一種新型垂直起降固定翼無人機及應用

宋志鵬+肖長天+馬雅琪

摘 要：鑒于現有傳統無人機的優勢如：四旋翼無人機使用靈活，固定翼無人機航速快、航程遠等優勢不集中的問題，本文提出了一種新型垂直起降固定翼無人機，該垂直起降固定翼無人機有多種飛行模式，結構簡單，具有失穩保護功能。并分析了該垂直起降固定翼無人機工作原理。同時，分析了現有無人機物流業的現狀，展望該垂直起降固定翼無人機在物流業的應用。

關鍵詞：無人機；垂直起降；物流業

1 背景環境

近年來，隨著大疆無人機等優秀企業的影響力不斷擴大，無人機開始被人們所熟知。與此同時，無人機在民用領域、商用領域開始展露頭角。但現有的各種無人機，各自有各自的優點，難以做到優勢集中。譬如：傳統的無人機如四旋翼具有垂直起降、空中懸停功能的功能，雖然靈活性強，能夠完成短距離小范圍的飛行任務，但是由于續航問題和旋翼機的爬升原理的限制其在中高空、遠航程、高航速應用領域表現欠佳；傳統的無人機如固定翼具有載重量大、遠程快速的特點，但是起飛條件嚴苛，往往需要長距離的平直跑道，這對發揮固定翼飛機的性能，是不利的，會造成使用場地受限，增加使用成本的問題。

2 方案介紹

本方案的目的使為了克服已有技術的不足之處，提供一種垂直起降固定翼無人機，下面將簡要介紹其結構特點：其結構包括機身1、推進裝置2、第一機翼3、第二機翼4、腳架5、機身固定件6、機身固定板7、連翼桿8、電池9、飛控10、整流罩11、攝像頭12。其特征在于：所述推進裝置2包括四個裝有螺旋槳的電機，分別與第一機翼3、第二機翼4固接，安裝位置分別占據與機身1軸向垂直的平面上正方形的四個頂點，正方形的邊長等于第一機翼3、第二機翼4的間距。

本方案具有如下有益的效果與明顯的特點：

（1）該垂直起降固定翼無人機有多種飛行模式，既能以垂直方式實現起降，也能以水平姿態實現高速航行，同時還能以四旋翼模式飛行，并可以實現飛行模式之間的快速轉換；

（2）該垂直起降固定翼無人機簡化掉固定翼無人機的舵，采用一套推進裝置進行驅動，采用差速控制無人機的轉向和俯仰，無需復雜的控制系統和無人機結構；

（3）該垂直起降固定翼無人機具有失穩保護功能，因人為因素無法控制無人機時，撥動遙控器預設開關，即可自動轉化為四旋翼模式并懸停或可供選擇地返航到遙控器所在位置，增加無人機的安全性和可操作性。

現具體介紹無人機的控制方法：起飛時，由推進裝置2中四個電機帶動螺旋槳產生豎直向上的升力帶起整個無人機。此時，無人機處于飛控的作用之下，可進行四旋翼模式下的飛行；當無人機到達適宜高度后，操作員操控遙控器切斷飛控10對無人機的影響，并調整無人機的飛行狀態由起降模式下機身1處于豎直方向至航行模式機身1處于水平方向。此時無人機的第一機翼3、第二機翼4處于水平狀態，可進行高速航行，完成預期任務。欲降落或因人為原因使無人機失控時，操作手通過設置遙控，恢復飛控10對無人機的控制，飛機由航行模式恢復至起降模式，實施降落。

3 應用領域

伴隨無人機技術的飛速發展和日益擴大的市場需求，無人機在民用領域發揮的作用將越來越大，尤其是在物流業。目前國內快遞市場容量全球第一，并且以非常高的速度在發展。關于“最后一公里”的問題遲遲沒有得到解決，但總體的趨勢是明確的，即科技化、自動化、綠色化。目前，農村快遞可行的一大關鍵問題是，如何降低遠離倉儲空間的偏遠地區的快遞成本？一些地區基礎設施差，以劃算的價格抵達這些地點幾乎不可能。而無人機能改變這一切，在路修好前把貨物送達。

作為中國最具認可度的快遞公司，順豐速運在無人機物流上走在了國內無人機物流業的前列。根據順豐相關負責人表示，應用于無人機物流的無人機由順豐自主研發，為八旋翼無人機，下設有載物臺，飛行高度約在百米左右。具體方案如下：首先，在兩地之間規劃了一條固定的航線，避開學校、居民區等人員密集的場所；其次，無人機運輸全程通過GPS進行定位和監控。再者，無人機配送模式，并非真正通過無人機把快遞直接送到村民的家里，而是會首先配送到各個村的“鄉村推廣員”手中；最后，由各個村的“鄉村推廣員”將貨物送到村民手中。

采用八旋翼無人機的優勢在于，可以垂直起降，不受地表條件限制。但在飛行過程中，大量的電能消耗在了產生豎直向上的力以平衡自身的重力，機身發生傾斜以使機體獲得水平分力，但隨之而來的是旋翼迎風面積增加，受阻增大。因此多旋翼無人機航速慢、續航能力不強，無法應對日益增長的物流行業的需求，具有一定局限性。而本文提出的一種垂直起降固定翼無人機，既具備垂直起降功能，由具備固定翼飛機航速快、航程遠的特點，并且具有多模式轉換，有利于應變多種航行條件。在未來的無人機物流行業有望占有一席之地。

4 結束語

本文對傳統無人機特點進行了簡要的總結，提出了一種新型的垂直起降固定翼無人機并對其原理和功能做出了詳細介紹。通過對無人機物流市場前景的分析，認為倘若主要靠人力解決問題，那么這個行業的發展將是十分緩慢的，勢必走向科技化、自動化、綠色化。而傳統的多旋翼無人機無法應對日益增長的物流行業的需求，由此我們認為，垂直起降固定翼無人機的投入和使用，必將為物流業帶來巨大變化。

參考文獻

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