垂直起降固定翼無人機發展趨勢分析

高洪波 蘇周 張兆海

摘 ? 要：無人機種類眾多，各有特點。如固定翼無人機、多旋翼無人機、無人直升機、撲翼機，各種機型層出不窮。不同的機型，根據其自身特點，應用場合也略有不同。而垂直起降固定翼作為其中重要的組成部分，其發展非常迅速。本文概述了目前常見無人機類型及特點，介紹了垂直起降固定翼無人機的最新發展，闡述了該機型所擁有的優勢以及未來的發展趨勢，并從人類研發無人機的初衷出發，展望了無人機未來的發展。希望可以為無人機的發展提供借鑒。

關鍵詞：無人機 ?垂直起降 ?固定翼

中圖分類號：V221.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0232-02

隨著無人技術的不斷發展，無人機在世界各國軍民領域的研發和應用越來越廣泛。像我國自主品牌“大疆”無人機的應用已深入航拍、測繪、偵察、電力巡線等各個領域。固定翼無人機以其空氣動力學優勢，相對載重更大，能耗更少，續航時間更長，可以實現長航時遠距離任務需求，因此其應用領域更加廣泛。人類研發無人機的初衷是追求更加智能、便捷，不管是軍用還是民用領域，永遠都不會排斥使用方便、性能優越的無人機。近些年，垂直起降固定翼無人機逐漸映入人們眼簾。這種機型，融合了旋翼無人機對起降場地依賴小和固定翼無人機飛行效率高的優點。

1 ?無人機機型類別及特點

無人機按照機型不同，目前常見類型主要包括固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機。其中無人直升機和多旋翼無人機都是靠螺旋槳旋轉產生升力，克服無人機自身重力實現飛行。因此都屬于旋翼機類型。顯然旋翼機型的螺旋槳產生的升力必須大于其自身重力，因而其能耗很高，一般飛行時間較短，航程比較近。優點是可以懸停，容易操控。

而固定翼無人機，是根據空氣動力學原理來設計機翼的形狀，靠動力裝置產生推力或者拉力，使無人機獲得一定速度后，會導致空氣在飛機上下表面的壓力不同，進而產生升力，其升力主要來源于固定的機翼。顯然，有速度才有升力，因而固定翼無人機是不能夠懸停的。由于其推重比可以小于1，所以相對能耗不高，飛行速度可以更快，飛行時間可以更長。主要缺點是不容易操控。

2 ?垂直起降固定翼無人機發展現狀

垂直起降（Vertical Take-Off and Landing）一般簡稱VTOL，垂直起降固定翼無人機，是指具有固定機翼，又能夠實現垂直起降的無人機，它融合了旋翼和固定翼的優點。

2.1 傾轉旋翼垂直起降無人機

由美國貝爾公司研制的"鷹眼"傾轉旋翼無人機，是早期研發的一款典型的垂直起降固定翼飛機，但該飛機后因成本問題被束之高閣。同樣由該公司研制的V-280有人機，作為第三代傾轉旋翼機，是為美國陸軍“未來垂直起降飛行器（FVL）”計劃所專門打造的機型。

2018年11月舉辦的珠海航展上，由航天十一院研發的彩虹-10無人傾轉旋翼機，如圖1所示，同樣是采用第三代傾轉旋翼飛行器技術，展示了我國對無人傾轉旋翼機的研發能力。

誠然，傾轉旋翼機制使得“垂直起降”和“固定翼速度”能二者兼得，但其復雜的機械結構、對材料、飛控乃至發動機的苛刻要求使得價格極高。

2.2 旋翼固定翼復合式垂直起降無人機

由美國洛克希德·馬丁公司制造的一款商用混合動力無人機“追蹤者”XE（Stalker XE），如圖2所示，是一款使用燃料電池和鋰離子電池混合驅動的電動無人機，2011年，洛克希德·馬丁公司報告，Stalker XE經多次試驗驗證，其飛行時間達8h。2018年，在佛羅里達州坦帕市舉行的特種作戰部隊行業展銷會（SOFIC）上，洛克希德·馬丁公司宣布其Stalker XE無人機已經增加了垂直起飛和著陸（VTOL）能力，如圖2（b）所示，將為用戶提供更大的任務靈活性，使無人機可以用于更嚴苛的環境中。

這種無人機和傾轉旋翼機完全不同，它是在保留原有固定翼動力裝置的基礎上，額外增加一套四旋翼動力裝置，相當于采用了兩套動力裝置。在起降階段采用旋翼裝置，在巡航階段采用常規固定翼動力裝置飛行。由于兩套裝置相互獨立，其關鍵技術在于解決兩種模式之間的順利轉換。

3 ?垂直起降固定翼無人機的優勢及發展趨勢

垂直起降固定翼無人機，克服了旋翼無人機的航程和航速始終受限的通病，又擺脫了常規固定翼無人機發射與回收方式繁瑣且不夠穩定、對人員要求較高的缺點。這種特點很好地契合了人們對無人機更加智能便捷、載重更大、能耗更少、續航時間更長、使用范圍更廣的期待。正是由于這些優點，使得世界各國對垂直起降固定翼無人機的重視程度越來越高，各無人機公司也紛紛開始研發各種垂直起降固定翼無人機。

隨著飛控技術的發展，垂直起降固定翼無人機在模式轉換階段越來越平滑、可靠。而且一些開源飛控也已經加入垂直起降固定翼機型，使大眾可以自行設計制作或者進行改造。隨著小型化技術的不斷發展，垂直起降固定翼無人機的尺寸可以做到更小。小型無人機以其獨特的重量優勢，逐漸開始具備大型無人機所特有的軍事能力，并且能夠極大地節省費用。垂直起降固定翼無人機的用途也因此變得更加廣泛。隨著電池技術的推進，采用燃料電池或者混合動力電池供電技術，使垂直起降固定翼無人機在原有的基礎上，續航時間更長，飛行性能得到大幅度提升，勝任場合變得更多。

4 ?結語

無人機的發展速度之快是無法想象的，無人機的應用已深入各個領域。隨著選擇越來越多，經過不斷的沉淀后，最好用的機型終究會浮出水面?？梢钥闯觯怪逼鸾倒潭ㄒ頍o人機的優勢明顯，也越來越智能，其推廣速度也越來越快。隨著世界各國對垂直起降固定翼無人機的充分重視及進一步研發，垂直起降固定翼無人機極有可能成為未來無人機的主要機型選擇，占據無人機市場的龍頭地位。

參考文獻

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