在军事领域，无人机等无人作战系统已对现代战争模式产生了深远影响，引领了军事技术革命的崭新篇章，成为各国军事科技强国竞相争夺的战略高地；而在民用领域，无人机已广泛应用于各行各业，正站在大规模行业应用和产业化的门槛上，有望成为航空工业中最具潜力的增长点。无人机的核心部件，即动力系统，其选择对无人机整体性能的影响极大。
无人机动力的分类
无人机市场广阔，产品类型繁多，同时尚有许多新兴领域等待拓展，因此对动力系统的需求呈现出多样化的特点。动力系统根据其类型，可以划分为汽油活塞式、重油活塞式、涡扇式、涡喷式、涡轴式、涡桨式等多种类型；而根据推力或功率的不同，又可以细分为小推力或功率的发动机，例如50千牛/1000千瓦级别。
活塞发动机
国内绝大多数无人机都配备了活塞式引擎。这种引擎作为无人机最初且应用最广泛的动力源，技术已经相当成熟。由于其经济实惠且性能稳定，活塞发动机在中低速及长续航时间的无人机领域始终保持着主导地位。根据不同机型的使用，活塞发动机的功率范围从几千瓦至超过300kW，而其适用的飞行速度通常不会超过每小时300公里，飞行高度上限通常也不到8000米。例如，美军RQ-1“捕食者”无人机所搭载的是罗塔克斯（Rotax）914型号的涡轮增压汽油活塞发动机，该发动机的功率达到了78kW。
与汽油活塞发动机相比，重油活塞发动机展现出更优的燃油经济性以及燃料的安全性和获取便捷性，因此在长航时无人机和舰载无人机等领域，其受到的关注度与日俱增，需求也日益旺盛。
涡轴/涡桨发动机
与活塞发动机相比，涡轴发动机在输出动力方面同样以功率形式展现，它具备诸多优势，如功重比高、结构紧密、振动微弱、高原性能优越、燃料适应性强、维护方便等。因此，涡轴发动机得以取代活塞发动机，成为直升机的主要动力源。目前，全球范围内，所有起飞重量超过1.5吨的直升机普遍使用涡轴发动机作为其主要动力源。对于起飞重量介于0.7至1.5吨之间的直升机，超过一半的型号同样选择了涡轴发动机。即便是起飞重量在0.7吨以下的直升机，在不同应用场合下，涡轴发动机也是其动力配置之一。美军配备的RQ-8B“火力侦察兵”型无人直升机（其最大起飞重量为1.4吨）搭载了罗罗公司的RR-250-C20W涡轴发动机，该发动机的最大功率可达313千瓦；而加拿大的CL327无人直升机（最大起飞重量为0.35吨）则装备了威廉姆斯WTS-125涡轴发动机，其最大功率为92千瓦。
涡桨发动机同样享有这些优势，因此在中大型固定翼无人机领域得到了广泛的应用。例如，“捕食者”B无人机就配备了霍尼韦尔公司生产的700 kW级TPE331-10T涡桨发动机。
涡喷发动机
涡喷发动机以其结构紧凑、重量轻盈、体积小巧、推重比高、反应迅速以及相较于涡扇发动机更低的成本等显著优势，使得飞行器能够达到高速飞行。在执行高空高速任务时，无人机通常会将涡喷发动机作为首选动力装置。以美军BQM-34A“火蜂”无人机为例，它搭载了特里达因公司的J69-T-29A涡喷发动机，该发动机的推力达到了7.6千牛。
尽管涡喷发动机因燃油消耗量大，在推力超过2 kN及长距离航行的场合已被涡扇发动机取代，然而，在小推力领域，特别是在靶机、靶弹等特定应用中，涡喷发动机依然占据着不可替代的重要位置。
涡扇发动机
涡扇发动机以其低耗油率、长使用寿命以及易于系列化生产的特性而受到青睐，其性能在质量与推力等级上与无人机需求高度契合，因而成为无人机动力系统的理想选择。目前，这类发动机主要服务于高空长时间飞行的无人机以及亚音速远程巡航导弹的动力供应。美国的X-47B舰载无人战斗机搭载了普惠公司的F100-220U涡扇发动机，其最大推力可达64.9 kN；RQ-4“全球鹰”无人机则采用了罗罗公司的AE3007H涡扇发动机，其最大推力为32 kN；RQ-3“暗星”无人机装备了威廉姆斯公司的FJ-44-1A涡扇发动机，最大推力为8.6 kN；而美国的“战斧”式巡航导弹则使用了威廉姆斯公司的F107涡扇发动机，其推力为2.6 kN。观察发现，装备涡扇发动机的无人机普遍达到国际顶尖无人机的标准，其飞行高度通常介于一万至两万米之间，且最大飞行速度马赫数可高达0.85。
转子发动机
转子发动机，亦称万克尔发动机，属于一种无活塞的回旋式动力装置。其核心构造为一个椭圆形的腔室，其中安置了一个勒洛三角形形状的转子。这个转子的三个侧面将椭圆形的腔室分隔成了三个独立的燃烧室。转子运行时存在偏心现象，导致分隔开的各个燃烧室在运动中体积持续变化，而这种发动机正是通过密闭空间体积的变化特性，实现了吸气、压缩、点火和排气等四个工作循环。转子发动机因其独特的结构特性，展现出结构简洁、功率重量比高、振动和噪音较低等优势，因而非常适合用作小型无人机的动力源。Austro发动机公司所研发的AE50R转子发动机，功率达到41 kW，已于2011年成功获得欧洲航空安全局（EASA）的适航认证，并且该发动机已被西贝尔公司S-100无人直升机所采用。
Austro发动机公司研发的 AE50R转子发动机
S-100无人直升机
电动机
微小型无人机（质量
然而，鉴于当前电池的能量储存能力较低，以电池作为驱动电动机的动力来源，无法确保无人机实现超过一小时的持续飞行，这显著制约了其应用范围。
其他新概念发动机
无人机的运用因缺乏对人类生命安全的限制而得以广泛拓展，尤其在超负荷承载、超长飞行时间、超音速飞行等非传统有人机应用场景中，其表现将尤为出色。因此，各国在推进传统航空发动机技术发展的同时，正积极研究适应未来无人机使用的新型发动机设计，这包括为未来超音速飞行器和空天飞机等特定应用研发的超燃冲压发动机、脉冲爆震发动机、涡轮基组合发动机以及火箭基组合发动机等；此外，还有针对未来全电和多电飞机开发的混合动力系统以及核动力发动机等。赛峰公司已于2017年公布其航空电推进技术的规划蓝图，并在2018年成功实施了分布式混合电推进系统的地面测试。
中国无人机动力的现状
我国发动机型号的研发始终紧密围绕国防建设的战略目标，将绝大多数资源集中用于主力战机的配套发动机研发，目前大多数发动机均是为有人驾驶飞机所配套设计的。无人机近年来发展势头强劲，然而，其动力需求与有人驾驶飞机存在差异，这一特点导致我国无人机动力技术的发展相较于无人机系统整体发展明显滞后，进而开始对无人机的发展进程产生制约作用。
中小型无人机无中国“心”可用
活塞式发动机主要应用于中小型、中低空、低速的无人机领域，然而，我国航空发动机产业长期处于较为落后的状态，其性能与国外同类产品相比存在较大差距，并且，在众多功率级别的型号中，仍有许多尚处于空白阶段。国内无人机生产企业被迫采购海外厂商的成熟产品，这导致诸如奥地利罗塔克斯（Rotax）公司、美国莱康明（Lycoming）公司等海外活塞发动机制造商，在国内航空活塞发动机市场占据了主导地位。此外，对于那些在燃油性能和高原性能方面更为卓越的重油活塞发动机，海外厂商甚至明确禁止其在国内无人机动力系统中的应用。
燃气涡轮发动机凭借其固有优势，在中小型无人机动力领域扮演着关键角色。国内市场在长寿命小型涡轮燃气发动机这一领域，尤其是300kW以下的小型涡轴/涡桨发动机以及2～10 kN推力的小型涡扇发动机等方面，尚处于一片空白。这一现状使得众多正在研发中的无人机系统，包括1t级的无人直升机和1t级的高速固定翼无人机等，难以找到可靠的国产动力支持。
高空长航时无人机动力空白
在超过一万米的高空环境中，活塞式发动机的效能显著下降，即便配备涡轮增压系统，也无法达到所需的使用标准；同时，螺旋桨的推进效果也会显著减弱。鉴于此，必须选用增压比高、性能优异的涡轮燃气发动机。此外，涡喷发动机的燃油消耗率相对较高。因此，对于高空长时间飞行的无人机而言，涡扇发动机无疑是最佳的动力解决方案。
我国尚未拥有符合要求的涡扇发动机，这一现状导致我国先进的高性能无人机在发动机选择上遭遇困境。尽管已有多个机构致力于高空长航时无人机的研发，然而，动力系统的挑选却成为了制约研发进程的关键因素。
中国航发在无人机动力领域有待进一步发力
中国航发作为我国航空发动机产业的代表和领军企业，始终紧密围绕国家战略需求展开工作。在2018年的中国航展上，参展的型号包括独立展示和伴随飞机展示的共计13种，这些型号涵盖了涡扇、涡轴、涡桨、涡喷等四大类发动机。AEF50E涡扇发动机、AEP50E涡桨发动机、AEF20E涡喷发动机这三种发动机，专为无人机设计，它们的目标是填补我国在无人机动力方面的迫切需求。
系统外资本大举进入发动机产业
在活塞发动机领域，受到国内通用航空业和无人机产业蓬勃发展的推动，众多民营企业纷纷投身于航空活塞发动机的生产与研发。安徽航瑞动力与重庆宗申航发等企业坚定地选择了自主研发的道路，与此同时，武汉文发航空、隆鑫通用、芜湖钻石航发、山河航空动力、厦门林巴赫航发等公司则采取了收购海外成熟发动机企业或组建中外合资企业的策略，以进入航空发动机行业。近期，宗申航发的C115发动机已成功应用于“彩虹”3无人机，同时，该发动机的小规模生产和销售也已展开。
在2018年中国航展展出的AEF50E涡扇发动机
在2018年中国航展展出的AEP50E涡扇发动机
在涡轮燃气发动机领域，鉴于国内高端无人机对动力性能的迫切需求，以及国内通用航空未来发展的乐观前景，除了中国航发之外，众多单位纷纷投身其中，有的通过资本与科研机构的合作，有的通过引进国外先进技术，还有的依托自身研发实力，共同拓展这一市场。中国科学院工程热物理研究所携手陕西炼石有色资源股份有限公司，共同致力于研发7.5 kN推力的涡扇发动机，此外，他们还着手于4 kN和10 kN推力级的小型涡扇发动机的研发工作；北京航空航天大学与泸州市政府合作成立了泸州研究院，目前正着力研发100kW级的涡轴发动机，目标是打造国内中小型航空发动机的生产研发基地；安徽应流航空与德国SBM涡轮公司合作，成功开发了97kW和120kW两种型号的涡轴发动机，并为其配备了自行研发的有人和无人直升机；华擎航发正在独立研发5kN级的涡扇发动机；上海尚实能源正在独立研发500 kW的辅助动力装置（APU）以及600 kW级的涡桨发动机；与此同时，越来越多的民营企业，例如德阳钰鑫机械、威斯德姆（Wisdom）涡轮、贵州黎阳天翔、新奥动力等，在地面燃气轮机领域积累了经验之后，也纷纷尝试涉足航空发动机领域。
小型涡喷发动机发展迅猛
军民融合战略的深入推进和军队实战化训练的不断完善，促使一次性靶机和靶弹市场对民营企业的开放程度不断提升。在此背景下，北京金鹏达航空、绵阳富莱特航空、中天泽智能装备等国内多家民营企业纷纷着手研发高速靶机产品。与此同时，对这些产品配套的小型涡喷发动机的需求也呈现出爆发式增长。中国人民解放军总参谋部第六十研究所凭借其传统优势，占据一席之地。与此同时，北京中科岱宗航空、北航泸州研究院、北京驰宇空天技术、常州环能涡轮动力、上海南迅航空科技以及雷霆涡喷等新兴力量，亦在积极研发各自的小型涡喷发动机产品。
除此之外，我国高端航模领域对微型涡喷发动机的需求呈现出迅猛增长的趋势。保定玄云涡喷动力、中动航空科技、雷虎飞行器集团等国内民营企业凭借对市场需求的敏锐洞察，成功研发了一系列适用于航模飞机的小型涡喷发动机以及小型涡轴发动机，有效满足了航模爱好者的需求。
中国无人机动力的发展方向
补足短板，完善现有发动机谱系
在巩固传统领域技术基础的同时，诸如大推力高推重比涡扇发动机、大推力高涵道比商用涡扇发动机、中大功率涡轴发动机等，我们不仅要努力缩小与国际先进水平的差距，满足国家当前的战略需求，并助力未来大型空中无人平台的发展，还应当重视我国目前及未来中小型空中无人平台对动力装置的强烈需求。为此，我们需提供多样化的选择，丰富我国航空发动机的型号系列，包括但不限于：功率不超过300kW的活塞发动机，适用于低空低速无人机；功率不超过600kW的涡轴发动机，适用于旋翼无人机；推力在0.4～2 kN范围内的涡喷发动机，可用于靶机、靶弹、高速无人机；推力在2～50 kN范围内的涡扇发动机，以满足中高端无人机平台多样化的动力需求。
布局未来，加强技术储备
需着眼于未来，秉持动力驱动的发展理念，主动推进无人机动力系统的预先探索与自主研发，从而为满足无人机未来发展趋势奠定坚实的学术和实践基础。
军民融合，发挥各自优势
活塞发动机因其与通用航空发动机的广泛兼容性，应当充分利用其在通用航空市场发展中的推动力，激发民营资本的主动性和机动性，同时降低研发投入，缩短研发时间，实现民用与军事的相互促进和相互支持。
针对那些技术要求不高、具有明显通用航空特点、生产难度较小的短寿命涡喷发动机、小推力涡扇发动机以及小功率涡轴发动机等，我们应当充分利用市场潜力，整合资源，鼓励民营资本发挥其独特优势，调整和优化产业布局，共同推动该产业的稳健与迅速成长。
对于我国在研制中大推力涡扇发动机、中大功率涡轴/涡桨发动机等高技术含量、制造难度极高的项目，理应充分利用央企“集中力量办大事”的制度优势，集中优势资源，力争早日突破技术瓶颈。
结束语
我国无人机动力领域存在诸多不足，与先进水平相比存在较大差距。若要实现飞跃式进步，我们需正视现状，明确自身不足；然而，更重要的是提振信心，汇聚全国智慧，齐心协力，一步一个脚印。在现有技术基础上，我们需认真总结经验，精心优化方案。肩负起推动无人机动力装置超越和引领时代的历史使命，虽然道路崎岖，但坚定前行终将成功。
王士奇，任职于中国航发研究院，担任工程师一职，专注于航空发动机的整体性能研究工作。
