單肖文教授(左三)為來賓介紹“蒼鷺”垂直起降無人機(jī)。
南方科技大學(xué)“蒼鷺”無人機(jī)航展展位。
“蒼鷺”無人機(jī)上的螺旋槳只是克服阻力，飛行方面則是用到了固定翼飛機(jī)飛行的空氣動(dòng)力原理，直接好處就是‘蒼鷺’最大飛行速度達(dá)到每小時(shí)162公里，每秒鐘45米/秒，比傳統(tǒng)無人機(jī)的飛行速度提高了五倍。
由南科大自主研發(fā)的無人機(jī)“蒼鷺”昨日亮相第12屆中國國際航空航天博覽會(huì)(即“珠海航展”)，作為“蒼鷺”的設(shè)計(jì)者與生產(chǎn)者，南方科技大學(xué)力學(xué)與航空航天工程系系主任單肖文教授已是第三次參加珠海航展。前兩次參加航展的時(shí)候，他還是中國商用飛機(jī)有限公司(簡稱“中國商飛”)的一名特聘專家，作為氣動(dòng)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，帶著公司生產(chǎn)的大飛機(jī)亮相航展。而在昨日，他的身份已從一名企業(yè)家轉(zhuǎn)換為高?？蒲袔ь^人，曾經(jīng)3、40米長的大飛機(jī)也變成了體積縮水十倍的無人機(jī)。
這是單肖文教授首次向公眾展示其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的第一架物流無人機(jī)，此時(shí)的珠海航展，專門用作物流的無人機(jī)已經(jīng)“扎堆”出現(xiàn)，包括一飛智控的“鸞鳳”物流無人機(jī)等。在無人機(jī)這片紅海中，南科大的“蒼鷺”無人機(jī)又將如何突圍，找到自己的那片藍(lán)海？“蒼鷺”在本屆珠海航展上引起外界關(guān)注，單肖文透露，已有多家無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)表達(dá)合作意向，并計(jì)劃在2019年有望投產(chǎn)。
從企業(yè)家科學(xué)家
到南科大團(tuán)隊(duì)帶頭人
單肖文教授在航空領(lǐng)域大有來頭，不僅是一名科學(xué)家，也是一名成功的企業(yè)家。在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，他對格子玻爾茲曼方法的發(fā)展和應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)，經(jīng)典的Shan-Chen模型以他的姓氏命名，他還在等離子體物理、磁流體動(dòng)力學(xué)、湍流的計(jì)算機(jī)模擬等領(lǐng)域取得了杰出成果。
2012年，單肖文回國投身國家航空工業(yè)的建設(shè)，擔(dān)任中國商飛公司特聘專家、北京研究中心氣動(dòng)與聲學(xué)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。2015年，他全職加入南方科技大學(xué)，創(chuàng)辦力學(xué)與航空航天工程系，任系主任，目光聚焦的第一個(gè)項(xiàng)目，就是無人機(jī)。
“在中國的南方，深圳的民營企業(yè)多，無人機(jī)行業(yè)非常發(fā)達(dá)，所以我們當(dāng)時(shí)就把‘蒼鷺’定位為深圳本地產(chǎn)業(yè)服務(wù)，也因此將無人機(jī)作為我們的一個(gè)主要的發(fā)展方向。”單肖文的團(tuán)隊(duì)成員在七八人左右，以南科大的研究生和本科生為主，骨干成員王浩年僅31歲，是南洋理工大學(xué)學(xué)士，新加坡國立大學(xué)博士。他們詳細(xì)調(diào)研了無人機(jī)領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)了續(xù)航時(shí)間短、無法全自主飛行、起降受環(huán)境制約大等應(yīng)用方面的痛點(diǎn)。
“這些都是無人機(jī)的致命問題。”他進(jìn)一步解釋說，平時(shí)大家常見的民用飛機(jī)，靠飛機(jī)翅膀產(chǎn)生升力，飛行速度快，但是依賴跑道。而市場上的無人機(jī)絕大部分是旋翼型，飛行原理類似直升飛機(jī)，不是利用空氣動(dòng)力學(xué)飛行，也因此從兩方面制約了旋翼型無人機(jī)工業(yè)化使用：一是航程短，飛行10到20分鐘左右就沒電了；二是速度慢，每秒不到10米，因?yàn)橄裰鄙龣C(jī)，飛不快，主要用途以航拍等消費(fèi)類為主，在物流、偵查等工業(yè)用途方面有明顯不足。
自主研發(fā)無人機(jī)
核心技術(shù)申請專利
單肖文帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從此切入，2017年7月，“蒼鷺”無人機(jī)項(xiàng)目正式啟動(dòng)。與民企相比，高校在無人機(jī)領(lǐng)域的研發(fā)展現(xiàn)了人才與技術(shù)方面的巨大優(yōu)勢。單肖文說，無人機(jī)的核心技術(shù)屬于尖端技術(shù)，研發(fā)成本極高。國內(nèi)通常只有軍工企業(yè)和中國商飛等國有大型飛機(jī)公司才擁有此類技術(shù)，深圳雖然有幾百家做無人機(jī)的民營企業(yè)，但由于缺乏頂尖人才，能在空氣動(dòng)力學(xué)方面有所突破的鳳毛麟角。
通過南科大單肖文團(tuán)隊(duì)的自主研發(fā)，“蒼鷺”擁有兩項(xiàng)已授權(quán)核心專利(另外三項(xiàng)正在受理中)，分別為：螺旋槳后置的垂直起降固定翼飛行器和氣動(dòng)垂直起降飛行器。這兩項(xiàng)核心專利在總體布局和飛行控制邏輯方面，確保了“蒼鷺”無人機(jī)兼顧了垂直起降、大載重、長航程的優(yōu)越性能。特別值得一提的是，通過先進(jìn)的總體布局與空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，它的續(xù)航時(shí)間和航程提高了5至10倍。
“‘蒼鷺’無人機(jī)上的螺旋槳只是克服阻力，飛行方面則是用到了固定翼飛機(jī)飛行的空氣動(dòng)力原理，直接好處就是‘蒼鷺’最大飛行速度達(dá)到每小時(shí)162公里，每秒鐘45米，比傳統(tǒng)無人機(jī)的飛行速度提高了五倍。”高速飛行讓無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，跟隨飛速行駛的賽車進(jìn)行拍攝對于“蒼鷺”而言是小菜一碟，從寶安機(jī)場起飛，攜帶10公斤物品，周邊100公里的任何地區(qū)都可以在1小時(shí)內(nèi)抵達(dá)。
“蒼鷺”可以像飛機(jī)一樣快速飛行，但是又不需要飛機(jī)的起飛跑道。在機(jī)翼尾安裝了后置螺旋槳，在螺旋槳后還設(shè)置了可調(diào)節(jié)控制面板。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后置螺旋槳時(shí)，飛行器在后置螺旋槳的作用下實(shí)現(xiàn)了豎直升降。同時(shí)，飛行器通過調(diào)整控制面板的姿勢，還能像直升飛機(jī)一樣，在空中懸停以及巡航。
“包括現(xiàn)在市場上主流的固定翼無人機(jī)，大部分都是需要跑道才能起飛的。如果需要跑道的話，就限制了無人機(jī)的使用范圍，比如偏遠(yuǎn)地區(qū)或者說城市里就沒辦法起飛。”單肖文帶了三架“蒼鷺”無人機(jī)參加珠海航展，其中一架為1比1原型機(jī)，機(jī)翼展開面積達(dá)3米。他說，“蒼鷺”無人機(jī)不需要跑道，只需要面積為一張家用飯桌大小的平地，就足以供其垂直起降了。同時(shí)，即便是在失速狀態(tài)下，“蒼鷺”也不會(huì)從空中跌落，它會(huì)懸停在空中。
“蒼鷺”可載重10公斤
有望明年投產(chǎn)
從項(xiàng)目啟動(dòng)到珠海航展亮相，“蒼鷺”在一年內(nèi)誕生，出生地就在南科大校園內(nèi)一處荒蕪的建筑工地內(nèi)。單肖文回憶起研發(fā)制作過程，笑著說，那邊沒有人，很安全，但是也沒有任何遮擋物，這位從北京來到南方的教授忍不住感嘆，“深圳的夏天真熱??！絕對是暴曬！我們帶著草帽，在戶外試飛一呆就是好幾個(gè)小時(shí)，一個(gè)個(gè)都被曬得黑黝黝的。”
經(jīng)過無數(shù)次的失敗，無人機(jī)也摔了幾十架，今年9月，由單肖文率領(lǐng)的南科大項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已完成30%縮比驗(yàn)證機(jī)的飛行測試和性能標(biāo)定，并實(shí)現(xiàn)了1比1原型機(jī)的首飛。如今，“蒼鷺”無人機(jī)已經(jīng)歷了上百次的起落飛行，它再?zèng)]有從空中跌落過。
“‘蒼鷺’無人機(jī)航程提高五倍還能載重10公斤”。這一年的艱苦研發(fā)，將在珠海航展上得以驗(yàn)證，讓單肖文“非常興奮”！他和團(tuán)隊(duì)的計(jì)劃是，接下來用半年到一年的時(shí)間，將“蒼鷺”的性能打磨得更穩(wěn)定、更安全，進(jìn)一步降低制造成本并有望進(jìn)入量產(chǎn)。
數(shù)據(jù)顯示，2017年快遞數(shù)量超過400億件，智慧物流的市場規(guī)模已達(dá)到2000億元，預(yù)計(jì)到2025年有望超過萬億元。面對即將到來的“雙十一”，他描述了全新的快遞場景：同城之內(nèi)，買家下單后，“蒼鷺”無人機(jī)將在半小時(shí)內(nèi)送貨上門。他又加了一個(gè)時(shí)間點(diǎn)：就在明年“雙十一”。
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