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垂直起降固定翼無人機行業深度研究報告
來源:AUVSC
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作者:東方證券
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發布時間: 2021-03-15
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?垂直起降固定翼飛行器憑借獨特的構型，是近年來無人機乃至有人機領域最具活力的細分賽道之一......
除了關鍵部件已實現國產化之外，產能方面也有大幅提升，脈動生產線可年產 200 架彩虹無人機。不同于固定站位的傳統生產線，脈動生產線是一種不間斷快速流動的自動化生產線，是目前航空制 造中效率最高的總裝生產線，能保障現代戰機的批量生產交付。2020 年 1 月，由中國彩虹無人機 科技公司新建設的彩虹無人機脈動生產線首次亮相。該條彩虹無人機生產線總體設置了 6 個站位， 每個站位都對應著細致精準的工序內容。6 個站位之間的聯系是通過一條導軌，如此脈動生產線不 僅有著傳統站位的裝配特征，也可以實現裝備生產的快速流動性。彩虹無人機科技除了這條位于浙 江臺州的脈動生產線，在河北固安同樣建有多條脈動生產線，所有脈動生產線一年彩虹-4、彩虹-5 的合計產量可以保持在 200 架左右。
2.3 未來：垂直起降（VTOL）是無人機的發展趨勢之一
2.3.1 垂直起降——美軍十大未來關鍵裝備之首
因不受起降場地限制，能適應航海、山地等復雜地形環境，美國將垂直起降飛行器列為美軍十大未 來關鍵裝備之首。垂直起降固定翼無人機主要有兩條技術路線。1）傾轉旋翼無人機：通過旋轉發 動機方向分別提供垂直起降和前飛兩個階段所需的升力和推力，代表型號有美國 V-22 魚鷹的艦載 無人機版“鷹眼”和我國的彩虹-10 等。2）旋翼固定翼復合式：采取兩套動力系統，旋翼提供垂直 升力，固定翼模式下由推進發動機提供動力，代表型號有縱橫股份“CW 大鵬”系列，彩虹 CH804D 等。
電推進系統可替代復雜機械傳動組件，優化傾轉旋翼構型。傾轉旋翼構型能夠在確保良好垂直起降 性能的前提下提高平飛效率，從而兼顧垂直起降能力與巡航經濟性，相較于旋翼構型能夠大幅提升 航程。傾轉旋翼技術的研發與應用已有數十年歷史，V-22 等型號已經在特種作戰等場景下獲得了 廣泛應用，但采用傳統動力系統的傾轉旋翼機，其發動機功率輸出機構與旋翼之間需要極為復雜的 機械傳動組件，顯著增加了平臺復雜性和重量，對可靠性帶來了一定影響。電推進系統的應用有效 規避了上述風險，電機可直接安置于傾轉翼組件處，通過線纜傳輸電能驅動電機，無需動力傳動組 件，大幅降低了機械結構的復雜度，其維護特性能夠得到保證。
相較于傾轉旋翼構型，旋翼固定翼混合構型簡化了結構，避免了傾轉部件的影響。旋翼固定翼復合 無人機在兩側機翼中部的前后方各設置一個定距螺旋槳，提供垂直起降所需升力，機身尾部設置一 個推進螺旋槳，提供平飛巡航階段的推力。在平飛巡航階段，機翼位置的 4 個螺旋槳將停轉并固定 在最小阻力位置，從而降低平飛階段的阻力。混合構型在兼顧了多旋翼飛行器的垂直起降性能與固 定翼飛行器的平飛高效特性，相較于傾轉旋翼構型，混合構型結構簡單、無傾轉部件。其次，固定 翼與旋翼結構并存實際是一種妥協，兩者會互相影響，一方面結構質量大，另一方面效率受限，在 垂直起降階段，大面積的機翼會增大起降阻力；在平飛階段，旋翼會增大阻力。為了平衡這種影響， 可以在平飛階段停轉螺旋槳并固定位置。
