本文將對(duì)近年來出現(xiàn)和發(fā)展的復(fù)合翼構(gòu)型無人機(jī)做簡(jiǎn)要梳理，添幾根柴火，潑幾盆冷水，以期為行業(yè)健康發(fā)展盡微薄之力。
在飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了一百多年的今天，固定翼這種構(gòu)型在多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景中已經(jīng)近乎完美了，但是其垂直起降能力的發(fā)展仍步履蹣跚，以至于到現(xiàn)在我們都還在針對(duì)垂直起降固定翼的基本結(jié)構(gòu)做創(chuàng)新和設(shè)計(jì)，這幾乎已經(jīng)能說明在動(dòng)力系統(tǒng)有革命性的進(jìn)展之前，實(shí)現(xiàn)垂直起降都將以大幅度的效率損失為代價(jià)。
鑒于此，我們?cè)u(píng)判一種設(shè)計(jì)優(yōu)劣與否，最重要的指標(biāo)就是其效率損失較小，而不是只要有效率下降便嗤之以鼻。下面就對(duì)近年來出現(xiàn)的固定翼垂直起降構(gòu)型做簡(jiǎn)要梳理。
一、多旋翼固定翼復(fù)合構(gòu)型
如果十年前一個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)專家被告知這種構(gòu)型的飛機(jī)將成為一種趨勢(shì)，那對(duì)他很可能是一種暴擊，就像在二十年前，被告知多旋翼構(gòu)型會(huì)火一樣(約二十年前的書籍《無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論》中，作者明確表示不看好四旋翼這種低效率的飛行器)。
按照常規(guī)的飛機(jī)設(shè)計(jì)原則，這種設(shè)計(jì)一定是最不得已而為之的。這可能正是2015年底，成都縱橫發(fā)布國(guó)內(nèi)第一款垂直起降固定翼飛控時(shí)，還特地發(fā)了好幾篇文章闡明是在掙扎三年之后才最終確定這個(gè)方案的原因。而此時(shí)，開源飛控APM的QuadPlane支持也進(jìn)入測(cè)試階段。
于是，一場(chǎng)大戲在點(diǎn)滴之間悄然拉開帷幕。到2017年底，APM，PX4開源飛控均能很好地支持這種構(gòu)型的全自動(dòng)飛行，大多數(shù)的工業(yè)級(jí)無人機(jī)整機(jī)廠商也都推出了各自的機(jī)型，既然是要做總結(jié)，那么不可避免地要再來理一遍這種構(gòu)型的缺點(diǎn)：
但是，對(duì)于部分應(yīng)用場(chǎng)景，以上所有的缺點(diǎn)，都掩蓋不了可垂直起降這一優(yōu)點(diǎn)，這也是這種構(gòu)型無人機(jī)爆發(fā)的原因，只是很多廠商可能并沒有很好地思考這背后的邏輯，本文將最適合運(yùn)用垂直起降固定翼無人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)總結(jié)如下表：
垂直起降固定翼構(gòu)型結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)有的固定翼平臺(tái)上增加多旋翼動(dòng)力部分，且加強(qiáng)機(jī)翼扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度即可。在控制方面的優(yōu)勢(shì)就是控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，最簡(jiǎn)單的情況下就是固定翼和多旋翼兩套飛控硬切換就可以實(shí)現(xiàn)正常飛行。還有一個(gè)不太被關(guān)注的優(yōu)勢(shì)，就是前拉槳的效率。多旋翼槳和固定翼槳典型工作條件下的來流速度不同，因此設(shè)計(jì)時(shí)翼型和槳距也有很大區(qū)別，正常的工業(yè)級(jí)無人機(jī)都采用定距槳，多旋翼槳只能高效運(yùn)轉(zhuǎn)于多旋翼模態(tài)，固定翼槳用于多旋翼模態(tài)時(shí)效率也低很多，因此這種構(gòu)型中，多旋翼槳只工作在多旋翼模態(tài)，固定翼槳只工作在固定翼模態(tài)，在槳的效率運(yùn)用上是個(gè)不小的優(yōu)勢(shì)。
正如每種飛行器都有其適用場(chǎng)景，同樣沒有一種飛行器是萬(wàn)能的，例如，5-20kg起飛重量的飛行器，其靈活性要求一般都是高于載荷能力的，因此能夠在很小的區(qū)域內(nèi)快速組裝、起飛就成為很大的優(yōu)勢(shì);但是起飛重量小于5kg時(shí)，要想實(shí)現(xiàn)這種復(fù)合構(gòu)型就困難了，而采用純固定翼構(gòu)型，手拋起飛或彈射起飛加傘降更合適;而起飛重量過大時(shí)，復(fù)合翼構(gòu)型的缺點(diǎn)也同時(shí)被放大，加上這種情況下的載荷能力要求一般更高，此時(shí)采用純固定翼構(gòu)型，利用通航機(jī)場(chǎng)甚至小型開闊道路滑跑起飛可能更合適。因此近期出現(xiàn)的用垂直起降固定翼飛機(jī)運(yùn)送貨物、攜帶較重的設(shè)備，甚至把起飛重量做到100kg以上，則屬于一葉障目不見泰山了。
至于多旋翼固定翼復(fù)合構(gòu)型的產(chǎn)品，則是以成都縱橫的“大鵬”系列為代表，采用快速拆裝結(jié)構(gòu)，最大起飛重量涵蓋10-30kg級(jí)別，載荷能力也覆蓋了1-6kg。
光點(diǎn)科技的“游龍”也是應(yīng)用較多的產(chǎn)品，起飛重量約14kg，載荷能力1.5kg，也處于較為實(shí)用的參數(shù)范圍。
二、傾轉(zhuǎn)旋翼固定翼復(fù)合構(gòu)型
傾轉(zhuǎn)旋翼固定翼構(gòu)型在思路上明顯比多旋翼固定翼構(gòu)型要高明許多，至少有一部分動(dòng)力是多旋翼模態(tài)和固定翼模態(tài)共用的，減小了整個(gè)飛行過程的死重，而代價(jià)只是增加一套(或多套)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。例如V-22魚鷹運(yùn)輸機(jī)，依靠?jī)商變A轉(zhuǎn)旋翼完成了垂直起降和固定翼飛行。但是有得必有失，下表總結(jié)了傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型相對(duì)于多旋翼固定翼構(gòu)型的缺點(diǎn)：
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