1.碳纤维复合材料引擎盖
无人机市场目前已细分为无人机(UAV)、无人地面车辆(UGV)、无人水面航行器(USV)、无人水下航行器(UUV)、遥控航行器(ROV)、载人无人机等。在全球市场,无人机正在从一个消费者产品逐步渗透到各行各业的应用当中,市场规模稳步扩大。根据Drone Industry Insights公布的调研数据显示,2019年全球无人机市场规模180亿美元,其中复合材料市场规模为10.644亿美元,2020年全球无人机市场规模约为225亿美元,复合材料市场规模为12.241亿美元。复合材料市场规模预计到2027年将达到32.223亿美元,复合年增长率为14.8%。
无人机按照其应用领域的不同可以分为军用无人机与民用无人机。在发展早期,无人机行业的应用基本在军用领域,2015年以来,随着民用无人机技术的不断完善,其在农林植保、电力巡检、地理测绘、航拍等方面的应用越来越常态化,无人机行业中民用无人机市场的占比份额也逐年上升。
根据Drone Industry Insights机构发布的数据显示,2019年全球军用无人机市场规模为117.45亿美元,占比约为65.25%,民用无人机市场规模为62.55亿美元,占比约34.75%,前瞻初步统计2020年,全球军用无人机市场规模约占65%,民用无人机市场规模约占35%。
图表1.2008-2020年全球无人机行业投资规模情况单位:亿美元)
资料来源:Drone Industry Insights
图表2.2020年全球无人机市场应用结构预测值(单位:%)
资料来源:Drone Industry Insights
无人机市场的火热也带动了行业的投资热情,近年来无人机行业的投资额度大规模增加。根据Drone Industry Insights的统计,2010-2020年10年间,国际市场无人机投资规模的年均复合增速达到了51.80%,投资额也从2010年的360亿美元拔升到了23390亿美元,增幅超过了60倍。
2.各国的无人机发展与市场占比
虽然世界各国都极其重视无人机技术的研发,并且均投入了大量资源,但总体来看,世界无人机技术的发展并不均衡。Drone Industry Insights表示,2019年,美国和中国的商用无人机市场规模占全球商用无人机市场规模的三分之二以上。此外,根据Markets Research Report公布的2019年全球军用无人机市场份额来看,当今在军事无人机领域的世界领先者为美国和以色列,分别占45%和24%的份额。从20世纪80年代后期起,尤其是海湾战争以后,许多国家都把无人机置于优先发展的地位,竞相研制和装备无人机系统。特别是近几年来,参与研制和装备无人机的国家呈现大幅度增长的趋势。全世界装备无人机的国家和地区已由30多个增加到80个。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看,世界无人机的主要制造商集中在美国,以色列和欧洲。
对复合材料减重的需求是推动欧洲国家无人驾驶复合材料市场的主要因素之一;此外,欧洲对复合材料研发的投资增加是市场增长的原因。由于德国、法国、英国和俄罗斯等国家的先进生产商的存在,欧洲在2019年无人复合材料市场占比也是最大的,达到37.5%。位于这些国家的无人系统 OEM 增加了交付量,这反过来又支持了对复合材料的需求。由于国防部门预算分配的增加和技术的快速进步,北美地区的市场在2019年占据了第二大市场份额。
未来全球无人机行业将迎来快速增长的阶段,据Drone Industry Insights预测2025年市场规模将达到428亿美元,年均复合增长率达到13.8%;到2025年,亚洲市场将成为全球最大的无人机市场,无人机规模将达到179亿美元,北美地区无人机规模将达118亿美元。按此复合增长率预测到2026年全球无人机市场规模有望超过480亿美元。
图表3.全球各地区无人机市场规模增长预测
3.复合材料在无人机中的应用市场
由于无人机(UAV)、无人水面航行器(USV)、无人地面航行器(UGV)和自主水下航行器(AUV)的应用越来越多,无人驾驶复合材料市场的需求量很大。对于无人领域的复合材料来说,轻型无人系统的需求不断增长、复合材料耐久性更好、对无人复合材料的投资增加以及通过使用复合材料提高无人系统性能等因素推动了市场需求。例如广泛用于各种军事任务的无人机,专门用于空中监视、执法、搜救、武装攻击、侦察和海上巡逻。这些无人机使用硼纤维和芳纶纤维等特殊复合材料,因此对复合材料的需求正在增加。在用于商业用途的无人机中应用复合材料的一个显著优势是支持长期、持久的系统,专业提供广域Wi-Fi网络连接。这种无人系统将是太阳能供电的,并且可以通过不间断的网络连接为更大的区域服务数周。
由于复合材料显著的优势,对于无人机用复合材料布局已经火热。根据 Emergen Research 的最新评估,由于对无人系统的投资增加,无人复合材料市场正在出现高需求,到 2027 年,全球无人复合材料市场预计价值 32.223 亿美元。
其中,无人驾驶碳纤维增强聚合物 (CFRP) 复合材料在2019年占无人复合材料市场的最大市场份额超过44.0%,并且预计在预测期内将以最高的复合年增长率增长。CFRP轻质高强耐用,其具有可减轻重量、提高耐用性、提高强度和降低热收缩率的特点。与钢相比,CFRP具有成本效益和弹性,与铝相比重量轻,与钛相比具有刚性(例如,CFRP的应用提供了比铝合金材料减轻至少30.0%的重量的优势),满足世界各地的原始设备制造商对轻型且具有成本效益的无人系统组件的需求,这些因素正在推动 CFRP 领域的增长。例如,位于以色列的 Adani Defense and Aerospace and Elbit Systems Ltd. 于 2018 年 12 月在印度海得拉巴引进了 50,000 平方英尺的 Adani Elbit 无人机生产设施。该设施的开发已投资约 1500 万美元。该生产综合体将通过 Hermes 900 和 Hermes 450UAV 的完整碳复合材料航空结构迎合全球市场。2020 年 7 月,Toray Industries 与 Lilium GmbH 签署协议,为 Lilium Jet 提供碳纤维复合材料,这是一种无人驾驶的五座 eVTOL 飞机。
目前,无人复合材料市场的一些主要参与者包括 Gurit(瑞士)、Hexcel Corporation(美国)、Materion Corporation(美国)、Mitsubishi Rayon(日本)、Owens Corning(美国)、Renegade Materials Corporation(美国)、Solvay(比利时) )、Stratasys(美国)、Teijin Limited(日本)、Teledyne(美国)和 Toray Industries(日本)。Hexcel Corporation、Toray Industries 和 Gurit 拥有成熟产品组合和强大市场占有率。
4.海外军用无人机调研
图表4.全球军用无人机市场预测2016-2025
图表5.国际军用无人机市场份额占比情况
图表6. 美军2010-2022财年用于无人机相关预算(单位:亿美金)
图表7. 中美无人机列装数量对比
5.海外物流无人机
图表8.现阶段物流成本图
6.无人运输机相关企业介绍
6.1 Drone Delivery Canada
Drone Delivery Canada 是加拿大第一家获得加拿大运输部“合规运营商”认证的无人机快递公司,生产了第一架符合加拿大运输部“合规无人机”标准的无人机。也是第一家根据加拿大运输法(“CTA”)和航空运输条例(加拿大)获得国内货运许可证的上市无人机送货公司。
6.1.1 小型旋转翼型
6.1.2 中型旋转翼型
6.1.3 直升机型
6.2AirBus
凭借在有人驾驶和无人驾驶飞行方面的卓越传统,空中客车公司充分利用其作为 UAS 技术领导者的地位。该公司深思熟虑的创新受到全球市场需求的推动,将多年的技术进步转化为军事、民用和机构领域的实用解决方案。
图表9.空客无人机发展历程
6.2.1中空长航时 (MALE) UAS – 欧洲 MALE RPAS (Eurodrone)
Urodrone是第一个专为在非隔离空域飞行而设计的无人机系统。它将赋予欧洲在无人机系统(UAS)领域无与伦比的能力,提供先进的战略性能能力。旨在成为任何未来作战空中系统的主要支柱之一,由于其模块化设计,基于最小的限制和易于运输,为真正融入民用空域做好了准备。该设计将为国土作战、情报、监视、目标获取和侦察 (ISTAR) 和武装 ISTAR 提供多任务能力和巨大的增长潜力。
6.2.2平流层太阳能高空平台站 (HAPS) – Zephyr
Zephyr S 是一款通过基于 ELO 的太阳能电池完全依靠太阳能运行的平流层无人机,也是全球首个平流层无人机,旨在以零碳排放提供持久的本地类似卫星的服务。它由碳纤维复合材料制成,比 Zephyr 7 轻 30%,可以着陆、重新配备下一代有效载荷并重新部署。它还能够从起飞到着陆自主飞行,并且可以从其地面控制站远程操作。
6.2.3小型战术无人机
此战术无人机翼展3.6m 质量 16kg。该无人机优点是可装在背包中并手动发射,非常适合在 10 分钟内快速轻松地部署,并有资格执行各种类型的情报、监视和侦察 (ISR) 任务,可以执行具有 50 公里航程和 3 小时续航时间的任务。这种小型战术无人机组合适用于完成军事、机构和民用任务,包括:关键基础设施的长期监控、检查和安全。
6.2.4高性能战术无人机——SIRTAP
SIRTAP 旨在在最恶劣的环境和操作条件下飞行,将获得在隔离空域飞行和进行民用操作的认证,所有这些都可以在同一个平台上实现。SIRTAP 可以在任何天气条件下运行,这要归功于防冰和高温振幅系统,它可以在 -40⁰C 到 50⁰C 之间运行。这款战术无人机具有超过 20 小时的续航时间和 21,000 英尺的飞行高度,适用于昼夜和海上情报、监视和侦察 (ISR) 任务,为近距离目标检查提供快速响应。SIRTAP 的机翼和旋翼可以轻松拆卸,以便在 C295 等运输机中使用标准集装箱进行陆运和空运运输,一次飞行可以携带两个 SIRTAP。
6.3 AeroVironment
无人驾驶飞机系统的全球领导者AeroVironment, Inc.已完成对领先的高空飞行器设计和制造商Arcturus UAV, Inc.的收购。这笔交易约 4.05 亿美元。美国特种作战司令部 (USSOCOM) 选择 Arcturus UAV 作为 2020 年 6 月有资格获得潜在的 9.75 亿美元的无限期交付/无限量 MEUAS IV 合同的六家公司之一。该合同使Arcturus能够竞争特定地点的任务订单和为美国特种作战司令部提供无人机系统服务,并为情报、监视和侦察 (ISR) 行动提供支持。Arcturus UAV 使用其 VTOL JUMP 20 来支持 USSOCOM 的行动,最大限度地减少 UAS 行动的痕迹,同时提供多有效载荷、多任务能力。
Arcturus UAV 也是为支持美国陆军 FTUAS 的资助开发选择的四家公司之一,旨在开发潜在的十亿美元的下一代无人机计划。AeroVironment 的智能多域机器人系统产品组合包括占地面积小、独立于跑道的无人驾驶飞机系统。JUMP 20、T-20和Puma™ LE提供扩展范围、多有效载荷能力,以及RQ-20A/B Puma™ , RQ-11B Raven® , RQ-12A Wasp® , VAPOR® 直升机和自动化Quantix™ Recon提供高度战术性的前线态势感知。这些解决方案提供增强的多任务能力,并可以根据要执行的任务类型选择合适的飞机。这些能力提供显着的部队保护和部队倍增优势,以及为商业运营商提供更高的安全性、可扩展性和成本节约。
AeroVironment 在全球范围内提供交钥匙 ISR 和支持服务,以确保始终如一的高水平任务成功。AeroVironment 已向美国境内的客户和 50 多个盟国政府交付了数万架新的和替换的无人驾驶飞行器。Arcturus UAV 拥有可靠的业绩记录,过去两个财年的收入增长均超过 20%
图表10.AeroVironment产品一览
典型机型如下
6.3.1 T20
翼展:18.8 英尺(5.7 米)
长度:9.6 英尺(2.9 米)
重量: 225 磅 MGTOW(102 公斤)(燃料和有效载荷)可用有效载荷容量高达 50 磅(22.7 千克)
续航:24 小时
6.3.2 Puma
翼展:15 英尺(4.6 m)
长度:7.3 英尺(2.2 m)
重量: 23.5 磅(10.7 千克)总有效载荷能力5.5 磅(2.5 公斤)
续航: 6.5 小时
6.3.3 Jump
翼展:18.8 英尺(5.7 米)
长度:9.6 英尺(2.9 米)
重量: 215 磅 MGTOW(97.5 千克)包括(燃料和有效载荷)可用有效载荷容 量高达 30 磅(13.6 千克)
续航: 14 小时以上
6.3.4 Raven
翼展:4.5 英尺(1.4 m)
长度:3 英尺(0.9 m)
重量: 4.2 磅(1.9 公斤)
续航: 60-90 分钟
6.3.5 Wasp
翼展:3.3 英尺(1 m)
长度:2.5 英尺(0.76 m)
重量: 2.8 磅(1.3 千克)
续航: 50 分钟
6.3.5 VAPOR
巡航:60 分钟
悬停:45 分钟
总重量32 – 55 磅(14.5 – 24.9 公斤)可用有效载荷5 – 10 磅(2.3 – 4.5 公斤)
6.4.Matternet
6.4.1 M2无人机
获得瑞士航空当局的授权,可在城市上空进行全面的物流运营。设计用于在最远 20 公里的距离内承载高达 2 公斤和 4 升的有效载荷。美国方面,FAA 首次全面批准 UPS Flight Forward 大规模运营 Matternet 飞机。UPS 和 Matternet 扩大在美国的无人机送货医院业务
来源:东华经纬先进技术研究院
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