因此,与多旋翼固定翼复合型类似,起飞重量要求非常小(小于5kg)时,也不宜采用倾转旋翼布局,而对于载荷重量要求比较大的应用中,倾转旋翼的效率提升就可以弥补结构、控制复杂的劣势了,特别是如果有野外的大载重、长航时需求,由于现在大载重直升机的飞控仍有很多不足,倾转旋翼不失为一种折中策略。当前多旋翼固定翼复合构型市场已经成为红海,PX4等开源飞控也都支持了倾转旋翼,可用预见,下一步倾转旋翼的产品和应用也将越来越多。
产品方面,有深圳智航一直在进行倾转旋翼固定翼构型的研发和测试,并且推出了面向物流(V330)和测绘(V400)的两款产品,智航产品的一个优点是旋翼下洗流不会打到机翼上,因此垂直起降模态的动力损失较少,而在实际应用中,这两款产品具有不错的载荷能力和续航时间。
沈阳无距则推出了串列翼布局的倾转旋翼,只是我们看到的都只是概念模型。
虽然实用化的产品还较少,但笔者还是对创新设计的倾转旋翼寄予希望,也相信设计合理的倾转旋翼无人机在未来几年也将大放异彩。
三、尾座式垂直起降
相对于倾转旋翼构型的将旋翼轴转90度转平飞,尾座式垂直起降无人机则是将自己整体转90度转平飞,这样设计的绝妙之处在于省略了旋翼的倾转机构,具有更高的机械可靠性。单从结构上看,尾座式垂直起降构型只比固定翼构型多出了尾部支撑机构,但是由于省下了起落架系统,因此很可能会比相同起飞重量的固定翼重量更轻。从气动布局上看,尾座式构型可用设计成飞翼布局,翼身融合布局,甚至是常规布局,因此气动效率优势明显。
但是由于较大的机翼面积,尾座式构型飞行器在垂直飞行阶段更容易受到气流扰动影响,而由于涉及控制策略转换以及姿态的迅速变化,垂直和平飞的转换过程也较难控制,因此现在尚没看到哪个飞控可用非常好地实现尾座式构型飞行器的全自动飞行。不过一旦这个问题得以完善解决,尾座式构型将是垂直起降固定翼无人机构型最好的解决方案。
既然尾座式构型的气动效率很高,且垂直起降阶段容易受侧风干扰,那么可以开个脑洞,在物流运输行业中,高附加值或者急需物资的仓对仓、仓对柜运输就可以考虑这种构型,因为无论是仓库,还是大型快递柜,为尾座式无人机设置供起降进入的天井,而仓库货快递柜内完全可以提供无风的起降空间。当然,这些想法都是基于飞控已经成熟的前提下。
尾座式无人机的产品方面,除了军用的有611所研发的VD200,民用的也有四川傲势科技X-Hawk概念机,从外观上看还是有一定新意,大展弦比机翼配合翼梢前掠,只要控制得当,续航和机动性都有一定保证。
事实上,2017年市场上能见得到产品、样机甚至概念机且相对靠谱的,也就以上这几种构型了,而且假以时日,随着民用无人机结构、气动、飞控等技术的进展,这些构型的无人机都将有自己的用武之地。下面就来看几种少见的、新型的复合翼构型。
四、其他复合构型
LightningStrike,这是一款分布涵道式旋翼与固定翼混合构型的飞行器,动力系统为一台涡轴发动机带动三台发电机,进而为24台涵道螺旋桨提供动力,其小型无人缩比验证机也已完成测试。鉴于小直径涵道式螺旋桨的效率,这种飞行器也不是冲着高效飞行而设计的,我宁愿相信DARPA为了测试和改进其混合动力输配电系统而故意做出一台十分费电的飞机。
Carter Copter,这是Carter Aviation公司推出的一款自转旋翼和固定翼复合构型飞机,这种飞行器结合了自转旋翼机的结构简单、可跳飞性能,以及固定翼飞机高速飞行时的高升阻比,由于采用电传操纵,未来也是要成为无人机的一种可行方案。
X-50A,这架混合构型飞机虽然距离2017年比较远(首飞于2003年),但是看在其不拘一格的设计思路以及NASA的背景,则有必要提及一下。X-50A的主旋翼在垂直起降和低速飞行时为桨尖喷气动力的旋翼,同时,桨尖喷气也提供前飞动力。随着前飞速度的提高,鸭翼和尾翼逐步提供足够的升力,从而卸载主旋翼的转速,并最终转为固定翼模态。由于采用了桨尖喷气技术,其旋翼并没有反力矩,因此在垂直起降阶段,并不需要类似于直升机的尾桨。不过由于验证机完全没有达到预期的效果,我们现在才看不到以此为原型的产品。
本文简单梳理了近年来出现的几种既能够完成垂直起降,有在一定程度上具有固定翼续航优势的复合翼构型,但是无人机的设计千变万化,应用场景也多种多样,我们既要从理论和试验出发探索不同飞行器的优势和不足,又要避免对某些技术盲目自信,固守并过分夸大其应用范围,这才是无人机技术能一直向前发展的有效保证。
文章来源:宇辰网