第460篇《無人機的概念、分類、優勢及其與航模的關係》

無人飛行器包括無人駕駛飛機和什麼

原創 張聚恩 聚恩君

2月1日

【說明】

因一份任務寫作之需，對無人機相關知識與資訊進行了一點再學習，“攢”出這樣一篇科普性的文章。篇幅較長，分成四部分，貼在這裡，與大家分享。希望得到指正，以便完善內容，糾正差錯。此為其一，說說無人機的概念、分類、優勢及其與航模的關係等。

從20世紀和21世紀之交直到今天，世界航空界呈現無人機蓬勃發展的局面，軍民並舉，八方長驅，方興未艾；世界無人機市場極為活躍，需求旺盛，擴充套件迅猛。在這個浪潮裡，中國航空表現驚豔。無人機成為我國少有的、在整體水平上步入世界一流，在部分品種和技術上走在世界前列的領域；中國產的無人機行銷天下，勢不可擋；其中，大疆、翼龍、彩虹是三款引人注目的中國品牌。前者軍民屬性兼具，在走進尋常百姓家的同時，甚至成為美軍單兵配置裝備；後兩者則是大受國外使用者歡迎的高階無人機，屢建戰功。那麼，究竟什麼是無人機？無人機是怎樣發展而來的？無人機何以成為21世紀的航空新銳？中國無人機又何以馳名天下？讓我們一一道來。

（1）什麼是無人機

無人機，當然應該是“無人”的飛行機械裝置。真正的無人機，是自主（控制）無人機，或可直稱智慧（AI）無人機，是指在飛行或執行任務時，完全不需要人去操縱和控制的無人機。這類完全無人工干預的無人機，具有很高的技術含量，有賴於具有自感知、自判斷、自決策能力的自主控制技術的成熟與工程化。而我們現在看到的或使用的無人機，實為“機內無駕駛員的航空器”，但機外離不開駕駛員或操縱者（民間也叫“飛手”）。由於無人機可以在無人駕駛的條件下，完成飛行和各種特定任務，如精靈般翻騰飛躍於藍天，也被稱為“空中機器人”。

英語中現時最常用的UA（Unmanned Aircraft）和RPA（Remotely Piloted Aircraft）都可以認為是無人機，但嚴格意義上，前者指自主無人機，後者指現有的所有無人機，即遙控飛行器。還有一個從法語轉來的詞彙drone，用得更多，軍民皆可，如無人機戰爭（drone warfare）、無人機產業（drone industry）等。與之相對應，中國化的最傳神、最具包容性的譯名就是“無人機”。

國外某無人機網站頁面截圖

全世界還沒有工程實用的自主無人機，現在的所有無人機都是人在機外遙控駕駛或預置程式自動飛行/執行任務的航空器。在這個意義上，可以有條件地認為無人機是除模型航空器之外的無人駕駛航空器的簡稱。如果實現了自主控制，機內、機外皆無人駕駛，則成為高階形態的無人機，也可視為智慧無人機。

現時，有的媒體或著述，把無人機定義為無駕駛員的不載人航空器，似嫌不妥。因為可以載人的無人駕駛航空器仍應歸入無人機範疇，且在解決安全問題後將很快問世。

（2）無人機分類

無人機是迄今為止品種最複雜、應用領域最廣的航空器，在構型、用途、尺寸、質量、航程、航時、飛行高度、飛行速度等多方面有很大差異。由於無人機的多樣性，就產生了多種分類方法。主要有以下幾種。

按平臺構型分類

，主要有無人飛機（固定翼無人機）、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人自轉旋翼機、無人飛艇、無人傘翼機等，最常用的是前三種。無人飛機是軍用和多數民用無人機的主流樣式，特點是飛行速度較快；無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停；無人多旋翼機是消費類和部分工業級民用用途的首選平臺，靈活性介於無人飛機和直升機中間，但操縱簡單、成本較低。

無人多旋翼飛行器

無人自轉旋翼機（其旋翼不與動力或傳動裝置相連）

按使用性質分類

，分為軍用和民用無人機；軍用無人機又有資訊無人機（偵察、誘餌、電子對抗、通訊中繼等）、攻擊無人機、察打一體無人機、空戰無人機（無人戰鬥機）、靶機等類別，民用無人機主要分工業級無人機（執行各種作業或特定使命）和消費類無人機。軍用無人機對於飛行高度與速度、機動性等要求高，一般說來是高階無人機的代名詞；民用無人機一般對於速度、升限和航程等要求較低，但要求簡易可靠，製作與使用成本低。

按空機質量分類

，可分為微型、輕型、小型和大型無人機。民用領域的規定是，微型無人機的空機質量小於等於7kg，輕型無人機的空機質量大於7kg、小於等於116kg，小型無人機的空機質量小於等於5700kg，大型無人機的空機質量大於5700kg。

按活動範圍分類

，可分為超近程、近程、短程、中程和遠端無人機。一般以飛行活動半徑劃分，分別為15km以內、15～50km、50～200km、200～800km和大於800km。

按飛行高度分類

，可分為超低空、低空、中空、高空和超高空無人機。飛行高度分別對應0～l00m、100～1000m、1000～7000m、7000～18000m和大於18000m。

按控制方式分類

，就是前面說的自主無人機和遙控無人機；當然，還可以再細分。

按動力樣式分類

，與有人機一樣，分為油動（燃油驅動活塞、渦噴、渦軸等）、電動（多樣化的電力來源驅動電機，燃料電池、太陽能電池、超級電容器、無線能量傳輸或其他種類的電池等電力來源）和油電混合等。

按留空時間分類，

可以分為長航時與非長航時；但並無客觀的、統一的標準。如果把軌道飛行器也算作無人機，這些飛行器可以持續飛行數日、數月，甚至數年。如果以傳統航空器的飛行高度，即臨近空間的下限高度為界，軍用無人機達到一天上下，可認為是長航時；民用無人機達到數小時即可認為是長航時。確定是否夠得上“長航時”，還跟無人機的用途相關，總之是相對比較而言。廠家不要動輒稱自己的產品為長航時，買家更要以需判定和選擇。

軍用無人機的分類有其特殊性。美國防部將軍用無人機

按質量、飛行高度和空速綜合起來，劃分為5個等級

。第1級重量0-9千克，飛行高度不超過370米，空速低於185千米/小時；第2級重量9。5-25千克，飛行高度不超過1100米，空速低於463千米/小時；第3級重量低於600千克，飛行高度低於5500米，空速低於463千米/小時；第4級重量大於600千克，飛行高度低於5500米，空速任意；第5級重量大於600千克，飛行高度高於5500米，空速任意。第1、2、3級稱為“小型無人機系統”（SUAS，SmallUnmanned Aerial System），第4、5級稱為“遙控無人機”（RPA），多為中高階機，強調持久、靈活和多功能，是聯合作戰的新品種。

（3）無人機的優勢

無人機的優勢源於機上無駕駛員

；由此帶來的優勢體現在兩個方面。第一，由於不受人的生理侷限的制約，飛行器的

效能可以得到極大提高

，理論上說，其速度、飛行邊界、過載與機動性等，可以達到飛行器自身結構與強度及動力等所能提供或允許的極限。第二，因取消與駕駛員相關的人機介面及其相應的顯示控制、環境控制、個體安全等裝置與分系統，而使

機上有限資源得到最佳化與充分利用

。

從應用角度，對無人機優勢的傳統表述是：無論軍用還是民用，無人機均可承擔

“3D”（dull-冗煩、dangerous-危險、dirty-骯髒）任務

。隨著無人機類別的增加和效能的提高，其應用範圍大為擴充套件，從軍到民，從作戰到作業，從常規到非常規，從戰術戰場到國計民生，幾乎沒有無人機不能施展身手的使用場景。我們的認識也許應該倒轉了，無人機遠比有人機的應用範圍廣闊，無人機能完成的許多工，有人機反而不可能承擔，或者根本就無需承擔。

故而，我們可以用

“3N”（三新）

來表述無人機的擴充套件應用，即

新邊界（New boundary，包括高度和距離）、新速域（New speed）、新領域（New areas）

。隨著無人機技術的進步，無人機正從輔助性、替代性應用向多功能、寬譜系的全面應用轉變。

從製造與使用成本的角度看，無人機的顯著優勢是相對低廉

。與同功能的有人機相比，製造成本可降低一半，使用成本可減低到三分之一，甚至更低。無人機的操作與訓練，可透過預置程式或操控鍵盤進行，安全性大為提高，直接費用大大減少；對於有人機，一般是一人一機，進行操控，而無人機可以叢集工作，一個人可以同時控制多架。無人機在較小場地上即可起飛、回收，無需專門的跑道和龐雜的地勤維修，使用相對簡易。

由於具備上述優勢，無人機受到眾多使用者的歡迎，無人機的應用越來越多，市場也越來越大。美國BI（Business Inside）的報告說：未來10年間，全球軍用無人機的年均增長率為5%（考慮到軍用無人機市場的保密與特殊性，這一預估似偏低），而同期民用無人機市場的年平均增長率達19%（這個資料亦偏低）。隨著無人機技術進步和產品多樣化，還將刺激和培育出更多的應用，帶來新的使用樣式和可以期待的更大量的採購。

（4）無人機與航模

無人機與航空模型（簡稱“航模”）有時難以區分，人們也常常詢問它們之間到底有何異同。就此，我們作如下探究。

所有現代航空器都是從航模進化來的。在人類飛上藍天的探索實踐中，毫無例外都是先靜態模型，後動力模型；先模型樣機，後實物真機。沒有模型，就沒有航空創造，就沒有航空發展。在航空探索的早期， 航模具有強烈的科學實證性質，至今，利用航模進行技術驗證仍是航空研發的重要手段。上世紀末至今，由於低成本無人機的橫空出世，使中低端無人機和中高檔航模的飛行效能接近。

現階段無人機與航模的

最大相同點在於機上均無人，都需要人的掌控

。二者之間又有很大

區別，主要體現在功能與效能兩方面的差異性

。

首先是

功能不同

。航模除早期的試驗驗證作用外，逐步轉向主要供運動用的不載人小型航空器，即特定的、狹義的航空模型。在成立於1905年的國際航空聯合會（FAI）的推動下，航模逐漸演化成一項全球性、群眾性競技運動的工具。FAI管轄的航空活動包括特技飛行、模型飛機、航天記錄、通用航空、滑翔機、懸掛式滑翔和飛行傘等。有各種分類的航模，如模型直升機、自由飛模型、線操縱模型等，並在繼續變化和豐富中。但其基本功能，主要是完成各種競技性或表演性任務。透過這種活動，去實現社會價值和倡導科學精神，以致對於航模本身的技術內涵和豐富的探索史蹟有所淡化。

而無人機的功能則有明確的個性化要求，由機上任務載荷（又稱有效載荷）來體現完成使命任務的能力。在這個意義上，無人機可以理解為

載荷與搭載平臺的組合體，有時還包括地面設施在內組成的系統

。如偵察型無人機就是在具有一定飛行能力的平臺上安裝偵察裝置和傳輸裝置；攻擊型無人機透過裝載武器或戰鬥執行部件完成攻擊任務。即使是科學驗證用無人機，為了獲取飛行資料，也要安裝必要的感知、測量和資料傳輸裝置，以實現特定功能。所以也可以說，無人機是透過機上有效載荷來體現不同功能的系統。無人機與航模的

主要區別，就在於是否攜帶任務載荷

；一般來說，除保障飛行的控制系統外，只有

機上載有任務載荷，才可以稱之為現代意義上的無人機

。

其次是

控制不同

，指

控制方式和控制系統的不同

。無人機透過裝置在機上的飛行控制系統，控制自身的姿態和機動；一般可以做到遠距控制，可以事先設定程式，也可以透過資料鏈將地面控制引數與無人機進行互動，以實現自動執行。隨著技術進步，還能實現部分或完全的自主控制，即不需人的干預。

而航模的控制是透過人的直接控制或無線電遠距遙控實現機動和姿態調整，機上一般沒有自動飛行控制系統。高階航模透過採用FPV（第一視角）技術已可實現視距外操縱，但距離多在幾千米範圍。形象地說，無人機是帶著大腦飛行，這副頭腦可以極為聰明，也可以不那麼智慧；而航模的大腦始終是在地面，是在操縱人員的脖頸之上。隨著航模操縱效能的持續提升和控制部件的低成本化，單就操縱性而言，高階航模與中低檔無人機在這方面的差異在縮小，有時甚至已無高下之別。