因此，與多旋翼固定翼復(fù)合型類似，起飛重量要求非常小(小于5kg)時(shí)，也不宜采用傾轉(zhuǎn)旋翼布局，而對(duì)于載荷重量要求比較大的應(yīng)用中，傾轉(zhuǎn)旋翼的效率提升就可以彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)、控制復(fù)雜的劣勢(shì)了，特別是如果有野外的大載重、長(zhǎng)航時(shí)需求，由于現(xiàn)在大載重直升機(jī)的飛控仍有很多不足，傾轉(zhuǎn)旋翼不失為一種折中策略。當(dāng)前多旋翼固定翼復(fù)合構(gòu)型市場(chǎng)已經(jīng)成為紅海，PX4等開源飛控也都支持了傾轉(zhuǎn)旋翼，可用預(yù)見，下一步傾轉(zhuǎn)旋翼的產(chǎn)品和應(yīng)用也將越來越多。
產(chǎn)品方面，有深圳智航一直在進(jìn)行傾轉(zhuǎn)旋翼固定翼構(gòu)型的研發(fā)和測(cè)試，并且推出了面向物流(V330)和測(cè)繪(V400)的兩款產(chǎn)品，智航產(chǎn)品的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是旋翼下洗流不會(huì)打到機(jī)翼上，因此垂直起降模態(tài)的動(dòng)力損失較少，而在實(shí)際應(yīng)用中，這兩款產(chǎn)品具有不錯(cuò)的載荷能力和續(xù)航時(shí)間。
沈陽(yáng)無距則推出了串列翼布局的傾轉(zhuǎn)旋翼，只是我們看到的都只是概念模型。
雖然實(shí)用化的產(chǎn)品還較少，但筆者還是對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的傾轉(zhuǎn)旋翼寄予希望，也相信設(shè)計(jì)合理的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)在未來幾年也將大放異彩。
三、尾座式垂直起降
相對(duì)于傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型的將旋翼軸轉(zhuǎn)90度轉(zhuǎn)平飛，尾座式垂直起降無人機(jī)則是將自己整體轉(zhuǎn)90度轉(zhuǎn)平飛，這樣設(shè)計(jì)的絕妙之處在于省略了旋翼的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，具有更高的機(jī)械可靠性。單從結(jié)構(gòu)上看，尾座式垂直起降構(gòu)型只比固定翼構(gòu)型多出了尾部支撐機(jī)構(gòu)，但是由于省下了起落架系統(tǒng)，因此很可能會(huì)比相同起飛重量的固定翼重量更輕。從氣動(dòng)布局上看，尾座式構(gòu)型可用設(shè)計(jì)成飛翼布局，翼身融合布局，甚至是常規(guī)布局，因此氣動(dòng)效率優(yōu)勢(shì)明顯。
但是由于較大的機(jī)翼面積，尾座式構(gòu)型飛行器在垂直飛行階段更容易受到氣流擾動(dòng)影響，而由于涉及控制策略轉(zhuǎn)換以及姿態(tài)的迅速變化，垂直和平飛的轉(zhuǎn)換過程也較難控制，因此現(xiàn)在尚沒看到哪個(gè)飛控可用非常好地實(shí)現(xiàn)尾座式構(gòu)型飛行器的全自動(dòng)飛行。不過一旦這個(gè)問題得以完善解決，尾座式構(gòu)型將是垂直起降固定翼無人機(jī)構(gòu)型最好的解決方案。
既然尾座式構(gòu)型的氣動(dòng)效率很高，且垂直起降階段容易受側(cè)風(fēng)干擾，那么可以開個(gè)腦洞，在物流運(yùn)輸行業(yè)中，高附加值或者急需物資的倉(cāng)對(duì)倉(cāng)、倉(cāng)對(duì)柜運(yùn)輸就可以考慮這種構(gòu)型，因?yàn)闊o論是倉(cāng)庫(kù)，還是大型快遞柜，為尾座式無人機(jī)設(shè)置供起降進(jìn)入的天井，而倉(cāng)庫(kù)貨快遞柜內(nèi)完全可以提供無風(fēng)的起降空間。當(dāng)然，這些想法都是基于飛控已經(jīng)成熟的前提下。
尾座式無人機(jī)的產(chǎn)品方面，除了軍用的有611所研發(fā)的VD200，民用的也有四川傲勢(shì)科技X-Hawk概念機(jī)，從外觀上看還是有一定新意，大展弦比機(jī)翼配合翼梢前掠，只要控制得當(dāng)，續(xù)航和機(jī)動(dòng)性都有一定保證。
事實(shí)上，2017年市場(chǎng)上能見得到產(chǎn)品、樣機(jī)甚至概念機(jī)且相對(duì)靠譜的，也就以上這幾種構(gòu)型了，而且假以時(shí)日，隨著民用無人機(jī)結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)、飛控等技術(shù)的進(jìn)展，這些構(gòu)型的無人機(jī)都將有自己的用武之地。下面就來看幾種少見的、新型的復(fù)合翼構(gòu)型。
四、其他復(fù)合構(gòu)型
LightningStrike，這是一款分布涵道式旋翼與固定翼混合構(gòu)型的飛行器，動(dòng)力系統(tǒng)為一臺(tái)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)三臺(tái)發(fā)電機(jī)，進(jìn)而為24臺(tái)涵道螺旋槳提供動(dòng)力，其小型無人縮比驗(yàn)證機(jī)也已完成測(cè)試。鑒于小直徑涵道式螺旋槳的效率，這種飛行器也不是沖著高效飛行而設(shè)計(jì)的，我寧愿相信DARPA為了測(cè)試和改進(jìn)其混合動(dòng)力輸配電系統(tǒng)而故意做出一臺(tái)十分費(fèi)電的飛機(jī)。
Carter Copter，這是Carter Aviation公司推出的一款自轉(zhuǎn)旋翼和固定翼復(fù)合構(gòu)型飛機(jī)，這種飛行器結(jié)合了自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可跳飛性能，以及固定翼飛機(jī)高速飛行時(shí)的高升阻比，由于采用電傳操縱，未來也是要成為無人機(jī)的一種可行方案。
X-50A，這架混合構(gòu)型飛機(jī)雖然距離2017年比較遠(yuǎn)(首飛于2003年)，但是看在其不拘一格的設(shè)計(jì)思路以及NASA的背景，則有必要提及一下。X-50A的主旋翼在垂直起降和低速飛行時(shí)為槳尖噴氣動(dòng)力的旋翼，同時(shí)，槳尖噴氣也提供前飛動(dòng)力。隨著前飛速度的提高，鴨翼和尾翼逐步提供足夠的升力，從而卸載主旋翼的轉(zhuǎn)速，并最終轉(zhuǎn)為固定翼模態(tài)。由于采用了槳尖噴氣技術(shù)，其旋翼并沒有反力矩，因此在垂直起降階段，并不需要類似于直升機(jī)的尾槳。不過由于驗(yàn)證機(jī)完全沒有達(dá)到預(yù)期的效果，我們現(xiàn)在才看不到以此為原型的產(chǎn)品。
本文簡(jiǎn)單梳理了近年來出現(xiàn)的幾種既能夠完成垂直起降，有在一定程度上具有固定翼續(xù)航優(yōu)勢(shì)的復(fù)合翼構(gòu)型，但是無人機(jī)的設(shè)計(jì)千變?nèi)f化，應(yīng)用場(chǎng)景也多種多樣，我們既要從理論和試驗(yàn)出發(fā)探索不同飛行器的優(yōu)勢(shì)和不足，又要避免對(duì)某些技術(shù)盲目自信，固守并過分夸大其應(yīng)用范圍，這才是無人機(jī)技術(shù)能一直向前發(fā)展的有效保證。
文章來源：宇辰網(wǎng)
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