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中航智的无人机革命

出处:特刊 作者:记者 肖涌刚 网编:王巍 2018-08-06

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无人直升机试飞前,中航智工作人员正在做相关调试。这是无人机研发的关键步骤。从最初的2分钟,到最长连续飞行六七个小时,整个研发过程下来,样机的试飞时间需要达到2000个小时。 

在无人机江湖,最鲜为人知者,当数无人直升机。以载荷、续航时间、飞行速度、抗风性能等硬指标见长的无人直升机是该领域的巅峰,因工艺复杂、技术门槛高令众多企业望而却步。长期以来,无人直升机是老军工和科研院所的地盘。2012年,这一格局被一位闯入者——北京中航智科技有限公司打破。

这家公司背后是一个“80后”创业团队,从2002年研究H∞算法,到推出一款香烟盒大小的飞控系统,再到制成载荷达350公斤乃至3吨的无人直升机,创始人田刚印和他的团队用十年打磨出一柄重剑。

彼时,刚迈入而立之年的田刚印蓄势待发,持着自主研发核心技术,中航智迎来无人直升机的蓝海时代。

诱惑

对无人机行业而言,2012年无疑是一个分水岭。此前,除去军用、植保等领域,对消费者而言,无人机还只是航模爱好者等小众群体的高级玩具。此前,法国Parrot公司发布首款四旋翼无人机,刚刚拉开消费级无人机市场序幕。

而就在这一年,创立六年的大疆推出了第一代飞控系统“悟空”,年末,具有里程碑意义的航拍一体无人机“精灵一代”问世,彻底释放消费级无人机发展潜力。随后数年,研发、制造企业如雨后春笋般冒出,消费级无人机成为风投资本竞相涌入的新风口。

彼时,在北京中关村的一个小工作室里,一家名为拓云海(中航智前身)的民营企业却将目光投向了无人机研制的另一个方向——百公斤级无人直升机。这家做飞控系统起家的企业正在期待新产品的诞生。在过去的两年时间里,田刚印和他的团队几乎花光了所有家底,换来了国际上第一台电控共轴无人直升机TD220的诞生。

首飞成功的TD220是一架身长1.5米、重290公斤的“庞然大物”。而实际上,市场中同等重量的无人机身长都在5米以上,这一体型已经较同类产品缩小一半多。它有两个共轴的螺旋桨,没有尾翼,零件少,占地面积小,甚至可以放进汽车后备厢。

以TD220为基础,2012年11月6日,田刚印、满意、王俊、龚晓雷四人小团队,在北京亦庄注册成立北京中航智科技有限公司。

在2013年北京科博会上,TD220引起了军方的浓厚兴趣。并在几个月后的打靶试验,打出三发三中的优异成绩,使无人直升机具备了军方立项条件。此后,为准备军品竞标,中航智回绝了所有民品订单,按照标书要求短时间内重新设计制造了5架竞标飞机,并在戈壁滩上试飞半年多。终于,TD220在军方的公开竞标中脱颖而出,成为中国第一款军用无人直升机。中航智也从老军工和科研院所组成的“国”字号方阵中突围而出,成为第一个民营性质的飞行器总体总师单位。

TD220问世时,由于资金紧缺,中航智曾携产品参加新加坡航展,试图赢得订单。展会上,新加坡主权基金淡马锡开出了35亿-37亿元人民币的价码,但要求中航智迁至新加坡。田刚印婉言拒绝,“不是没有动心,而是一旦走出国门,企业就不再属于中国了”。

闯关

2018年7月25日,坐在北京经济技术开发区的办公室里,田刚印对北京商报记者谈及创业往事,眼中依然可见少年般的赤诚。在他的书架和办公桌上,最多的还是《直升机原理》等专业书籍。

颇令人感到意外的是,在回忆2012年目睹第一架直升机首飞时,田刚印说道,并没有其他人想的那么兴奋,激动是有的,但更多的是一种水到渠成的感觉。在他看来,在直升机起飞那一刻,心里已经有了足够的信心。

底气来自于长达十年的积累打磨,不断克服困难、解决问题的缠斗过程。

技术是初创企业的基础。2002年,田刚印误打误撞选择了颇为新兴的H∞算法作为研究切入口,在此基础上,经过随后几年的试验和工作,田刚印成功研制出了一套性能优异的飞控系统,并获得市场欢迎。然而,从单一系统到整机研发,需要跨越的不仅仅是一个技术门槛,动力、传动等等一系列技术难题都必须一一攻克。而在直升机领域,尤为突出的便是整机架构的选择。

当时国内的民用无人机以进口、仿制为主。田刚印和他的团队决定自主设计全新的无人机。研制之前,他们把国际上所有样式的无人机都研究了一遍,光是打印出来的专利资料,就装了满满三个大纸箱子。不过,无人机的研制历史已经有百年,国外把该申请的专利都申请了,想绕开的可能性微乎其微。田刚印介绍道:“传统的无人机几乎都是一个旋翼加一个尾桨,我们只能另辟蹊径,做没有尾翼、一个轴上装两个旋翼的共轴无人机。”

俄罗斯在共轴双旋翼方面技术功底深厚,卡莫夫系列直升机几乎都是这种结构布局。不过,“俄罗斯无人机的缺点是零件太多、机械过于复杂。飞机行业有个说法:一个零件要不出问题,唯一的方法就是不用它。而我们的优势刚好是电子飞控器,如果把机械的东西用电子方式代替,既减少了零件数量,也减少了专利碰撞”。

经过近2000次的反复修改论证后,田刚印的团队终于确定了以“电控共轴”为核心的整机研制方案,2012年第一台电控共轴无人直升机首飞成功,比俄罗斯卡莫夫系列的零件减少了一半多,可靠性也因此提高了一倍。2015年,方案中的关键技术获得国家发明专利,并在美国、加拿大等国同时获得了专利。

进阶

无人机确实火了,它已经成为每个人生活中不陌生的词汇。然而,火热的无人机可能并不是一门好做的生意。

半年前,无人机送货还只是个“秀”。现在,京东、苏宁、顺丰已在江苏、陕西、安徽、贵州等地开辟了定期航线。全国至少有20万-30万架无人机在从事各种飞行活动。目前,全国一共有400多家无人机公司,而这个数字在四年前,还只是个位数。这是两年前中国航空器拥有者及驾驶员协会(AOPA)执行秘书长、无人机管理办公室主任柯玉宝接受媒体访问时给出的数字。

单点技术难以突破,工业制造已经成熟。短期内无人机企业大多看重的是供应链整合、营销;但长远来看,还是技术为王。一旦技术迭代,硬件软件成本下降,那些缺乏技术的低端无人机的价格优势就会进一步消失。销量困境下的低技术企业,或许将遭淘汰出局。

得益于整机研发拥有了核心技术,中航智对未来少了几分焦虑,多了几分沉稳。在去年珠海航展上,中航智首次推出了T333共轴双旋翼无人直升机,首次将无轴承式四代旋翼应用在共轴双旋翼无人直升机上,大幅减少了机械零部件,提高了系统的可靠性和寿命。

与TD220相比,T333无人直升机无疑有着质的飞跃,但这并不是中航智人的探索终点,在采访中,公司还透露:未来中航智还将研制一款新型的共轴双旋翼构型直升机,计划在未来几年内进行试飞测试工作。

而在今年6月,第九届中国无人机大会暨展览会上,TD220的改进版450公斤级电控共轴双旋翼无人直升机TD450首次亮相,该产品采用了前沿的模块化设计理念,如果发生故障,现场保障人员可以不依赖设计人员的评估直接进行损坏模块的更换,快速排除故障,大大降低了维护保障需求,进一步优化了无人机全生命周期内的使用成本。

据了解,在今年4月,中航智TD450农业植保机型首飞成功,并获得农业植保国际订单。田刚印透露,目前,TD450正处于海上试飞阶段。“目前还没有真正在海上应用的无人直升机,但在远洋渔业、海关海警执勤方面都有大量需求。”

试错

民营企业造电控共轴无人直升机,中航智是第一家。

从鼓捣航空模型,到钻研飞控算法,做出国际顶尖水平的无人机,田刚印团队并无捷径。10年时间,近2000次修正,用田刚印自己的话说,“搞飞行器不可能不摔机,摔的越多发现的问题也就越多”。

大胆试错,鼓励创新。正是这样的氛围下,中航智不断突破技术瓶颈,拿下一项又一项专利产权,在无人机领域另辟蹊径,开疆扩土。

试错的意义在于,技术难度之高未使中航智却步,田刚印团队更立志打造自主知识产权机型。不惧山高,不畏路险,是谓勇。

试错的意义还在于累积经验,在一次次的探索,一次次推演,一次次拆解和重构之后,田刚印终于逼近无人直升机的最优解。

十年一剑,孜孜以求。结局也不负人望。中航智加冕无人机研制桂冠,大国重工再添新子。

对话

田刚印:容忍失败也能培养优秀工程师

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在对田刚印的专访中,最放松的状态出现在后半段,谈到未来的计划,田刚印有着满脑子的想法。

北京商报:无人直升机向来是领域内难啃的硬骨头。长期以来也多是军工企业或科研院所在研制生产,作为一家民营企业,中航智能够在这个领域立足,您最大的感受是什么?中航智具备哪些优势?

田刚印:把一个企业干好,首先得有技术,特别是一个初创的公司,没有很好的技术是不可能成功的。我们有好的技术、好的设计和好的产品定义,这是基础。第二是成本,作为民营企业,我们成本应该是比传统军工企业要低得多,因为它可能有各层管理的费用,不好降下来。第三是我们跟客户的关系。我很在乎客户的想法。不能让客户买了产品之后不满意,我们可以真的去现场了解客户的需要。我们的优势主要是三方面:一是我们的利益分享机制,我们有股权池子,去年我给大家分了2.1亿股权,大家来了就是给自己干活。第二公司有容错机制,只要你有想法,我们一般都会鼓励,也容忍最后的失败,而且即便失败也是作为正向记录考评的。很多发明都是这些失败的人创造出来的,我们对失败的容忍,能够培养出更优秀的工程师。此外,军工企业基本用自己生产的产品。而我们则更为灵活,用谁的都行,只要最好的,这样能够使我们的系统做到最优化。

北京商报:中航智未来的主要发力点将在哪些领域?

田刚印:我们的传统客户有军方、电力等行业。未来,首先是军方订单,是我们首要服务的对象。等我们的产能上去以后,也会盯着其他几个市场,例如农业、消防等等,去年我们大概有1000架的订单来自农业。在消防方面,高层建筑还没有有效的灭火设备。我们打算用无人机带着消防带去灭高层的明火。第三块是物流,这也是巨大的市场。我们在跟京东、中国邮政接触,初步计算,3吨的直升机用在物流上,成本将跟卡车差不多。我们关注的是500公里范围内的,两个城市或区域间的物流。直升机配送2个小时能送到,直径1000公里范围内,有1个仓库就足够了。这也将是我们的努力方向。

北京商报:中航智的产品拥有独立的自主知识产权,在技术研发方面,中航智下一步有哪些打算?

田刚印:我们想做一个中关村无人机创新中心,主要做一些基础研究。和其他的基础研究不一样的是,我们准备建立一个共享机制,如果我们做的这个东西特别基础的话,就把它共享出去,中国的企业都可以用。我有一个提案是关于加快知识产权保护的同时,还要加快建立知识共享体系的建设。保护知识产权我100%赞同,但是知识产权和知识的概念要分清楚,产权是谁的问题要搞清楚。有些地方我觉得保护过了,那不是知识产权,是知识,例如一些科研机构的基础实验报告。当然也有机制来鼓励研究机构共享知识,知识共享是一个体系问题。

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