近年来我国军用无人机系统发展迅猛，尤其在军贸方面，我国已成为世界三大无人机出口国（美国、中国、以色列）之一。动力系统作为无人机的“心脏”，大约占无人机成本的15~20%，其决定无人装备的载荷能力、升限、续航、飞行速度、机动性等总体性能，是最限制无人机装备能力发展的组成部分。编者认为军用无人机在投资方向上符合制造强国的发展需要且在细分领域具有潜在投资价值。
一
无人机发动机的分类及优缺点
1、航空发动机分类：
自1903年莱特兄弟发明的第一架飞机问世至今一百多年来，航空发动机经历了两个主要发展时期，即：
（1）1903年至1945年的活塞式发动机统治时期
（2）1945年至今的喷气式发动机时期
在喷气式发动机时代，航空上广泛应用的是压气机空气喷气式发动机，又称为燃气涡轮发动机。按燃气发生器出口燃气可用能量利用方式的不同，燃气涡轮发动机分为：涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴发动机等。
具体的航空发动机分类及各自主要适用的航空器类型如下图所示：
2、各类发动机在军用无人机中的适用情况
根据《无人机动力技术发展现状与展望》及世界主流军用无人机型总结归纳来看，军用无人机动力装置的现状主要呈现如下几个特点：
活塞式发动机
仍然为无人机动力的首选，当前的应用也最广泛，这主要得益于其油耗低、故障率低、噪声小、重量轻等优点，维护方便以及生产周期短、成本低等诸多优点；
涡喷式发动机
具有推重比和升限高、抗过载和抗进口气流畸变能力强等特点，适用于高空高速场景，如一次性使用的靶机、自杀式无人机或巡飞弹等；
涡扇发动机
具备耗油率低、寿命长、飞行范围、高空特性好等优点，是高空长航时大型无人机的最佳动力选择。
二
国内外军用无人机动力系统现状
1、美军现役无人机及动力系统现状
（1）美军无人机种类、数量全球第一：
根据美国LevitateCapital的报告显示，2013年至2020年年间，美军用于无人系统（包含无人机、车、船等）的采购支出从54亿美元增长至91亿美元，增幅约70%。
美军军用无人机种类齐全，技术先进，用途广泛，主要分为：侦查机（ISR）、察打一体攻击型无人机(CISR)、诱饵无人机和货运机（TPT）等。
数据显示，美军2022年本土及海外各军种部署的中大型无人机共计1107架，其中：侦查机573架，占比52%，机型超过12种；察打一体机506架次，占比46%，是近年来增速最快的机型，主力机型为MQ-9A“死神”和MQ-1C“灰鹰”；运输机28架，主要为陆军物资装备用，占比3%。
图片：MQ-9A“死神”、MQ-1C“灰鹰”
（2）美军无人机适配的发动机分析
为研究美军现役无人机的动力系统适配情况，我们根据公开资料将上表各机型适配的发动机类型逐一列举，并得出下表：
从上表不难看出，在美军现役中大型无人机队列中，活塞发动机（包括汽油和重油）仍为主力动力装置类型，数量占比超过52%；其次为涡桨发动机，该发动机亦为美国主力察打一体无人机MQ-9A“死神”的适配动力装置；另外涡扇发动机占比7%，适配机型主要为重型侦查无人机，包括著名的RQ-4“全球鹰”等。
图片：RQ-4“全球鹰”
2、我国军用无人机及动力系统现状
我国无人机目前已具备自主设计研发低、中、高端无人机的能力。主要以活塞、涡桨和涡轮发动机为主。我国无人机整机制造商主要包括体质内的中航无人机、航天彩虹、航天时代飞鹏等，及民营的星网宇达、纵横股份等。
根据与同业的交流及专家访谈了解到，我国当前军用无人机市场规模大约在100亿左右，其中军贸和国内市场各占约50%。另根据MarketsandMarkets数据，我国军用无人机市场规模2018-2025年复合增长率约为29.7%，假设未来每年无人机市场规模增速为25%，预计我国国内军用无人机市场规模将在2030年达到约300亿元。
在出口方面，突出的性能表现和较为宽松的军贸政策助力多款型号实现大量出口，市场化程度较高。据SIPRI统计，2012至2022年度中国无人机占比达25%，位居世界第二。以“翼龙”和“彩虹”系列型号为代表的我国军用无人机在军贸市场取得良好口碑，市场份额迅速提升。尽管如此，我国军用无人机装备的发展仍待突破。
（1）我国无人机装备与美军相比差距明显，十四五期间有望加速列装
与美国相比，我国无人机谱系仍需完善，我国现役“翼龙”、彩虹系列无人机均属于中高空长航时无人机，“云影”等属于高空高速重型无人机，而在中低空、小型、轻型领域，缺乏代表机型；另外受制于发动机发展水平，我国战略级无人机与美国相比仍有差距。目前我国在美国“全球鹰”系列无人机这一量级上处于空白。
（2）我国中小型无人机发动机逐步突破，高空长航时无人机上存在动力空白
由于我国航空发动机的研制都是紧跟国防建设和战略需求，主要精力都集中在我国主力战机和民航大飞机的配套发动机研制中，对于大型无人机、小型、轻型载人机发动机着力不多，导致大型无人机动力装置研发水平均远逊于国外。
我国目前现役及出口的中大型无人机（如彩虹3、彩虹四、翼龙、北航BZK005等）大部分采用奥地利进口Rotax914型活塞发动机（汽油）。但随着近年来我国对该领域的不断研发，已经有所突破，例如宗申航发、象限动力等均具备了生产类似Rotax914活塞发动机的能力，也逐步实现了部分换装，但国内绝大多数发动机厂均为汽油机产品，不能满足军用重油机的需求。
在高空长航时无人机动力领域，涡扇发动机是最佳的动力选择，而我国目前在该领域仍处于研发阶段，尚未形成突破。
三
无人机动力系统的投资机遇
通过分析美军无人机装备谱系，同时结合我国现在的无人机装备现状和军备策略，我们认为我国在无人机的规划上将以“察打一体无人机”和“战略型高空长航时无人机”为主，而与此相对应的发动机主要集中在大马力活塞发动机（尤其是重油活塞发动机）和涡扇发动机上。
1、重油活塞发动机
20世纪初以来，活塞发动机一直是航空发动机的主力“心脏”，第二次世界大战后，航空发动机进入了燃气涡轮时代。但是，活塞发动机机由于其体积小、重量轻、升功率高、结构简单、操作维护方便以及生产周期短、成本低等诸多优点，而得到中小型无人机及舰载机的青睐。
目前，小型活塞式发动机常以汽油作为燃料。然而，汽油闪点低，易挥发，和空气混合极易爆炸，安全性差，在军用领域受到限制。相比于汽油，航空重油活塞发动机具有明显的优势：①不易爆炸，安全性高；②价格低廉，经济性好；③燃料易得性好，后勤保障简易；④通用性强，应用前景广阔。
美国国防部于1988年便提出战场单一化燃料的原则，基本在美军动力系统方面阻止了汽油动力装置的采购，同时针对下一代的战机和传统无人机开发重油活塞发动机。此外美国发布的《无人机路线图（2005-2030）》中也明确将重油发动机作为无人机技术的重要发展方向。与之对应，我国的舰船通用规范（GJB4000-2000）也明确规定严禁汽油和使用汽油的装备上舰，且各大航线也不配备航空汽油。因此，重油活塞发动机的发展势在必行，存在刚需。
美国换装重油活塞发动机的案例——MQ-1C“灰鹰”
美军现役察打一体无人机MQ-1C“灰鹰”，是美军察打一体式重型无人机之一，2022年在役数量为204架,数量仅次于286架次的MQ-9A“死神”。
MQ-1C“灰鹰”是MQ-1“捕食者”的衍生版本，最大的改进就是动力系统由汽油发动机升级至重油发动机，使得其推力进一步增加，油耗进一步下降。
从下表对比可以看出，换装重油活塞发动机后的MQ-1C“灰鹰”较MQ-1“捕食者”的性能大幅提高，尽管较装配了涡浆发动机的MQ-9A“死神”有一定差距，但在航速、油耗（航程更大）等方面已经具备了优异表现，且MQ-1C“灰鹰”的售价为1000万美元/架，仅为MQ-9A“死神”的1/10。
2、涡扇发动机
相对于活塞发动机所适配的无人机，中低空长航时、航速慢的特点，未来无人机的发展将进一步集成智能化、多任务化。结合美军当前所装备的无人机特点我们可以看到，未来我国无人机也会向中高空长航时、高航速的方向发展，主要机型以察打一体中大型无人机和忠诚僚机为主要配置方向。
从高度与最大速度两个维度来看，未来无人机高空高速的发展或将加大对涡喷发动机和涡轮冲压发动机的需求。随着高度与最大速度的同时提升，适用的发动机依次为：活塞式发动机<涡桨发动机<涡扇发动机<涡扇发动机（带加力燃烧室）<涡喷发动机<涡喷发动机（带加力燃烧室）<涡轮冲压发动机<冲压发动机<火箭发动机。
图：各类发动机耗油率对比各类发动机推动效率对比
综合考虑耗油率与推进效率，涡扇发动机和涡桨发动机各占一席之地。高速区间（0.6-1.2马赫）涡扇发动机最优；低速区间（0-0.4马赫）涡桨发动机和活塞式发动机推进效率最高且耗油率最低，为最优选择。当速度达到0.4-0.6马赫区间时，涡桨发动机和活塞式发动机推进效率递减且耗油率急剧上升，若有进一步提速需求，可考虑以涡扇发动机进行替代。涡喷发动机推进效率最低且耗油率最高。