观今年的无人机展会,相比往年,垂直起降固定翼出现的频率越来越大以及数量也越来越多。


  垂直起降固定翼的发展历史


  1950年代中期,冷战方兴未艾,发动机和飞机技术取得巨大进步。垂直起降飞机在技术上似乎具备了可行性。于是,欧美国家开始着手垂直起降固定翼飞机可行性的研究。不过,包括火箭、喷气及螺桨驱动的垂直起飞飞机,都没能证明其在实际的使用过程中具有服役的可能性。


  究其原因在于,当时的垂直起降飞机的机体气动设计严重破坏了飞机在平飞状态下的飞行性能,并且,飞行员在返回地面时的操作性非常差。起飞时尚且可行,着陆时,飞行员将“背朝黄土面朝天”倒着坐下去。这等于要求飞行员在看不到参照物的情况下将飞机降落到一个指定地点,如同盲人骑瞎马。

洛克希德

  洛克希德

康维尔XFY-1

  康维尔XFY-1

瑞安X-13

  瑞安X-13


  第二代的垂直起降战斗机如1960年代法国幻影IIIV,除了传统的机尾发动机外,还在机上加装8台专门降落用的垂直发动机,飞机仍然以传统的水平姿态起飞,飞行员也能藉由观察地面远近判断飞机的下降速率。


  不过,加装的8台发动机占用机身太多空间,在飞机巡航时毫无用处;而飞机起降时,原本的发动机不仅没有施展的余地,反成为飞机上多余的重量,因此这种战斗机的航程、挂载能力很不理想,例如幻影IIIV就无法挂载任何武器。另外垂直发动机排出的废气不但会造成机身腐蚀,如果窜入垂直发动机的进气道内,还会造成发动机失速而丧失推力,对飞机的起降安全构成一大威胁。

幻影IIIV

  幻影IIIV


  1970年代第三代垂直起降战斗机的西德VJ-101使用倾转式发动机。VJ-101的外形很像F-104,使用6台发动机,2台并列位于驾驶舱后方,专用于产生垂直升力,另外两翼尖各有一具内装2台发动机的旋转式发动机吊舱。垂直起降时发动机吊舱为垂直方向,与驾驶舱后方的2台发动机共同提供垂直推力,巡航飞行时发动机吊舱旋转成水平方向,提供水平推力。不过这种飞机要由巡航姿态变换到垂直起降姿态非常困难,反之亦然,而且垂直起降所需的发动机推力大且体型大,气动阻力自然大,航程、载重都不尽如人意。

西德VJ-101

  西德VJ-101


  同时期西德的VAK191和俄罗斯的雅克-38、雅克-141采结合偏转发动机推力和加装升力发动机(liftengine)的混合方式。VAK191使用2台升力发动机,1台在驾驶舱后方,1台在机翼后缘后方,2台升力发动机中间为1台偏转式发动机,提供垂直及水平方向推力。这种方式的升力发动机占用太多机身空间,也产生热废气回流机身造成腐蚀及发动机失速的问题。

VAK191

  VAK191足足安装了三台发动机


  苏联对垂直/短距起落战斗机具有和西方同样浓烈的兴趣,雅科夫列夫设计局在雅克-36验证机之后,设计出一系列垂直起降战斗机。此外米格设计局和苏霍伊设计局也设计了诸多垂直/短距起降型号,由此诞生了米格-21PD、米格-23PD和苏-15VD等多个垂直起降战斗机。


  苏联解体前,雅克设计局研制出雅克141舰载机,这是苏联研制的性能最完善最实用的垂直起降战斗机,可惜项目随着苏联解体夭折了。


  目前最成功的垂直起降固定翼战斗机,是采用偏转发动机推力来提供飞机悬停所需的升力。现今唯一现役的AV-8B就是使用一具高旁通比发动机,机身两侧前后各有1个可向下偏转的喷管,垂直起降时4个喷管一起旋转到垂直向下位置,提供飞机垂直悬停推力,水平飞行时则向后偏转,以提供飞机向前的推力。AV-8B的航程、载重能力都足以与一般的轻型战斗机相媲美,只是发动机直径太大,飞机受外形限制无法超音速飞行。


  总体来说,垂直起降固定翼的发展过程可归纳如下︰先是竖立飞机,接着是竖立发动机,然后是偏转发动机,最后则是偏转推力。


  当前我国国家层面在垂直起降固定翼的部署


  在今年年初,据莫斯科战略和技术分析中心中国问题高级分析师透漏,我国航空航天工业正在研制一种短距起飞垂直降落(STOVL)的战斗机。这对我国海军未来的发展至关重要。如果我国海军的两栖攻击舰配备了短距起飞垂直降落飞机,这种攻击舰就可以被当做轻型航空母舰来使用,进一步增强作战能力。


  由于弹射起飞所使用蒸汽弹射器具有相当大的技术门槛,再加上拦阻索降落方式的危险性。使用垂直起降的好处是不需要滑跑就可以起飞和着陆,对跑道条件要求极低,能在前沿和攻击舰上部署。


  在国家层面,垂直起降有如此重视,那在民用行业领域其应该也能更很好的满足市场需求。


  无人机企业开始抢滩,垂直起降固定翼元年确立


  今年某业内媒体报道:中国垂直起降固定翼无人机“元年”正式确立!其所呈之井喷态势凸显出行业竞争格局。毫无悬念,未来数年在这个细分市场将由蓝海变为红海,洗牌在所难免。


  相比往年,今年在大大小小的无人机展会中,垂直起降固定翼无人机频繁亮相,引人注目,也凸显出无人机行业整体的发展趋势,一些无人机企业开始抢滩垂直起降固定翼,想在垂直起降固定翼上扳回一局,其中无人机行业应用系统解决方案提供商以及一些做其他方面行业应用不理想的厂商最为积极,其都在积极尝试或开发垂直起降固定翼(系统解决方案)。


  毫无悬念,照此速度发展下去,未来数年在垂直起降这个细分市场将由蓝海变为红海,洗牌在所难免,是否押对赌注,对企业来说也是忐忑不安。


  垂直起降固定翼的优缺点


  垂直起降固定翼目前主要分为三大类:油动垂直起降固定翼、油电混合垂直起降固定翼、电动垂直起降固定翼。


  其中,油动垂直起降固定翼主要以燃油为动力;油电混合垂直起降固定翼,其在垂直起降与悬停时主要以电为动力,正常航线飞行则主要以燃油发动机提供动力输出;电动垂直起降固定翼相比于油动或油电混合垂直起降固定翼在同等条件下其续航时间要短,抗风能力比前两者差点,但其由于不再需要发动机,采购成本低、使用维护门槛低,使用周期较长。


  相比于多旋翼、固定翼、直升机,垂直起降固定翼的优势主要是将多旋翼与单纯固定翼的优势相结合,来弥补彼此的缺陷,是一种更高效的解决方案。


  垂直起降固定翼主要的优点为:


  1:具备在狭小范围内起降,不需要跑道或弹射装置;


  2:能长距离、长航时作业;


  3:即可悬停作业又可高航速作业,更加适应复杂的作业环境;


  垂直起降固定翼缺点为:


  1:升力有限,不能满负荷起飞;


  2:体积较大,运输较不方便;


  3:维修维护成本较高;


  垂直起降固定翼主要应用范围


  目前,根据市场需求,垂直起降固定翼主要应用范围在军用、民用和商用市场,如:石油天然气管道巡线、电力巡查、农业监控、精准农业、军用警用巡逻、灾害和应急救援、专业搜索、航拍和高精度土地测绘、自然资源检测、边境和海岸线巡逻、商船监控、航道测量、海洋大气监控、矿业监测、中交通监视、消防火情监测等众多领域。


  垂直起降固定翼在飞行期间,还可以完成悬停、盘旋等操作,从而更准确地执行监察任务。


  困兽之斗,最后一搏的垂直起降固定翼能否是一个好出路


  面对早已成红海的消费级市场的黯淡,以及类似于植保的行业应用市场不赚钱的失意,垂直起降能否成为满足巨大市场需求的突破口?从目前来看,其很好的解决了固定翼及多旋翼的缺点,使其能很好的满足市场的需求,这也许是一个不错的出路。


  但从目前的情况来看,越来越多的无人机企业开始试图分一杯羹,或许再过一两年,垂直起降固定翼市场又将会变为一片红海,价格战不断,行业开始洗牌,一些企业慢慢的在竞争中站稳了脚跟,一些企业在竞争中淘汰,一些企业依旧在做困兽之斗寻找另一片蓝海。


  未来,随着无人机行业市场规模的不断扩大,专业的细分应用市场也越来越多,每一个细分领域对一些企业来说是一个好的方向,好的出路,看企业怎么把握。一个公司被淘汰也许不是外部的因素,有可能原因在内部。


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