无人机的概念、分类、优势及其与航模的关系

从20世纪和21世纪之交直到今天，世界航空界呈现无人机蓬勃发展的局面，军民并举，八方长驱，方兴未艾；世界无人机市场极为活跃，需求旺盛，扩展迅猛。在这个浪潮里，中国航空表现惊艳。无人机成为我国少有的、在整体水平上步入世界一流，在部分品种和技术上走在世界前列的领域；中国产的无人机行销天下，势不可挡；其中，大疆、翼龙、彩虹是三款引人注目的中国品牌。前者军民属性兼具，在走进寻常百姓家的同时，甚至成为美军单兵配置装备；后两者则是大受国外用户欢迎的高端无人机，屡建战功。那么，究竟什么是无人机？无人机是怎样发展而来的？无人机何以成为21世纪的航空新锐？中国无人机又何以驰名天下？让我们一一道来。

（1）什么是无人机

无人机，当然应该是“无人”的飞行机械装置。真正的无人机，是自主（控制）无人机，或可直称智能（AI）无人机，是指在飞行或执行任务时，完全不需要人去操纵和控制的无人机。这类完全无人工干预的无人机，具有很高的技术含量，有赖于具有自感知、自判断、自决策能力的自主控制技术的成熟与工程化。而我们现在看到的或使用的无人机，实为“机内无驾驶员的航空器”，但机外离不开驾驶员或操纵者（民间也叫“飞手”）。由于无人机可以在无人驾驶的条件下，完成飞行和各种特定任务，如精灵般翻腾飞跃于蓝天，也被称为“空中机器人”。

英语中现时最常用的UA（Unmanned Aircraft）和RPA（Remotely Piloted Aircraft）都可以认为是无人机，但严格意义上，前者指自主无人机，后者指现有的所有无人机，即遥控飞行器。还有一个从法语转来的词汇drone，用得更多，军民皆可，如无人机战争（drone warfare）、无人机产业（drone industry）等。与之相对应，中国化的最传神、最具包容性的译名就是“无人机”。

国外某无人机网站页面截图

全世界还没有工程实用的自主无人机，现在的所有无人机都是人在机外遥控驾驶或预置程序自动飞行/执行任务的航空器。在这个意义上，可以有条件地认为无人机是除模型航空器之外的无人驾驶航空器的简称。如果实现了自主控制，机内、机外皆无人驾驶，则成为高级形态的无人机，也可视为智能无人机。

现时，有的媒体或著述，把无人机定义为无驾驶员的不载人航空器，似嫌不妥。因为可以载人的无人驾驶航空器仍应归入无人机范畴，且在解决安全问题后将很快问世。

（2）无人机分类

无人机是迄今为止品种最复杂、应用领域最广的航空器，在构型、用途、尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度等多方面有很大差异。由于无人机的多样性，就产生了多种分类方法。主要有以下几种。

按平台构型分类，主要有无人飞机（固定翼无人机）、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人自转旋翼机、无人飞艇、无人伞翼机等，最常用的是前三种。无人飞机是军用和多数民用无人机的主流样式，特点是飞行速度较快；无人直升机是灵活性最强的无人机平台，可以原地垂直起飞和悬停；无人多旋翼机是消费类和部分工业级民用用途的首选平台，灵活性介于无人飞机和直升机中间，但操纵简单、成本较低。

无人多旋翼飞行器

无人自转旋翼机（其旋翼不与动力或传动装置相连）

按使用性质分类，分为军用和民用无人机；军用无人机又有信息无人机（侦察、诱饵、电子对抗、通信中继等）、攻击无人机、察打一体无人机、空战无人机（无人战斗机）、靶机等类别，民用无人机主要分工业级无人机（执行各种作业或特定使命）和消费类无人机。军用无人机对于飞行高度与速度、机动性等要求高，一般说来是高端无人机的代名词；民用无人机一般对于速度、升限和航程等要求较低，但要求简易可靠，制作与使用成本低。

按空机质量分类，可分为微型、轻型、小型和大型无人机。民用领域的规定是，微型无人机的空机质量小于等于7kg，轻型无人机的空机质量大于7kg、小于等于116kg，小型无人机的空机质量小于等于5700kg，大型无人机的空机质量大于5700kg。

按活动范围分类，可分为超近程、近程、短程、中程和远程无人机。一般以飞行活动半径划分，分别为15km以内、15～50km、50～200km、200～800km和大于800km。

按飞行高度分类，可分为超低空、低空、中空、高空和超高空无人机。飞行高度分别对应0～l00m、100～1000m、1000～7000m、7000～18000m和大于18000m。

按控制方式分类，就是前面说的自主无人机和遥控无人机；当然，还可以再细分。

按动力样式分类，与有人机一样，分为油动（燃油驱动活塞、涡喷、涡轴等）、电动（多样化的电力来源驱动电机，燃料电池、太阳能电池、超级电容器、无线能量传输或其他种类的电池等电力来源）和油电混合等。

按留空时间分类，可以分为长航时与非长航时；但并无客观的、统一的标准。如果把轨道飞行器也算作无人机，这些飞行器可以持续飞行数日、数月，甚至数年。如果以传统航空器的飞行高度，即临近空间的下限高度为界，军用无人机达到一天上下，可认为是长航时；民用无人机达到数小时即可认为是长航时。确定是否够得上“长航时”，还跟无人机的用途相关，总之是相对比较而言。厂家不要动辄称自己的产品为长航时，买家更要以需判定和选择。

军用无人机的分类有其特殊性。美国防部将军用无人机按质量、飞行高度和空速综合起来，划分为5个等级。第1级重量0-9千克，飞行高度不超过370米，空速低于185千米/小时；第2级重量9.5-25千克，飞行高度不超过1100米，空速低于463千米/小时；第3级重量低于600千克，飞行高度低于5500米，空速低于463千米/小时；第4级重量大于600千克，飞行高度低于5500米，空速任意；第5级重量大于600千克，飞行高度高于5500米，空速任意。第1、2、3级称为“小型无人机系统”（SUAS，SmallUnmanned Aerial System），第4、5级称为“遥控无人机”（RPA），多为中高端机，强调持久、灵活和多功能，是联合作战的新品种。

（3）无人机的优势

无人机的优势源于机上无驾驶员；由此带来的优势体现在两个方面。第一，由于不受人的生理局限的制约，飞行器的性能可以得到极大提高，理论上说，其速度、飞行边界、过载与机动性等，可以达到飞行器自身结构与强度及动力等所能提供或允许的极限。第二，因取消与驾驶员相关的人机界面及其相应的显示控制、环境控制、个体安全等设备与分系统，而使机上有限资源得到优化与充分利用。

从应用角度，对无人机优势的传统表述是：无论军用还是民用，无人机均可承担“3D”（dull-冗烦、dangerous-危险、dirty-肮脏）任务。随着无人机类别的增加和性能的提高，其应用范围大为扩展，从军到民，从作战到作业，从常规到非常规，从战术战场到国计民生，几乎没有无人机不能施展身手的使用场景。我们的认识也许应该倒转了，无人机远比有人机的应用范围广阔，无人机能完成的许多任务，有人机反而不可能承担，或者根本就无需承担。

故而，我们可以用“3N”（三新）来表述无人机的扩展应用，即新边界（New boundary，包括高度和距离）、新速域（New speed）、新领域（New areas）。随着无人机技术的进步，无人机正从辅助性、替代性应用向多功能、宽谱系的全面应用转变。

从制造与使用成本的角度看，无人机的显著优势是相对低廉。与同功能的有人机相比，制造成本可降低一半，使用成本可减低到三分之一，甚至更低。无人机的操作与训练，可通过预置程序或操控键盘进行，安全性大为提高，直接费用大大减少；对于有人机，一般是一人一机，进行操控，而无人机可以集群工作，一个人可以同时控制多架。无人机在较小场地上即可起飞、回收，无需专门的跑道和庞杂的地勤维修，使用相对简易。

由于具备上述优势，无人机受到众多用户的欢迎，无人机的应用越来越多，市场也越来越大。美国BI（Business Inside）的报告说：未来10年间，全球军用无人机的年均增长率为5%（考虑到军用无人机市场的保密与特殊性，这一预估似偏低），而同期民用无人机市场的年平均增长率达19%（这个数据亦偏低）。随着无人机技术进步和产品多样化，还将刺激和培育出更多的应用，带来新的使用样式和可以期待的更大量的采购。

（4）无人机与航模

无人机与航空模型（简称“航模”）有时难以区分，人们也常常询问它们之间到底有何异同。就此，我们作如下探究。

所有现代航空器都是从航模进化来的。在人类飞上蓝天的探索实践中，毫无例外都是先静态模型，后动力模型；先模型样机，后实物真机。没有模型，就没有航空创造，就没有航空发展。在航空探索的早期, 航模具有强烈的科学实证性质，至今，利用航模进行技术验证仍是航空研发的重要手段。上世纪末至今，由于低成本无人机的横空出世，使中低端无人机和中高档航模的飞行性能接近。

现阶段无人机与航模的最大相同点在于机上均无人，都需要人的掌控。二者之间又有很大区别，主要体现在功能与性能两方面的差异性。

首先是功能不同。航模除早期的试验验证作用外，逐步转向主要供运动用的不载人小型航空器，即特定的、狭义的航空模型。在成立于1905年的国际航空联合会（FAI）的推动下，航模逐渐演化成一项全球性、群众性竞技运动的工具。FAI管辖的航空活动包括特技飞行、模型飞机、航天记录、通用航空、滑翔机、悬挂式滑翔和飞行伞等。有各种分类的航模，如模型直升机、自由飞模型、线操纵模型等，并在继续变化和丰富中。但其基本功能，主要是完成各种竞技性或表演性任务。通过这种活动，去实现社会价值和倡导科学精神，以致对于航模本身的技术内涵和丰富的探索史迹有所淡化。

而无人机的功能则有明确的个性化要求，由机上任务载荷（又称有效载荷）来体现完成使命任务的能力。在这个意义上，无人机可以理解为载荷与搭载平台的组合体，有时还包括地面设施在内组成的系统。如侦察型无人机就是在具有一定飞行能力的平台上安装侦察设备和传输设备；攻击型无人机通过装载武器或战斗执行部件完成攻击任务。即使是科学验证用无人机，为了获取飞行数据，也要安装必要的感知、测量和数据传输设备，以实现特定功能。所以也可以说，无人机是通过机上有效载荷来体现不同功能的系统。无人机与航模的主要区别，就在于是否携带任务载荷；一般来说，除保障飞行的控制系统外，只有机上载有任务载荷，才可以称之为现代意义上的无人机。

其次是控制不同，指控制方式和控制系统的不同。无人机通过装置在机上的飞行控制系统，控制自身的姿态和机动；一般可以做到远距控制，可以事先设定程序，也可以通过数据链将地面控制参数与无人机进行交互，以实现自动运行。随着技术进步，还能实现部分或完全的自主控制，即不需人的干预。

而航模的控制是通过人的直接控制或无线电远距遥控实现机动和姿态调整，机上一般没有自动飞行控制系统。高端航模通过采用FPV（第一视角）技术已可实现视距外操纵，但距离多在几千米范围。形象地说，无人机是带着大脑飞行，这副头脑可以极为聪明，也可以不那么智慧；而航模的大脑始终是在地面，是在操纵人员的脖颈之上。随着航模操纵性能的持续提升和控制部件的低成本化，单就操纵性而言，高端航模与中低档无人机在这方面的差异在缩小，有时甚至已无高下之别。