无人机行业深度报告

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1、无人机行业深度报告：无人机，技术革命引爆新一轮千亿盛宴无人机行业深度报告：无人机，技术革命引爆新一轮千亿盛宴作者：中信证券 刘海博 朱颖一、无人机行业：未来 1020 年将进入黄金发展轨道1、无人机是未来航空之星，新技术装备掀起的新一轮革命无人机性能优越，航空装备发展进入全新转型期无人机（UAV，unmanned aerial vehicle），即无人驾驶飞机，是利用无线电 遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机没有驾驶舱，但安 装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇或母机遥控站人员通过雷 达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。无人机相对有人机拥有不受载人限

2、制、尺寸小、成本低等一系列优点。世界武 器资深专家斯蒂芬泽罗格认为，当前航空装备发展面临着一个全新的转型期， 传统有人作战飞机注定会走进历史，未来属于装备有灵敏侦察设备和精确武器 的无人机系统，这一趋势就如 100 年前飞机、坦克等新技术装备掀起的机械化 战争革命一样。查看原图无人机近百年缓慢发展，未来 1020 年将进入黄金增长期无人机近百年发展缓慢靶机起步，奠定基础。世界上第一架无人机 1917 年诞生于美国，斯佩里等人 在军方支持下，将一架有人驾驶飞机改装成无人机并进行试飞，虽然当年实验 都失败，但取得的经验和资料为 16 年后第一架无人靶机的研制成功奠定了基 础；20 世纪 20、30

3、 年代欧洲一些军事强国在空军致胜理论的基础上，大力发 展无人驾驶作战飞机；1933 年英国在吸取斯佩里等人经验的基础上，成功研制 出著名的“蜂后”靶机，随即投入批量生产。随着英国靶机的投入使用，无人 机作为靶机开始被人们认识和发展；二战结束前后陆续有 30 多家公司投入无 人机研制，较有名的包括全球生产最多的“火蜂”系列靶机、“石鸡”系列靶 机、CT-20 和 CT-22 靶机。初步参战，崭露头角。二战后各国开始尝试在靶机上安装一些传感装置，使其具有战场侦测、目标探测能力，并开始应用于实战。20 世纪 60-70 年代的越南 战争、70-80 年代的中东战争时无人机开始在战场上崭露头角，也促使

4、无人机 性能和技术进一步拓展。越南战争中瑞安公司的“火蜂”-147D 表现出色，先 后出动 3400 多架次，获取情报占当时总情报量 80%，而坠毁率仅 16%。但越战 后美国并没进一步发展无人机，无人机技术发展又一次放缓。直到中东战争以 色列通过综合使用侦察、诱饵和电子干扰等多种无人机与有人作战机配合使用， 使叙利亚各种防空武器系统遭到毁灭性打击，在战争初期就消灭了叙军 80%精 锐武装，最取得了战争胜利。以色列成功运用无人机的经验使得无人机声名鹊 起，进入了迅速崛起阶段。战场牵引，迅速崛起。20 世纪 80 年代以来，各国军方深刻认识到利用无人机 在战时执行侦察、干扰、欺骗和电子支援等任务

5、非常有效，不仅可降低人员损 失的风险，且作战成本比有人驾驶飞机低很多。20 世纪 90 年代后，海湾战争、 科索沃战争、阿富汗反恐战争、伊拉克战争、阿以冲突这些局部战争，又给无 人机提供了进一步展示其作战能力的舞台。在面向现代和未来战场作战需求的 牵引下，无人机进入快速发展阶段，出现了“捕食者”、“猎人”、“先锋”、 “全球鹰”等著名机型，各国在无人机研制和投入方面的支出也越来越大。以 美国为例，美国专家认为到 2025 年美军 90%战机将是无人机。逐渐运用到非军事领域。无人机相关技术不断成熟，成本也快速下降，民用市 场开始发酵。应用领域包括航拍、农用植保、地质勘探、电力巡检、油气管路 巡查

6、、高速公路事故管理、森林防火巡查、污染环境勘察、反恐维稳、公安执 法、应急救援与救护、抢险救灾、海岸线巡查等。无人机未来 1020 年即将进入黄金发展轨道随着无人机导航飞行控制和发动机技术的快速提升，无人机性能越来越优越， 对有人机的替代动力越来越强。军机市场预测机构蒂尔集团在 2013 年无人系 统国际协会（AUVSI）会议上公布最新全球预测：未来 10 年全球无人机花费将 翻番，由 2014 年 52 亿美元增至 2023 年 116 亿美元，总规模达 840 亿元， 年均复合增长 10.8%。其中，无人航空系统研发投入将从 2014 年 19 亿美元增 至 2023 年 40 亿美元，采

7、办费用从 33 亿美元增至 76 亿美元。查看原图我们认为，蒂尔集团的预测基本忽略了民用无人机的发展潜力，推测其预测以 国防开支增速为基础，再添加替代有人机进行增速调节。观察全球前两大经济 体：20042013 年美国 GDP 由 12.3 万亿美元增至 16.8 万亿美元，CAGR 为 4.0%，军费开支 2013 年 6258 亿美元，占 GDP 比重 4%；中国同期 GDP 由 16.0 万亿人民币增至 56.9 万亿人民币，CAGR 达 15%，2013 年军费开支 7411 亿人 民币，占 GDP 比重 1.3%。中美两国 GDP 总和复合增速为 8.1%，占世界 GDP32%（中国

8、 12%，美国 20%），而蒂尔集团预测未来 10 年无人机增速为 10.8%， 预测增速基本与全球军费增速相同，低估了民用市场的发展潜力。查看原图民用无人机需求广泛且经常性，潜在市场规模巨大，打破行业天花板。军用无 人机投入的增长受到军费支出的制约，而军费支出的增长又由经济增长和军费 支出比例决定，所以军用无人机除对有人机替代外，无法出现放量增长空间。 而民用无人机需求领域广泛（如农用植保、森林防火、电力巡检、石油管道巡 检、防恐救灾、地质勘探和海洋遥感），且几乎每个领域的需求都是经常性， 潜在市场空间极大。据 2013 中国无人机系统峰会数据统计，目前全球民用无人机市场空间达 1000 亿

9、美元，中国 GDP 占世界比重 12%（占比在不断上升），简单地按 12%比重测 算，中国民用无人机潜在市场空间超 100 亿美元，而当前我国民用无人机市场 仅几亿人民币，增长潜力巨大。全球竞争格局：美、欧、以色列第一梯队，中国迎头赶上无人机作为军机未来发展方向，各国都很重视其研发的投入。但由于技术基础 和经济基础的不同，全球无人机发展情况并不均衡。目前世界无人机技术最为 先进的是美国、以色列和欧洲，处于第一梯队；而中国、俄罗斯等处于第二梯 队。近 10 年中国相继研发出各款尖端无人机，目前已拥有美国所有类型的尖 端无人机，追赶势头强劲。技术水平决定市场份额，从全球各国无人机制造商的市场份额来

10、看，世界无人 机的主要制造商集中在美国，以色列和欧洲。其中美国份额高达 69%，遥遥领 先于其他国家；中国无人机由于性价比优势明显，占据约 10%份额。查看原图查看原图2、发动机、飞控和有效载荷铸造技术壁垒，各类无人机对技术要求迥异发动机、飞控和有效载荷铸造无人机技术壁垒飞机应用领域包括民用和军用，民用飞机又分为公共飞机（客机）和通用飞机。 无人机作为有人机的替代，主要有军用无人机和通用无人机（后面称为“民用 无人机”）。完整的无人机系统包括：地面系统、飞机飞行系统、任务载荷和使用保障人员。 其中有效载荷系统和飞机飞行系统最为重要。查看原图查看原图无人机系统涉及到的技术主要包括：发动机技术、飞

11、行控制技术、有效载荷技 术、通信技术和信息处理技术。其中，通信和信息处理相关技术较成熟，技术 壁垒主要体现在发动机、飞控和有效载荷方面。查看原图军用、民用、微型无人机，不同需求决定各异核心技术壁垒按照机翼构造，无人机可分为固定翼、旋翼（直升机、多旋翼）及扑翼等。1） 固定翼型无人机通过动力系统和机翼滑行实现起降和飞行，抗风能力较强，起 飞方式有滑行、弹射、车载、火箭助推和飞机投放等，降落方式有滑行和伞降 等。2）旋翼无人机能够定点起飞、降落，对起降场地条件要求不高，飞行通过 无线电遥控或机载计算机实现程控。而固定翼无人机存在容易失速、无法空中 悬停等问题，所以在民用和军用领域中对旋翼无人机需求

12、非常大，特别是中大 型旋翼无人机。3）扑翼无人机模仿鸟或昆虫翅膀，振动翅膀产生升力，一般作 为微型飞行器。这是鉴于微型无人机在 15 厘米时螺旋桨还可产生需要的效率， 但 7.62 厘米以下就需要采用翅膀。而扑翼是一种可行办法，它可利用不稳定气 流的空气动力学，及利用肌肉一样的驱动器代替电动机。但目前扑翼无人机相 关技术还非常不成熟，几乎没有进入实用市场。故按照实用性，把无人机分为三类：1) 固定翼（fixed wing）无人机：全球鹰、捕食者无人机等都是固定翼飞机。 顾名思义就是翅膀形状固定，靠流过机翼的风提供升力。动力系统包括桨和助 推发动机。优点是三类飞行器里续航时间最长、飞行效率最高、

13、载荷最大，缺 点是起飞时必须要助跑，降落时必须要滑行，不能空中悬停。2) 无人直升机（helicopter）：特点是靠一个或者两个主旋翼提供升力。如只 有一个主旋翼，还必须要有一个小尾翼抵消主旋翼产生的自旋力。为能往前后 左右飞，主旋翼有极其复杂的机械结构，通过控制旋翼桨面的变化来调整升力 的方向。动力系统包括发动机、整套复杂的桨调节系统、桨。优点是可垂直起 降、空中悬停，但续航时间较中庸，载荷也较中庸。缺点是极其复杂的机械结 构导致制造和后续维护费用高昂。3) 多旋翼（multi-rotor）无人机：四个或更多旋翼的直升机，也能垂直起降。 机械结构非常简单，动力系统只需电机直接连桨。优点是机

14、械简单，能垂直起 降、空中悬停，缺点是续航时间相对最短，载荷也最小。查看原图飞控技术要求高低排序：多旋翼直升机固定翼（微型军用民用）固定翼是自稳定系统，即飞上天、助推发动机稳定工作后，不需怎么控制就能 自身抵抗气流的干扰保持稳定；飞行器姿态控制角度看，固定翼是完整驱动系 统，任何姿态下可调整到任意姿态且保持住。直升机是不稳定系统，飞上天后如不施加控制，气流吹过就可能发生侧翻。但 直升机也是完整驱动系统，可自由调整姿态，主要鉴于直升机的桨面不但可产 生相对机身向上的推力，也可产生向下的推力。且直升机没有失速问题，何时 都能调整姿态，可在天上自由运动。所以直升机虽不稳定、很难控制好，但姿 态翻时完

15、全可控制回到正常姿态。多旋翼是不稳定系统，也不是完整驱动系统（欠驱动系统）。它的桨只能产生 相对机身向上的升力，不能产生相对向下的推力，所以它不稳定、很难控制好， 飞行器侧翻后基本没办法控制回来，容易坠机。查看原图自稳定和驱动差异决定飞行控制难度。固定翼和直升机控制难度相对不高，其 自动控制器相对容易研制，而多旋翼不稳定且欠驱动，其自动控制器性能要求 极高。飞行器自动控制器通常需要惯性导航系统获取自身的姿态，但 20 世纪 90 年代前，惯性导航系统一般重达十几公斤。为把这么重放到多旋翼飞行器上， 飞行器载荷必须很大，可不管是用油机还是电机做多旋翼飞行器的动力系统， 都很难得到足够载荷，这使得

16、多旋翼无人机很长一段时间内发展缓慢。直到 2005 年，仅几克重的 MEMS（微机电系统）惯性导航系统技术才开始成熟，微型 多旋翼无人机才开始进入快速发展期，也开始广泛应用于航拍。但由于还是较 前沿的技术，飞行控制技术成为了微型无人机（多旋翼机）竞争的焦点，军用 无人机由于对飞行器机动性要求高，飞控系统要求相对复杂，而民用无人机则 不需要很高端的飞控系统。发动机性能要求排序：军用民用微型航空飞机对发动机的要求远高于汽车发动机，飞机代数的升级背后往往由发动 机的升级支撑，“一代发动机铸就一代战斗机“（经历的四代战机背后就有四代 发动机）。航空发动机主要包括活塞发动机和喷气发动机。而喷气发动机由分 为涡喷、涡轴（提供轴动力，直升机）、涡桨（提供轴动力，低速大载重飞机） 和涡扇发动机。查看原图从发动机推重比（推力和自身重量比重）、耗油量等角度考虑，活塞发动机劣 于喷气发动机，而喷气发动机中，以涡扇发动机性能最好，这也符合发动机的 发展历程。查看原图军用无人机高空、大载重、长航时、高机动特性，需高性能发动机。军用无人 机性能要求很高，对发动机品质要求十分苛刻。美国的捕