垂直起降固定翼（下）

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引言 INTRODUCTION

说起近几年来的航空工业发展，其中变化最大、影响最广的当属无人机这个领域了。从几年前的消费级无人机开始崭露头角到如今无人机在航拍、警用、消防、农林植保和电力巡线等行业的大量应用，无人机的技术走出了自己的风格，无人机的市场也越来越具有规模。以多旋翼和固定翼为典型代表的无人机在多个领域发挥着越来越重要的作用。而在2016年6月22日，AOPA无人机管理办同意了成都纵横自动化技术有限公司的申请，在现有的固定翼、直升机、多旋翼、飞艇四类无人机的基础上，将垂直起降固定翼作为新一类无人机纳入AOPA的无人机培训体系中。那么，垂直起降固定翼无人机到底是怎样的一种飞行器，其设计特点和应用前景又会怎样呢？

在上篇中，小火箭在《采多旋翼之灵便》介绍了垂直起降固定翼无人机中的多旋翼部分，在《取固定翼飞机之高远》中介绍了垂直起降固定翼无人机中的固定翼部分。本篇则将介绍两部分的融合之道。

取长补短有门道

垂直起降固定翼无人机借用了多旋翼无人机能够不依赖机场，可在多种环境中起降的灵巧，吸纳了固定翼无人机的长航时、大载荷和较高巡航高度的优势，将成为今后无人机市场中的一颗新星。

▲多旋翼飞行器旋翼角度固定，结构简单，飞行稳定，操控灵活，可以在户内和户外使用。

▲现代电调是多旋翼飞行器得以重生的关键。图为具有同步整流驱动效率优化技术的好盈XRotor PRO 20A 4IN1电调。

但是，这种多旋翼与固定翼布局相结合的方式看似简单，实现起来却并不容易。早期的有人驾驶飞机和无人机都没能实现较好的多旋翼与固定翼的结合表明这种组合背后是有较高的技术门槛横亘在那里的。

▲固定翼无人机在长航时方面有着多旋翼无人机无可比拟的优势。图为一架NASA的全球鹰无人机正在进行测试飞行。

▲成都纵横自动化技术有限公司的CW-10垂直起降固定翼无人机。

首先，对于多旋翼飞行器来说，旋翼附近的干扰物越少越有利于飞行。然而，垂直起降固定翼飞行器在多旋翼之间有面积巨大的固定翼。旋翼下洗流容易被固定翼所阻塞，在撞击到固定翼上之后，产生“喷泉效应”，对飞行器的飞行产生气动干扰；

第二，旋翼类的飞行器在降落的时候，有一个进入自身涡流中的风险。一旦进入涡环状态而不能及时改出的话，后果不堪设想。直升机可以通过改变总距降低下降速度或者推动周期变距杆产生平移速度的方式脱离涡环区。而垂直起降固定翼飞行器能做的却不多；

第三，多旋翼的动力系统往往会设置在机翼前后的悬臂梁结构上。气动弹性和颤振耦合等风险会给垂直起降固定翼飞行器的结构设计师提出严苛的要求；

第四，垂直起降固定翼在由垂直状态与平飞状态之间进行转换时，需要选取一个合理的速度。这个速度要同时满足多旋翼和固定翼飞行的要求，其“控制走廊”非常狭窄，向自动驾驶仪的设计师提出了挑战。

目前，国际上采用垂直起降固定翼方式进行飞行的无人机有亚马逊的第9代无人机货运系统——Prime Air。该无人机可以携带5磅货物以超过50英里/小时的速度飞行，航次超过15英里。（1磅约为0.454千克，1英里约为1.61千米）

▲国际上采用垂直起降固定翼方式进行飞行的无人机有亚马逊的第9代无人机货运系统——Prime Air。

国内掌握垂直起降固定翼无人机技术的典型代表则是成都纵横自动化技术有限公司。该公司的CW-20大鹏垂直起降固定翼无人机无需操作人员干预就能完成巡航、飞行状态转换和垂直起降等飞行。这也表明中国的无人机企业在技术创新和市场前瞻方面开始赶超国际先进水平。CW-20能够携带2千克的载荷以90千米/小时的速度巡航飞行达4小时以上，并且具有抗7级风的能力。

互联网研究机构艾瑞咨询近日发布《2016年中国无人机行业研究报告》，称我国小型民用无人机市场进入快速成长期，预计2025年，国内无人机市场总规模将达到750亿元人民币。无人机的价值在于替代人类完成空中作业，并且能够形成空中平台，结合其他部件扩展应用。目前，无人机可以分为消费级无人机和工业无人机，在消费级无人机方面，航拍功能使用最广；在工业无人机方面，喷洒农药、气象监测、物流配送等领域是主要应用领域。报告指出，预计2025年，航拍、农林、安防等将成为无人机应用的热门领域。在750亿元的市场规模中，航拍约为300亿，农林植保约为200亿，安防市场约为150亿，电力巡检约为50亿。

垂直起降固定翼无人机能够在作业任务繁重，多旋翼无人机无法快速覆盖的区域执行高强度大载荷任务；能够在作业环境复杂，固定翼无人机无法找到合适的起降点的地方实施垂直起降；能够让原本只能由有人驾驶的直升机来完成的长距离巡飞与定点巡察相结合的巡线任务改为由无人机来执行。在未来需求日益增长的工业级无人机领域，垂直起降固定翼这种新型的无人机种类会发挥出更大的作用，甚至会创造出新的需求。

▲成都纵横的CW-20能够携带2千克的载荷以90千米/小时的速度巡航飞行达4小时以上。

▲这张由AOPA在2016年6月底颁发的民用无人机驾驶航空器系统驾驶员训练机构临时合格证显示垂直起降固定翼已经成为了一种标准的无人机训练种类。