我国工业无人机行业概况(含上游产业详细解析)

文将对工业无人机的定义、特征、分类、市场规模与驱动因素、市场发展驱动因素、产业链图谱、产业链上游(系统构成、成本构成、成熟原材料-复合材料、新兴轻量化材料-PEEK、动力系统、航电系统、任务载荷系统)。

一、定义

工业无人机是指面向工业级应用场景,以完成专业生产、作业或数据服务为核心目的的无人机系统。区别于以娱乐、消费为主要用途的消费级无人机,其核心特征是具备更强的环境适应性、负载能力、续航性能及任务扩展性,通常需搭载专业载荷(如相机、LiDAR、传感器、机械手等),用于替代或辅助人工完成高危、高效、大范围的工业作业。

二、特征

三、分类

工业无人机同样可按照气动布局分为固定翼、多旋翼、无人直升机、垂直起降固定翼四大类。气动布局是无人机的核心底层构型,决定了其飞行性能(如续航、起降方式、负载能力),而工业无人机的任务需求直接依赖于气动布局带来的性能差异。

从不同类型工业无人机所适配的应用场景来看,固定翼无人机长航时、高效气动、强抗风,适配大范围长距离覆盖(需开阔起降);多旋翼悬停好、操作灵活,适配低空精细操作、定点作业或地形复杂;无人直升机大载重、垂直起降,适配重型载荷运输或极端环境作业;垂直起降固定翼兼顾长航时与垂直起降、强环境适应,适配复杂地形部署且中长距离作业。

四、市场规模与驱动因素

全球工业无人机市场规模由2019年的276.00亿元增长至2024年的1163.00亿元,复合年增长率为33.33%,预计2029年增长至2695.76亿元。从全球民用无人机细分市场来看,2021年起,全球工业无人机市场规模已超过消费级无人机市场规模;中国工业无人机市场规模则由2019年的151.80亿元增长至2024年的650.68亿元,复合年增长率为33.79%,预计2029年增长至1710.15亿元。

五、市场发展驱动因素

(一)政策支持体系加速完善,制度障碍显著减少。国家层面设立专项管理机构,地方推进空域改革试点,优化适航认证与空域审批机制,有效释放产业活力,加速规模化应用落地。

(二)应用场景爆发式扩展,从传统领域向新兴领域快速渗透。工业无人机技术从基础测绘快速渗透至智慧城市管理、灾害响应、即时物流等前沿场景,市场空间与应用价值同步扩张。

(三)AI技术深度赋能,驱动无人机智能化水平跨越式提升。AI技术在自主导航、实时决策等关键环节深度应用,实现飞行精度与任务适应性全面提升,为行业提供可持续创新引擎。

(四)产业链上下游加速整合,形成生态闭环的协同升级态势。高精度传感器研发、云数据处理等上下游环节加速整合,产业链协同效应增强,形成技术-应用-服务闭环,推动产业向高附加值方向演进。

六、产业链图谱

工业无人机产业链上游包括原材料、零部件、能源与动力系统、航电系统、任务载荷系统;中游为整机制造和配套服务;下游为能源、农业与林业、测绘与地理信息、应急救援、低空物流等应用场景。

七、产业链上游分析

(一)系统构成

产业界与学术界对工业无人机系统构成的划分基本一致,典型的无人机系统由飞行平台、动力装置、航电系统、任务载荷系统、地面系统、综合保障系统等组成。

根据北京航空航天大学出版社出版的《无人机系统概论》,典型的无人机系统由飞行平台、动力装置、航电系统、任务载荷系统、地面系统、综合保障系统等组成。其中,飞行平台是无人机最基本的组成部分,是无人机的主体。飞行平台将动力装置、航电系统、任务载荷以及其他部件组合成一个整体,以实现无人机在空中的飞行;动力装置主要有涡轮螺旋桨发动机、活塞式发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轴发动机及电动机等;航电系统包含飞控系统、导航系统、机载电源及空中交管等系统,是保障无人机完成拟定任务的关键系统;任务载荷系统指无人机携带的完成指定任务的设备或装置,按用途可分为侦察监视、情报通信、电子对抗、武器弹药及其他民用装备等;地面系统包括指挥控制、起降控制、地面终端及通信链路等系统;综合保障系统包含飞机平台及地面系统的维护保障系统、人力资源配备及其他设备设施,对无人机系统起支持支撑作用。

(二)成本构成

工业无人机原材料成本构成中,载荷设备在原材料总成本中比重最高,占比约42%;其次是导航及通信模块,占比约16%;复材及结构件成本占比约为13%。

从工业无人机的成本构成来看,载荷设备在原材料总成本中比重最高,占比约42%;其次是导航及通信模块(数传、图传、天线、差分板卡等),占比约16%;再次是复材及结构件,成本占比约为13%。

从两者成本构成来看,军用无人机机载成品系统内感知与动力核心部件成本占比较高,侧重侦查作战所需的高端功能;而工业无人机原材料成本中载荷设备成本占比最高,更贴合实用作业场景需求。

(三)成熟原材料-复合材料

复合材料因其强度高、比模量大、可设计性强、抗疲劳能力强、可提升机体隐身性能、使用寿命长、减震性能好等特点,成为制造工业无人机的理想材料。通常情况下,复合材料用量占比需达60%-80%。

与载人飞行器不同的是,无人机在结构设计中不需要考虑人的生理承受能力限制,可更专注地针对无人机的机动性能进行设计,而轻量化、高强度与长续航已成为衡量无人机性能的核心指标。在此背景下,复合材料因其强度高、比模量大、可设计性强、抗疲劳能力强、可提升机体隐身性能、使用寿命长、减震性能好等特点,成为制造无人机的理想材料。当下,复合材料已广泛应用于工业无人机的结构件、电机舱、散热材料、燃料系统、传感器外壳等部位。

目前,复合材料的用量已成为衡量一款无人机先进程度的重要指标之一,一般需要达到60%-80%,然而美国已有无人机的复合材料用料达到90%以上。与传统金属材料相比,碳纤维复合材料具有质量轻、强度高、耐疲劳等优点,因此纤维复合材料在无人机上的应用成为无人机领域主要的研究方向。世界各国都在无人机尤其是军用无人机上,大量使用以碳纤维为主的复合材料,占到结构总质量的65%-92%。例如,美国“捕食者”无人机复材占结构总重92%,中国“彩虹4”机体结构80%以上使用复合材料。

(四)新兴轻量化材料-PEEK

聚醚醚酮(PEEK)具有“硬过金属,轻如塑料”的特性,可替代传统用于无人机的铝合金、碳纤维等材料。目前,碳纤维复材已成熟应用于无人机领域,而PEEK在无人机领域的应用处于早期阶段,但潜力巨大。

塑料可分为普通塑料和工程塑料,普通塑料产量大、成型性好、价格便宜、应用面广,但耐热性、力学强度和刚性比较低,一般只作为非结构材料使用;工程塑料指能够作为结构材料的热塑性材料,具有刚性大、蠕变小、力学强度高、耐热性好、电绝缘性好等优势,可在较严苛的化学、物理环境中长期使用。工程塑料又可进一步细分为通用工程塑料和特种工程塑料,特种工程塑料长期使用温度通常在150℃以上,部分可在200℃-400℃环境下应用,具有优异的物理和化学性能。

目前,由于碳纤维复合材料具有强度高、电磁屏蔽效果好、长寿命等优势,已成熟应用于工业无人机领域。PEEK作为新兴材料正处于快速发展阶段。虽然国内已有企业如中研股份、吉大特塑、鹏孚隆等实现了PEEK的规模量产,但PEEK在工业无人机领域的应用仍处于早期阶段。

(五)动力系统

工业无人机动力系统按能源类型可分为电动动力系统、油动动力系统、混合动力系统和氢燃料电池动力系统;按发动机类型划分,电动机可分为有刷电机和无刷电机,内燃机可分为活塞式、涡喷式、涡桨式等。

2024年3月,工信部等四部门联合发布《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》,其中关于无人机的动力方案的表述中,明确以电动化为主攻方向,兼顾混合动力、氢动力、可持续燃料动力等技术路线。

动力系统决定了工业无人机的飞行性能、稳定性和续航能力,其按能源类型可分为电动动力系统、油动动力系统、混合动力系统和氢燃料电池动力系统;按发动机类型划分,电动动力系统中的电动机又可分为有刷电机和无刷电机;油动动力系统中的内燃机又可分为活塞式发动机、涡喷发动机、涡桨发动机、涡轴发动机、涡扇发动机。其中,电动机中的直流无刷电机和有刷电机因其高效、轻便的特性得到广泛应用,而内燃机中的活塞发动机和涡轮发动机,也因其强大的动力输出,在工业无人机中占据一席之地。

在工业无人机领域,电动机、活塞式发动机、涡桨发动机是应用最为广泛的发动机类型。其中,电动机凭借低成本与易维护性,是消费级与轻量工业场景的首选;活塞式发动机具备长航时与经济性优势,适合中小型工业无人机,满足巡检、监控、物流等主流应用场景;其次,涡桨发动机因高功率密度与可靠性,主要应用于物流运输、高空作业等场景。此外,随着对长续航需求的增加,混合动力系统正在快速发展,将成为未来工业无人机的重要动力选择,但目前尚未取代电动机、活塞式发动机的主流地位。

(六)航电系统

工业无人机的航电系统是为专业作业设计的高可靠、强适配的系统,该系统核心构成包括飞控系统、导航系统、机载电源系统、空管交互模块、任务载荷接口模块、数据传输模块。

工业无人机航电系统集成了多项关键技术和设备,以确保无人机的正常飞行和高效执行任务。工业无人机航电系统的核心构成包括飞控系统、导航系统、机载电源系统、空管交互模块、任务载荷接口模块、数据传输模块。

工业无人机航电系统是“ 为专业作业设计的高可靠 、强适配系统 ”,而消费级航电系统是“ 为大众娱乐设计的低成本 、 易操作系统 ”,核心差异源于场景对性能 、功能的需求不同。

(七)任务载荷系统

工业无人机功能的多样性取决于其所搭载的任务载荷设备,常见的任务载荷可分为传感器类、操作载荷类和特殊设备。通过搭载多种设备,工业无人机在航拍、农业、环境监测、应急救援等领域应用前景广泛。

THE END
0.自主无人机在现代战争中的潜在威胁本文介绍了无人机在现代战争中的兴起、一些典型无人机型号特点功能、乌克兰战争中的无人机、无人机伦理考量、反无人机等。 在无人机技术快速发展的推动下,现代战争领域正在经历重大变革。这种转变的核心是自主无人机的出现,它代表了军事能力的新前沿。这一发展不仅是一种渐进式的进步,而且是一种范式转变,对作战环jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8[wePjotƒp:ky^0c{ykenk0fnyckny03<;648835