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第九届丝绸之路国际博览会低空经济展

2025年5月21日-25日 · 西安国际会展中心

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低空经济的核心技术大揭秘

时间:2025-03-18

  来源:低空经济展筹备组

<p style="text-indent: 2em;">在当今经济发展的多元化格局中,低空经济作为新兴的战略性产业,正以其独特的优势和巨大的潜力,成为推动经济增长和科技创新的新引擎。低空经济,是以民用有人驾驶和无人驾驶航空器为主,在距离地面垂直高度1000米或3000米以内的空域(视地区特性和实际需求而定),开展载人、载货及其他作业等多场景低空飞行活动,进而辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">从无人机配送快递,到飞行汽车的设想,再到低空旅游的兴起,低空经济正在逐渐渗透到人们生活的方方面面。而这一切的背后,是一系列核心技术的支撑与驱动,它们共同构建起低空经济发展的坚实基础,引领着低空经济领域不断向前迈进。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">一、飞行控制系统技术:低空飞行的“定海神针”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">飞行安全是低空经济发展的生命线,而飞行控制系统技术则是确保飞行器安全、稳定运行的关键所在,堪称低空飞行的“定海神针”。无论是有人驾驶还是无人驾驶的低空飞行器,一套先进精准的飞行控制系统都是必不可少的。它如同飞行器的“大脑”,全面负责飞行过程中的各种控制指令的发出与执行。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">在实际飞行中,自动驾驶功能让飞行器能够按照预设的航线自动飞行,大大减轻了驾驶员的操作负担,同时也降低了人为操作失误的风险。例如,在物流配送无人机执行任务时,自动驾驶功能可以确保其准确无误地抵达目的地,避免因人为因素导致的配送延误或偏差。精准的姿态调整功能则使飞行器能够在复杂的气流环境中保持稳定的飞行姿态。当遇到强风、气流颠簸等情况时,飞行控制系统能够迅速感知并做出调整,通过调整飞行器的机翼角度、发动机推力等参数,使飞行器始终保持平稳飞行,确保飞行安全。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">智能避障功能更是飞行控制系统技术的一大亮点。低空飞行环境复杂多变,障碍物众多,如建筑物、山峰、高压线等。智能避障系统利用激光雷达、超声波传感器、摄像头等多种传感器,实时感知飞行器周围的环境信息。一旦检测到前方有障碍物,系统会立即计算出最佳的避让路径,并自动控制飞行器进行避让,有效避免了碰撞事故的发生。例如,在城市中进行低空作业的无人机,可能会遇到高楼大厦、电线杆等各种障碍物,智能避障功能能够使其在复杂的城市环境中安全飞行,顺利完成任务。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">飞行控制系统技术的发展,不仅提高了飞行器的安全性和可靠性,还为低空经济的广泛应用奠定了坚实基础。从农业植保无人机在农田中的精准作业,到消防救援无人机在火灾现场的高效救援,再到测绘无人机对地形地貌的精确测绘,飞行控制系统技术都发挥着至关重要的作用,推动着低空经济在各个领域的深入发展。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">二、通信导航技术:飞行器的“指南针”与“顺风耳”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">在低空复杂多变的环境下,飞行器时刻需要精准的“方向指引”与稳定的通信链路,通信导航技术就如同飞行器的“指南针”与“顺风耳”,为飞行安全与任务执行提供关键支撑。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">卫星通信、地面基站组网等多模式通信方式共同构建起空地实时联络的桥梁。卫星通信具有覆盖范围广、不受地理条件限制的优势,即使在偏远地区或海洋上空,飞行器也能通过卫星与地面控制中心保持通信。例如,在进行海上石油平台巡检时,无人机可以利用卫星通信将采集到的图像和数据实时传输回陆地控制中心,以便技术人员及时了解平台的运行状况。而地面基站组网则在城市等人口密集区域提供了更为稳定、高速的通信服务。在城市物流配送中,无人机可以通过地面基站与配送中心进行通信,接收配送任务和实时调整飞行路线,确保货物能够及时、准确地送达客户手中。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">高精度导航定位系统是通信导航技术的核心组成部分。以北斗低空增强系统为例,其精度能够达到亚米级,这意味着飞行器可以精确知晓自己的位置信息,误差极小。在低空飞行中,精确的定位至关重要,它可以帮助飞行器严格按照预定航线飞行,避免迷失方向或偏离航线。在航空摄影测量中,高精度的导航定位系统能够确保无人机在拍摄过程中准确地定位到目标区域,获取高质量的影像数据,为城市规划、土地测绘等提供精准的数据支持。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">通信导航技术的不断发展和完善,使得飞行器在低空飞行中能够实现更加高效、安全的通信和导航。它不仅提高了飞行器的运行效率和可靠性,还为低空经济的创新应用提供了更多可能性,如实时远程监控、无人机编队飞行表演等,进一步拓展了低空经济的发展空间。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">三、探测感知技术:飞行器的“火眼金睛”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">低空飞行面临诸多未知风险,探测感知技术就如同飞行器的“火眼金睛”,帮助飞行器提前发现潜在危险,实时监测气象变化,为飞行决策提供一手信息,有效保障飞行安全。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">雷达、光电设备、声波探测器等多种探测设备协同运作,共同构建起飞行器的探测感知体系。雷达通过发射电磁波并接收反射波,能够远距离探测到障碍物的位置、速度和形状等信息。在大雾、黑夜等恶劣天气条件下,雷达的优势尤为明显,它可以帮助飞行器在能见度极低的情况下及时发现障碍物,避免碰撞事故。光电设备,如红外摄像机、高清摄像头等,则利用光学原理对周围环境进行成像和监测。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">红外摄像机可以检测到物体发出的红外辐射,从而在夜间或恶劣天气中发现目标物体,对于监测森林火灾、野生动物活动等具有重要作用。高清摄像头则能够提供清晰的图像信息,用于识别地面标志、建筑物等,为飞行器的导航和任务执行提供直观的视觉依据。声波探测器则可以通过接收声波信号来感知周围环境中的物体,如鸟类、无人机等,对于避免飞行器与鸟类碰撞等事故具有重要意义。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">探测感知技术还能够实时监测气象变化,为飞行器提供气象信息。气象条件对低空飞行的影响极大,强风、暴雨、雷电等恶劣天气都可能对飞行器的安全造成威胁。通过搭载气象传感器,飞行器可以实时获取飞行区域的气温、气压、湿度、风速、风向等气象数据,并将这些数据传输给地面控制中心或飞行员。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">地面控制中心或飞行员根据气象数据,及时调整飞行计划,如改变飞行高度、航线等,以避开恶劣天气区域,确保飞行安全。例如,在进行农业植保作业时,无人机可以根据气象数据选择合适的作业时间和作业方式,避免在大风天气下进行农药喷洒,以免造成农药漂移和浪费,同时也保障了作业人员的安全。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">探测感知技术的不断进步,使得飞行器对周围环境的感知能力越来越强,能够更加及时、准确地发现潜在风险,并做出相应的应对措施。它为低空经济的发展提供了更加可靠的安全保障,推动着低空经济在更多领域的应用和发展。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">四、起降技术:拓展低空飞行的“钥匙”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">便捷、通用的起降方式是拓展低空飞行器应用范围与场景的“钥匙”,它使得飞行器摆脱了对传统大型机场跑道的依赖,能够在更广泛的区域内灵活起降,为低空经济的发展注入了新的活力。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">垂直起降和短距起降技术是当前起降技术的重要发展方向。垂直起降技术使飞行器能够像直升机一样,在原地直接起飞和降落,无需跑道。这种技术的应用,使得飞行器可以在楼顶、操场、临时停机坪等狭小空间内起降,大大提高了飞行器的机动性和灵活性。例如,在城市救援中,垂直起降无人机可以迅速抵达事故现场,进行物资运输和救援勘察等工作,为救援行动争取宝贵时间。短距起降技术则使飞行器在较短的跑道上就能完成起飞和降落,降低了对机场设施的要求。一些小型固定翼飞机采用短距起降技术后,可以在一些简易的机场或临时跑道上运行,拓展了其运营范围,使其能够服务于更多偏远地区。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">起降技术的发展,不仅降低了低空飞行器的运营成本,还使得低空作业能够深入城市、偏远山区等更广泛区域,快速响应各种任务需求。在物流配送领域,垂直起降无人机可以直接在城市中的配送点起降,实现货物的“最后一公里”配送,提高了配送效率。在偏远山区,短距起降飞机可以为当地居民提供物资运输、医疗救援等服务,改善了偏远地区的交通和生活条件。此外,起降技术的进步还促进了低空旅游、低空摄影等产业的发展,游客可以在风景优美的地方乘坐直升机或小型飞机进行低空观光,欣赏独特的自然风光。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">起降技术的不断创新和完善,为低空经济的发展开辟了更广阔的空间,使得低空飞行器能够更好地满足不同场景下的应用需求,推动低空经济在各个领域的深度融合和发展。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">五、飞行器设计制造技术:低空经济的“基石”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">设计制造出性能卓越、适配低空任务的飞行器是低空经济发展的基石。飞行器设计制造技术涵盖了多个方面,包括空气动力学、材料科学、结构设计等,这些技术的综合应用,决定了飞行器的性能和质量。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">依据空气动力学原理优化外形结构是飞行器设计的关键环节。通过对飞行器的机翼形状、机身外形等进行精心设计,使其在飞行过程中能够产生良好的升力,减少空气阻力,提高飞行效率。例如,采用流线型的机身设计可以降低空气阻力,使飞行器在飞行时更加流畅,减少能量消耗;优化机翼的翼型和展弦比,可以提高机翼的升力系数,使飞行器能够在更低的速度下保持飞行,同时也提高了飞行器的操控性能。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">采用新型材料实现轻量化与高强度结合是飞行器制造技术的重要发展方向。传统的金属材料在满足飞行器强度要求的同时,往往重量较大,影响了飞行器的续航能力和载荷能力。而碳纤维、钛合金等新型材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀等优点,逐渐成为飞行器制造的首选材料。例如,碳纤维复合材料的密度比金属材料低很多,但强度却很高,用其制造的飞行器部件可以大大减轻机身重量,提高飞行器的续航能力和载荷能力。同时,新型材料的应用还可以提高飞行器的耐腐蚀性和抗疲劳性能,延长飞行器的使用寿命。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">在实际应用中,不同类型的低空飞行器根据其任务需求,在设计制造上各有侧重。例如,用于农业植保的无人机,需要具备良好的低空稳定性和操控性,能够在农田中灵活飞行,同时还需要搭载大容量的农药喷洒设备,因此在设计上要注重机身的结构强度和设备的搭载空间。而用于物流配送的无人机,则需要具备较大的载荷能力和较长的续航能力,以满足货物运输的需求,在设计上要优化电池和动力系统,提高能源利用效率。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">飞行器设计制造技术的不断进步,推动了低空飞行器性能的不断提升,使其能够更好地适应各种复杂的低空飞行环境和任务需求。它为低空经济的多元化发展提供了坚实的物质基础,促进了低空经济在各个领域的广泛应用和发展。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">六、能源动力技术:低空飞行的“动力源泉”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">能源动力技术是决定低空飞行器续航能力与运营效率的关键因素,堪称低空飞行的“动力源泉”。随着低空经济的快速发展,对飞行器能源动力技术的要求也越来越高。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">传统的燃油发动机在低空飞行器中仍有广泛应用,通过不断改良,其燃油经济性得到了显著提升。例如,采用先进的燃油喷射技术和燃烧控制系统,可以使燃油在发动机内更加充分地燃烧,提高燃油利用率,减少燃油消耗和尾气排放。同时,对发动机的结构进行优化,减轻发动机的重量,也有助于提高飞行器的整体性能。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">然而,为了满足日益增长的环保和续航需求,新能源在低空飞行器中的应用也越来越受到关注。锂电池以其能量密度高、充电速度快、无污染等优点,成为小型无人机的主要动力源。在一些小型的物流配送无人机和航拍无人机中,锂电池的应用使得飞行器能够实现较长时间的飞行,并且操作方便,维护成本低。氢燃料电池作为一种更具潜力的新能源,也在逐渐应用于低空飞行器领域。氢燃料电池具有能量转换效率高、续航里程长、零排放等优点,尤其适合用于对续航能力要求较高的大型无人机或电动垂直起降飞行器(eVTOL)。例如,一些用于长距离巡检和物流运输的无人机,采用氢燃料电池作为动力源后,其续航里程可以大幅提升,能够满足更复杂的任务需求。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">此外,能源管理系统也是能源动力技术的重要组成部分。它能够实时监测飞行器的能源消耗情况,根据飞行任务和飞行状态,智能地调整能源分配,优化飞行器的动力输出,从而提高能源利用效率,延长飞行器的续航时间。例如,在无人机进行巡航飞行时,能源管理系统可以降低发动机的功率,减少能源消耗;在无人机需要加速或爬升时,系统则会及时增加能源供应,确保飞行器能够顺利完成任务。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">能源动力技术的不断创新和发展,为低空飞行器提供了更加强劲、高效、环保的动力支持。它不仅提高了飞行器的运营效率和经济效益,还推动了低空经济向绿色、可持续的方向发展,为低空经济的长远发展奠定了坚实的能源基础。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">七、空中交通管理技术:低空经济的“空中交警”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">随着低空经济的繁荣发展,飞行器数量不断增多,构建科学合理的低空飞行管理系统迫在眉睫,空中交通管理技术就如同“空中交警”,负责维护低空飞行秩序,保障飞行安全。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">合理规划航线是空中交通管理的重要任务之一。通过对低空飞行需求的分析和评估,结合地形、气象等因素,为不同类型的飞行器规划出安全、高效的飞行路线。例如,在城市区域,要考虑到建筑物的分布和人口密集程度,合理规划无人机的飞行航线,避免对居民生活造成干扰。同时,还要确保不同飞行器的航线之间保持足够的安全间隔,防止发生碰撞事故。在一些繁忙的低空飞行区域,如旅游景区、物流配送集中区等,通过科学规划航线,可以实现飞行器的有序飞行,提高空域利用率。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">精准调配飞行流量是空中交通管理的关键环节。当多个飞行器在同一空域内飞行时,空中交通管理系统需要实时监测飞行器的位置、速度和飞行状态等信息,根据飞行计划和空域容量,合理安排飞行器的起降顺序和飞行间隔,确保飞行流量的均衡和顺畅。例如,在无人机物流配送高峰时段,空中交通管理系统可以根据各个配送点的需求和无人机的位置,合理调配无人机的飞行路径和时间,避免出现拥堵现象,提高配送效率。同时,当遇到突发情况,如恶劣天气或飞行器故障时,系统能够及时调整飞行计划,指挥飞行器采取相应的应对措施,确保飞行安全。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">空中交通管理技术还包括对飞行器的实时监控和通信指挥。通过雷达、卫星定位等技术手段,对飞行器进行全方位的实时监控,及时掌握飞行器的飞行轨迹和状态。一旦发现异常情况,如飞行器偏离预定航线、飞行速度异常等,空中交通管理部门可以立即通过通信系统与飞行器驾驶员或操控者取得联系,发出指令,指导其进行调整和处置。例如,在无人机飞行过程中,如果发现其信号丢失或出现故障,空中交通管理部门可以通过备用通信链路与无人机取得联系,尝试控制其降落或采取其他安全措施,避免发生事故。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">空中交通管理技术的完善和发展,为低空经济的规模化发展提供了有力保障。它使得低空飞行更加有序、安全,提高了空域资源的利用效率,促进了低空经济各产业之间的协同发展。随着低空经济的不断壮大,空中交通管理技术也将不断创新和升级,以适应日益增长的低空飞行需求。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">八、材料技术:助力低空飞行器性能提升的“幕后英雄”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">材料技术在低空飞行器的发展中扮演着至关重要的角色,是助力低空飞行器性能提升的“幕后英雄”。先进材料的应用,不仅能够实现飞行器的轻量化与高强度,还能提高其耐腐蚀性、耐高温性等性能,为低空经济的发展提供了坚实的物质基础。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">碳纤维、钛合金等复合材料是目前低空飞行器中广泛应用的先进材料。碳纤维具有高强度、低密度、耐腐蚀等优点,其强度比钢铁还要高,但重量却只有钢铁的四分之一左右。在飞行器制造中,使用碳纤维复合材料可以大大减轻机身重量,降低飞行能耗,提高飞行器的续航能力和载荷能力。例如,在一些高端的航拍无人机中,机身和机翼大量采用碳纤维复合材料制造,使得无人机在保证结构强度的同时,能够更加轻盈灵活地飞行,拍摄出更加稳定、清晰的画面。钛合金则具有良好的耐高温、耐腐蚀和高强度性能,适用于制造飞行器的发动机部件、起落架等关键部位。在高温环境下,钛合金能够保持良好的机械性能,确保发动机的正常运行;在恶劣的气候条件下,钛合金的耐腐蚀性能可以延长飞行器部件的使用寿命,减少维护成本。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">除了碳纤维和钛合金,一些新型的智能材料也在逐渐应用于低空飞行器领域。例如,形状记忆合金可以在温度变化或外力作用下恢复到原来的形状,这种特性使其在飞行器的结构控制和自适应调节方面具有潜在的应用价值。在飞行器的机翼设计中,可以采用形状记忆合金制作机翼的某些部件,当飞行器在不同的飞行状态下,通过改变温度或施加外力,使形状记忆合金部件发生变形,从而调整机翼的形状和气动性能,提高飞行器的飞行效率和稳定性。还有一些具有自修复功能的材料,能够在受到损伤时自动修复,这对于提高飞行器的安全性和可靠性具有重要意义。例如,在飞行器的蒙皮材料中加入自修复材料,当蒙皮受到微小损伤时,材料能够自动填充裂缝,防止损伤进一步扩大,确保飞行器的结构完整性。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">材料技术的不断进步,为低空飞行器的设计和制造带来了更多的可能性。它不仅推动了飞行器性能的提升,还促进了飞行器设计理念的创新和变革。随着新型材料的不断涌现和应用,低空飞行器将在性能、可靠性、安全性等方面实现更大的突破,为低空经济的发展注入新的活力。</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">九、大数据与人工智能技术:低空经济的“智慧大脑”</p><p><br/></p><p style="text-indent: 2em;">在数字化时代,大数据与人工智能技术正逐渐渗透到低空经济的各个领域,成为推动低空经济智能化发展的“智慧大脑”。基于海量低空飞行数据的挖掘分析,大数据与人工智能技术能够实现飞行计划智能优化、设备故障提前预测、目标智能识别等功能,极大地提升了低空经济的运营智能化水平</p><p><br/></p>
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