（原標(biāo)題：【無(wú)人機(jī)專(zhuān)欄】無(wú)人機(jī)半小時(shí)魔咒何時(shí)打破？）
說(shuō)起近幾年來(lái)的航空工業(yè)發(fā)展，其中變化最大、影響最廣的當(dāng)屬無(wú)人機(jī)這個(gè)領(lǐng)域了。從幾年前的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)開(kāi)始嶄露頭角到如今無(wú)人機(jī)在航拍、警用、消防、農(nóng)林植保和電力巡線等行業(yè)的大量應(yīng)用，無(wú)人機(jī)的技術(shù)走出了自己的風(fēng)格，無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)也越來(lái)越具有規(guī)模。以多旋翼和固定翼為典型代表的無(wú)人機(jī)在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。而在2016年6月22日，AOPA無(wú)人機(jī)管理辦同意了成都縱橫自動(dòng)化技術(shù)有限公司的申請(qǐng)，在現(xiàn)有的固定翼、直升機(jī)、多旋翼、飛艇四類(lèi)無(wú)人機(jī)的基礎(chǔ)上，將垂直起降固定翼作為新一類(lèi)無(wú)人機(jī)納入AOPA的無(wú)人機(jī)培訓(xùn)體系中。那么，垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)到底是怎樣的一種飛行器，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用前景又會(huì)怎樣呢？
如果說(shuō)，幾十年前的多旋翼飛行器在競(jìng)爭(zhēng)中敗給直升機(jī)的原因是在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，油門(mén)的控制難以做到精確和迅速的話(huà)，如今有人駕駛飛機(jī)或者大型無(wú)人機(jī)上依然很少見(jiàn)到多旋翼的布局方式則要?dú)w咎于多旋翼飛行器本身的巡航效率了。
傳統(tǒng)的直升機(jī)構(gòu)型在巡航時(shí)的效率要優(yōu)于四軸飛行器（主要是因?yàn)橹鄙龣C(jī)前飛時(shí)的升阻比要普遍優(yōu)于多旋翼飛行器）。因此在直升機(jī)的尾槳和變槳距等技術(shù)問(wèn)題得以解決后，多旋翼飛行器就迅速?gòu)挠腥笋{駛飛行器的領(lǐng)域中淡出了人們的視野。
如今，多旋翼無(wú)人機(jī)在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域風(fēng)生水起，但是，其在執(zhí)行對(duì)續(xù)航設(shè)計(jì)和巡航距離有一定要求的任務(wù)時(shí)，就顯得力不從心了。多旋翼無(wú)人機(jī)的旋翼槳距不可調(diào)，完全依賴(lài)后部槳葉的高轉(zhuǎn)速使得飛行器所受的合力指向飛行方向來(lái)產(chǎn)生前向動(dòng)力。這種以增大迎風(fēng)面積、減小升力分量為代價(jià)來(lái)前飛的機(jī)理使得多旋翼飛行器天生不適合進(jìn)行長(zhǎng)距離飛行。
這也就產(chǎn)生了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：如今大容量鋰電池技術(shù)已經(jīng)能夠讓消費(fèi)級(jí)的筆記本電腦輕易實(shí)現(xiàn)十幾個(gè)小時(shí)的續(xù)航時(shí)間，讓機(jī)場(chǎng)安檢部門(mén)對(duì)鋰電池內(nèi)部蘊(yùn)含的巨大能量頭痛不已的時(shí)候，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間卻少有超過(guò)半小時(shí)的。比如Phantom4無(wú)人機(jī)通過(guò)全新的機(jī)身設(shè)計(jì)節(jié)省更多空間容納電池，有效飛行時(shí)間比Phantom3Professional提升了25%，但是其續(xù)航時(shí)間也不過(guò)是28分鐘。這樣的時(shí)間對(duì)于消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)或者執(zhí)行一般的航拍任務(wù)來(lái)說(shuō)，是足夠的。
但是對(duì)于需要進(jìn)行長(zhǎng)航時(shí)作業(yè)的任務(wù)來(lái)說(shuō)，顯然是不夠的。比如在電力巡線行業(yè)，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)依賴(lài)人工進(jìn)行電力線路的巡檢作業(yè)。通常來(lái)說(shuō)，每100千米的輸電線路的巡檢需要耗費(fèi)160個(gè)工時(shí)。也就是說(shuō)，如果想要在1個(gè)工作日內(nèi)完成100千米的線路巡檢的話(huà)，需要同時(shí)雇傭20名巡線工作人員。。按照幾十年來(lái)國(guó)際電力巡檢領(lǐng)域的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行精細(xì)化巡檢的作業(yè)速度應(yīng)當(dāng)保持在15至25千米/小時(shí)之間，進(jìn)行快速高效巡檢的作業(yè)速度則在30至40千米/小時(shí)之間。這樣的速度范圍尤其適合無(wú)人機(jī)進(jìn)行作業(yè)。
對(duì)于采用高效巡檢模式工作的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，如果其續(xù)航時(shí)間為4小時(shí)，那么其1個(gè)架次的起降作業(yè)便可以相當(dāng)于30名巡檢工作人員一天的工作量的總和?；蛘邠Q句話(huà)來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)電力巡線無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間達(dá)到或者超過(guò)2個(gè)小時(shí)的時(shí)候，其競(jìng)爭(zhēng)力才會(huì)明顯超過(guò)人工（1個(gè)架次的起降相當(dāng)于15名巡檢員）。
我國(guó)建設(shè)了規(guī)模龐大的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)。截至目前，我國(guó)僅11萬(wàn)伏特電壓以上的輸電線路已達(dá)51.5萬(wàn)千米。如此漫長(zhǎng)的電線需要大量無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢，而只有在無(wú)人機(jī)的巡航時(shí)間超過(guò)“半小時(shí)魔咒”限制之后，這個(gè)市場(chǎng)才會(huì)真正被喚醒。
固定翼無(wú)人機(jī)在長(zhǎng)航時(shí)方面有著多旋翼無(wú)人機(jī)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。采用現(xiàn)代多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái)的固定翼無(wú)人機(jī)，其巡航升阻比輕易就能夠超過(guò)10。消耗相同的能量下，固定翼無(wú)人機(jī)的巡航距離可以達(dá)到多旋翼的20倍以上。
▲亞馬遜公司的垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)
另外，固定翼無(wú)人機(jī)攜帶載荷的能力也比無(wú)人機(jī)強(qiáng)很多。借助較大的翼展和容量較大的機(jī)身，1.5米左右翼展的固定翼無(wú)人機(jī)可以攜帶2千克的相機(jī)飛行90分鐘以上，2米左右的大型無(wú)人機(jī)可以攜帶紅外相機(jī)、激光雷達(dá)等設(shè)備飛行120分鐘以上。而消耗同等級(jí)別能量的多旋翼無(wú)人機(jī)往往只能攜帶500克左右的載荷，且飛行時(shí)間在半小時(shí)以?xún)?nèi)。
▲成都縱橫自動(dòng)化技術(shù)有限公司的大鵬CW-10垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)。
而且，固定翼無(wú)人機(jī)的巡航高度可達(dá)5000米以上，而多旋翼無(wú)人機(jī)雖然極限飛行高度可達(dá)3000米，但是通常的巡航高度都在1000米以下。
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