2024年低空經(jīng)濟(jì)專題：飛行器大腦-飛控系統(tǒng)分析

2024年低空經(jīng)濟(jì)專題：飛行器大腦_飛控系統(tǒng)分析1飛行控制器概述：飛行器的“大腦”飛控技術(shù)：定義定義：飛控技術(shù)是指通過飛行控制系統(tǒng)（FlightControlSystem，簡稱FCS）對(duì)飛行器進(jìn)行姿態(tài)控制、導(dǎo)航定位、任務(wù)規(guī)劃、飛行指令下發(fā)、數(shù)據(jù)處理等操作的技術(shù)。飛行控制系統(tǒng)是飛行器的“大腦”，負(fù)責(zé)接收傳感器數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和算法運(yùn)算，并輸出控制指令以控制飛行器的運(yùn)動(dòng)。飛控系統(tǒng)分類：可分為姿態(tài)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)、飛行指令下發(fā)系統(tǒng)飛控系統(tǒng)可以分為姿態(tài)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)、飛行指令下發(fā)系統(tǒng)等。姿態(tài)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制飛行器的姿態(tài)，包括滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航等。導(dǎo)航定位系統(tǒng)負(fù)責(zé)確定飛行器的位置和方向，通常采用GPS、慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等技術(shù)。任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)可以根據(jù)任務(wù)需求，規(guī)劃飛行器的飛行路徑、高度、速度等參數(shù)。飛行指令下發(fā)系統(tǒng)：將飛行指令發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制飛行器的運(yùn)動(dòng)。飛控系統(tǒng)：技術(shù)原理飛控技術(shù)的核心原理是通過多種傳感器（如陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)、氣壓計(jì)等）實(shí)時(shí)獲取飛行器的姿態(tài)、速度、位置等信息，并將這些信息傳輸給飛行控制計(jì)算機(jī)。飛行控制計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過預(yù)先編寫的飛行控制算法進(jìn)行姿態(tài)控制和飛行控制，并輸出控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電機(jī)、舵機(jī)等），以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的精確控制。飛控系統(tǒng)：上游組件飛控系統(tǒng)由多個(gè)上游組件構(gòu)成。其中包括傳感器、執(zhí)行器、舵機(jī)、電源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，飛行數(shù)據(jù)由傳感器獲取后，通過控制器算法進(jìn)行判斷輸出，再由執(zhí)行器和舵機(jī)來執(zhí)行飛行指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行姿態(tài)的調(diào)整與控制。此外，通信系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)共同對(duì)飛控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供輔助作用，保障了飛行器的正常運(yùn)行。飛控系統(tǒng)成本：飛控計(jì)算機(jī)占比八成eVTOL飛控系統(tǒng)集成化程度更高。相較于傳統(tǒng)飛機(jī)，陀螺儀、氣壓計(jì)、溫度計(jì)等零部件均相對(duì)獨(dú)立于飛控系統(tǒng)，對(duì)于eVTOL飛控系統(tǒng)，基于高集成化的要求，相關(guān)系統(tǒng)將集成到飛控計(jì)算機(jī)里，因而飛控計(jì)算機(jī)為飛控系統(tǒng)的核心組成部分，實(shí)現(xiàn)飛控系統(tǒng)70%-80%的功能，價(jià)值約占飛控系統(tǒng)的20%-30%。以混合翼eVTOL飛行器飛控系統(tǒng)架構(gòu)舉例，由飛控計(jì)算機(jī)，大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件ADIRU和遠(yuǎn)程控制電子單元REU等構(gòu)成。系統(tǒng)工作原理為：1.飛行員操縱指令通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送到3臺(tái)飛控計(jì)算機(jī)，2.飛控計(jì)算機(jī)接收傳感器的角速度、加速度和大氣數(shù)據(jù)等信號(hào)，3.飛控計(jì)算機(jī)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)和信號(hào)表決后，用于控制律的計(jì)算，并將作動(dòng)指令發(fā)送到REU，控制相對(duì)應(yīng)的電機(jī)/舵機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼/舵面運(yùn)動(dòng)。2飛控系統(tǒng)市場規(guī)模：航空器必需，市場穩(wěn)健增長低空激勵(lì)政策密集發(fā)布中國政府將低空經(jīng)濟(jì)定位為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并出臺(tái)了一系列政策來推動(dòng)其發(fā)展。以無人機(jī)與通用航空作為關(guān)鍵核心的低空飛行產(chǎn)業(yè)，連同基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及專業(yè)服務(wù)，一同構(gòu)建起了低空經(jīng)濟(jì)完備的產(chǎn)業(yè)鏈條。這些政策在推動(dòng)我國低空經(jīng)濟(jì)闊步向前的同時(shí)，極大地促進(jìn)了無人機(jī)和飛行器技術(shù)的推陳出新與廣泛應(yīng)用，也為相關(guān)產(chǎn)業(yè)賦予了難能可貴的良好發(fā)展契機(jī)，為低空經(jīng)濟(jì)的持續(xù)繁榮奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。市場規(guī)模規(guī)模逐步增長，飛控需求持續(xù)上升隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求，通用航空市場呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢。且由于城鎮(zhèn)化與工業(yè)化全面進(jìn)入人口時(shí)代，發(fā)展中國家對(duì)于飛機(jī)的需求急速上升。截至2023年12月，全球航空公司在役的飛機(jī)數(shù)量為28400架客機(jī)。據(jù)奧緯咨詢預(yù)測，2024年至2034年期間，全球商用飛機(jī)數(shù)量將以2.5%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，到2034年初將超過36400架。中國民航經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，機(jī)隊(duì)規(guī)模已上升至世界第二大。截至2023年，我國擁有在役的民航飛機(jī)共有4324架，比上年底增加159架，其中包括客運(yùn)飛機(jī)3955架和貨運(yùn)飛機(jī)231架。從全球競爭格局看,美歐以軍用和工業(yè)級(jí)市場為主,中國則在消費(fèi)級(jí)市場占據(jù)明顯優(yōu)勢。俄烏戰(zhàn)爭中無人機(jī)的成功運(yùn)用某種程度上改變了戰(zhàn)爭形態(tài)，標(biāo)志著無人武器尤其是戰(zhàn)斗無人機(jī)正登上戰(zhàn)爭舞臺(tái)，并將成為未來戰(zhàn)場主角之一。據(jù)SIPRI，2023年全球軍用無人機(jī)規(guī)模達(dá)121.2億美元。同時(shí)，2023年全球民用無人機(jī)市場規(guī)模達(dá)339億美元，預(yù)計(jì)2025年市場規(guī)模390億美元，2030年將達(dá)到558億美元，8年復(fù)合增長率約7.8%。無人機(jī)產(chǎn)業(yè)服務(wù)范圍已經(jīng)涵蓋農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)。民用無人機(jī)已在農(nóng)林牧漁和娛樂航拍領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)行業(yè)普及，無人機(jī)物流配送業(yè)務(wù)已延伸到城市商圈與社區(qū)，電動(dòng)垂直起降機(jī)型的適航審定工作也正在穩(wěn)步推進(jìn)，無人機(jī)應(yīng)用的前景被社會(huì)普遍看好。截至2023年底，國內(nèi)現(xiàn)有實(shí)名登記的無人機(jī)126.7萬架，增長拐點(diǎn)向上。飛控系統(tǒng)：航空器應(yīng)用廣泛，市場規(guī)模穩(wěn)健增長全球民航市場飛行控制系統(tǒng)預(yù)計(jì)以8%的復(fù)合增速增長。航空業(yè)的快速發(fā)展、自動(dòng)駕駛和飛行電子化趨勢以及無人機(jī)市場的快速增長等因素共同推動(dòng)了全球飛控系統(tǒng)市場的持續(xù)增長。據(jù)航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，2023年全球民航市場飛行控制系統(tǒng)的市場規(guī)模約為119.6億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到270億美元。同時(shí)，全球無人機(jī)市場飛控系統(tǒng)市場規(guī)模約為45億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到130億美元。飛控系統(tǒng)在國內(nèi)無人機(jī)領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。無人機(jī)在航拍、測量、農(nóng)業(yè)、物流配送、建筑監(jiān)測、安全監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用需要高性能的飛控系統(tǒng)來支持。據(jù)航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)測算，2023年中國軍用無人機(jī)市場規(guī)模約為百億級(jí)，其中飛控系統(tǒng)市場規(guī)模約為36億元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到50億元以上；工業(yè)級(jí)無人機(jī)市場規(guī)模約為20億元量級(jí)，其中飛控系統(tǒng)市場規(guī)模約為4.49億元，預(yù)計(jì)到2030年將超過11億元。3飛控系統(tǒng)發(fā)展展望：海外技術(shù)封鎖，國產(chǎn)化需求迫切飛控在民航中的應(yīng)用場景飛控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于民用航空領(lǐng)域。各細(xì)分領(lǐng)域中應(yīng)用場景較多，主要包括航空運(yùn)輸、通用航空、無人機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域，極大地提高了效率，并在現(xiàn)實(shí)中不斷擴(kuò)展應(yīng)用場景，為民用航空的發(fā)展提供了重要支撐。飛控系統(tǒng)在軍航中起著關(guān)鍵作用。在戰(zhàn)斗機(jī)與轟炸機(jī)上，它能根據(jù)飛行員指令精確調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)、速度和飛行方向，在特殊情況時(shí)智能輔助，此外還能提示故障信息；與火控系統(tǒng)緊密配合，提高作戰(zhàn)精度與效能。在無人機(jī)上，可規(guī)劃飛行路徑、執(zhí)行偵察打擊任務(wù)。在導(dǎo)彈上，能精準(zhǔn)控制飛行并追蹤目標(biāo)，提升命中概率。飛控系統(tǒng)的應(yīng)用提升了軍事行動(dòng)的安全性和準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了戰(zhàn)斗力。飛控系統(tǒng)升級(jí)需求輕量化需求：目前的電傳操縱系統(tǒng)主要應(yīng)用于民航客機(jī)上，處于幾十噸級(jí)別，但eVTOL機(jī)型多為1-2噸的最大起飛重量，在整機(jī)重量、體積小的情況下，疊加旋翼類飛機(jī)的不穩(wěn)定因素，對(duì)零部件體積和重量提出苛刻要求。經(jīng)濟(jì)化需求：eVTOL在城市客運(yùn)(UAM)、區(qū)域客運(yùn)(RAM)、貨運(yùn)、個(gè)人飛行器、緊急醫(yī)療服務(wù)等非長距離場景的應(yīng)用。在追求高效率的同時(shí)，需要做到面向大眾市場的低成本。與民航客機(jī)動(dòng)輒幾百萬美金的飛控系統(tǒng)預(yù)算不同，eVTOL的飛控系統(tǒng)提供商需要使得產(chǎn)品和服務(wù)匹配eVTOL的成本結(jié)構(gòu)。適航需求：考慮到飛行安全和監(jiān)管政策帶來的適航性挑戰(zhàn)是航空器能進(jìn)入民用市場的先決條件，飛控系統(tǒng)需要滿足較高的可靠性要求。相關(guān)技術(shù)對(duì)華受限，自主可控需求高歐美飛行器技術(shù)長期對(duì)華限制出口。長期以來，美國以所謂的“國家安全”“技術(shù)保護(hù)”等借口，對(duì)中國在飛行器及相關(guān)領(lǐng)域?qū)嵤┝艘幌盗谐隹谙拗坪徒睢?020年，美國制定《出口管制條例》（Exportadministrationregulations,EAR），對(duì)美國向中國出口的各類航空器制造組件做出限制，如大型客機(jī)在機(jī)翼、機(jī)身段和安定面的生產(chǎn)過程中需要的零部件和碳纖維復(fù)合材料，均屬于嚴(yán)格管控的材料；以及飛機(jī)維修產(chǎn)業(yè)需要的工具、設(shè)備和零備件等，均落入《出口管制條例》類目。2022年，美國商務(wù)