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(kāi)源飛控也都支持了傾轉(zhuǎn)旋翼,可用預(yù)見(jiàn),下一步傾轉(zhuǎn)旋翼的產(chǎn)品和應(yīng)用也將越來(lái)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(wú)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(wú)人機(jī)在未來(lái)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(wú)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(guò)程也較難控制,因此現(xiàn)在尚沒(méi)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(guò)一旦這個(gè)問(wèn)題得以完善解決,尾座式構(gòu)型將是垂直起降固定翼無(wú)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(kāi)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(wú)論是倉(cāng)庫(kù),還是大型快遞柜,為尾座式無(wú)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(wú)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(wú)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(jiàn)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(wú)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(wú)人機(jī)都將有自己的用武之地。下面就來(lái)看幾種少見(jiàn)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(wú)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(lái)也是要成為無(wú)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(méi)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(guò)由于驗(yàn)證機(jī)完全沒(méi)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(lái)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(wú)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(guò)分夸大其應(yīng)用范圍,這才是無(wú)人機(jī)技術(shù)能一直向前發(fā)展的有效保證。
文章來(lái)源:宇辰網(wǎng)