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从DARPA的野望聊各式垂直起降固定翼无人机

【环球无人机频道 记者 赵汗青】近期美国国防部的DARPA垂直起降固定翼无人机计划一步步的推进、一次次的上了头条。

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前不久谷歌申请了个快递无人机包裹的专利:

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一个巧妙的盒子,可以用无人机准确而安全的把快递送到目的地,还能重复使用。我对这个盒子兴趣不大,但是谷歌所使用的快递无人机倒是让我眼前一亮:

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他们居然用固定翼!还是垂直起飞固定翼!

随着无人机热的兴起,许多家快递和物流公司都在研究如何利用无人机来送快递。但无论国内的顺丰、京东还是大洋彼岸的亚马逊都在使用多旋翼无人机。多旋翼的好处显而易见:便宜、好操作,更为关键的是天生会自主起降。

可是固定翼又天生具有续航强、速度快的特点。多旋翼的续航时间用分钟计算,而固定翼的续航时间可以按小时算。更为重要的是固定翼飞行过程中的气流会让其自稳定,失去动力也能滑翔。最极端的例子是我们小时玩的纸飞机:没动力,没自动驾驶仪,可是居然能飞。所以固定翼从飞行安全的角度讲非常靠谱。

不过鱼和熊掌不可兼得。固定翼的无人机也好、有人机也罢,起降都是个老大难问题。在北京的某中国航天旗下的无人机研究所,其固定翼无人机都要拉到几百公里外的机场做测试;许多民用小型固定翼无人机则选择了弹射起飞、伞降的粗暴使用方式,但这样使无人机的机体折寿很厉害。

然而在“飞”这个问题上人类的脑洞无比的大,有无数的天才or疯子在绞尽脑汁的设计垂直起降固定翼。

大家见得最多的是“变形金刚型”:

即推力可以转换到垂直向下,像直升机一样起飞,升空后再把推力慢慢转向后,变形成固定翼。

在虚拟世界上镜率最高的是英国“鹞”式战斗机。在《真实的谎言中》带施瓦辛格州长上了天;在《红色警戒2》中则让程序员们不用做跑道;在《侠盗猎车手:圣安地列斯》中则可以亲自驾驶这个狂拽炫酷去炸天。

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其起降的解决办法是矢量喷管,同样解决问题的还有雅克141、F-35B在新闻中看得最多的则是鱼鹰,它的任务是从两栖攻击狭窄的甲板上起飞,带着一肚子“海豹”突击队员发起超越地平线攻击。其起降解决办法是倾转旋翼。

无疑这是一种非常先进而巧妙的垂直起降固定翼模式,但是也正是因为太先进而巧妙,所以昂贵而复杂,使用中的问题也不少。且不说设计中需要特别注意避免废气吸回进气道而造成的熄火。就说使用中的操作也是非常复杂,海鹞飞行员对其起降的形容是“手忙脚乱”,而且悬停时间只有几分钟,不赶紧完成起降就会过热。

V-22鱼鹰的问题则更多,研制之路就无比坎坷。即使量产后仍然事故不断,尤其在垂直转平飞的过渡中容易摔。更悲催的是按照美军“严谨”的阵亡确认方式,出师未捷身先死不算KIA(阵亡),更拿不到紫星勋章。

所以现在垂直起降的无人固定翼飞机几乎没有使用这种模式,只见过倾转旋翼的航模机供娱乐用。而美国国防部“明知山有虎、偏向虎山行。”最近的这个垂直起降固定翼计划就是这样的。

第二有名的则是“1+1型”

把固定翼飞机上简单叠加一套垂直升力系统,简单粗暴有效。

比如1968年的“四号任务”,为应对苏联“老大哥”可能的进攻而上马的激进项目。要以薄弱的航空工业基础研制出垂直起降战斗机,脑洞大开是必须的。最后确定的方案就是这个:将歼-6神机(击落过F-4“鬼怪”、斩首过F104“寡妇制造者”、追击过UFO)上装四个升力风扇。这样起降时候是四旋翼,平飞时候是歼击机。

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因为技术、经济、政治多方面原因,垂直起降歼-6方案最终下马。但是随着无人机热与电动多旋翼技术的兴起,这个想法东方不亮西方亮。2014年美国加州的Arcturus UAV,于本周披露了其垂直起降解决方案——Jump VTOL系统:Arcturus Jump,也就是一套能装在固定翼无人机上的四旋翼套件。现在国内的一些做固定翼的无人机企业对此也“见贤思齐”,据业内人士称现在国内有许多家企业在研发类似的系统。
这是一种相对稳妥的方案,一方面不需要复杂的矢量喷管或是倾转旋翼技术;一方面垂直转平飞的切换过程中容易保持垂直升力。但是缺点也很明显:沉!平飞时也要带着沉重的垂直升力组件,即浪费重量,又增大阻力。对飞行性能会有很大影响。

除此之外,还有一种“立式垂直起降”

即最简单粗暴的把一款固定翼设计为可以竖起,直起直落不加特技。开山之作是二战纳粹最后的挣扎:巴赫姆Ba 349“蝮蛇”火箭动力截击机,纳粹指望在机场都被炸烂的时候用此负隅顽抗;二战后美国人根据其灵感设计了XFV-1和XFY-1。

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“只要马力大,板砖飞上天”,之前八一航空表演队就有一架歼10刚飞离地面就垂直爬升;战斗种族俄罗斯的苏33更是上演了一出“甲板眼镜蛇”:飞行员在“库兹涅佐夫”号航母上降落失败,没有勾住拦阻索,然而强大的马力给拉杆过度的飞行员成功续命。

显而易见“立式垂直起降”是一件非常不靠谱的事情,操作困难风险大。在空中能飞“眼镜蛇机动”的都属大神;眼镜蛇降落那就更困难了。

然而有人机不亮无人机亮。对于轻、小、不追求高速性能,而且容易控制的电动无人机而言,环球无人机频道认为还是靠谱的:它垂直起来可以看成一个多旋翼。成都飞机工业公司推出了VD200尾座式垂直起降无人机;谷歌的快递无人机跟VD200如出一辙。

“实践是检验真理的唯一标准”,这些看起来美好的垂直起降固定翼到底好不好用,还是用户说了算。环球无人机频道对此表示拭目以待。(来源:环球网)

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