高洪波 苏周 张兆海

摘   要：无人机种类众多，各有特点。如固定翼无人机、多旋翼无人机、无人直升机、扑翼机，各种机型层出不穷。不同的机型，根据其自身特点，应用场合也略有不同。而垂直起降固定翼作为其中重要的组成部分，其发展非常迅速。本文概述了目前常见无人机类型及特点，介绍了垂直起降固定翼无人机的最新发展，阐述了该机型所拥有的优势以及未来的发展趋势，并从人类研发无人机的初衷出发，展望了无人机未来的发展。希望可以為无人机的发展提供借鉴。

关键词：无人机  垂直起降  固定翼

中图分类号：V221.3                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0232-02

随着无人技术的不断发展，无人机在世界各国军民领域的研发和应用越来越广泛。像我国自主品牌“大疆”无人机的应用已深入航拍、测绘、侦察、电力巡线等各个领域。固定翼无人机以其空气动力学优势，相对载重更大，能耗更少，续航时间更长，可以实现长航时远距离任务需求，因此其应用领域更加广泛。人类研发无人机的初衷是追求更加智能、便捷，不管是军用还是民用领域，永远都不会排斥使用方便、性能优越的无人机。近些年，垂直起降固定翼无人机逐渐映入人们眼帘。这种机型，融合了旋翼无人机对起降场地依赖小和固定翼无人机飞行效率高的优点。

1  无人机机型类别及特点

无人机按照机型不同，目前常见类型主要包括固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机。其中无人直升机和多旋翼无人机都是靠螺旋桨旋转产生升力，克服无人机自身重力实现飞行。因此都属于旋翼机类型。显然旋翼机型的螺旋桨产生的升力必须大于其自身重力，因而其能耗很高，一般飞行时间较短，航程比较近。优点是可以悬停，容易操控。

而固定翼无人机，是根据空气动力学原理来设计机翼的形状，靠动力装置产生推力或者拉力，使无人机获得一定速度后，会导致空气在飞机上下表面的压力不同，进而产生升力，其升力主要来源于固定的机翼。显然，有速度才有升力，因而固定翼无人机是不能够悬停的。由于其推重比可以小于1，所以相对能耗不高，飞行速度可以更快，飞行时间可以更长。主要缺点是不容易操控。

2  垂直起降固定翼无人机发展现状

垂直起降（Vertical Take-Off and Landing）一般简称VTOL，垂直起降固定翼无人机，是指具有固定机翼，又能够实现垂直起降的无人机，它融合了旋翼和固定翼的优点。

2.1 倾转旋翼垂直起降无人机

由美国贝尔公司研制的"鹰眼"倾转旋翼无人机，是早期研发的一款典型的垂直起降固定翼飞机，但该飞机后因成本问题被束之高阁。同样由该公司研制的V-280有人机，作为第三代倾转旋翼机，是为美国陆军“未来垂直起降飞行器（FVL）”计划所专门打造的机型。

2018年11月举办的珠海航展上，由航天十一院研发的彩虹-10无人倾转旋翼机，如图1所示，同样是采用第三代倾转旋翼飞行器技术，展示了我国对无人倾转旋翼机的研发能力。

诚然，倾转旋翼机制使得“垂直起降”和“固定翼速度”能二者兼得，但其复杂的机械结构、对材料、飞控乃至发动机的苛刻要求使得价格极高。

2.2 旋翼固定翼复合式垂直起降无人机

由美国洛克希德·马丁公司制造的一款商用混合动力无人机“追踪者”XE（Stalker XE），如图2所示，是一款使用燃料电池和锂离子电池混合驱动的电动无人机，2011年，洛克希德·马丁公司报告，Stalker XE经多次试验验证，其飞行时间达8h。2018年，在佛罗里达州坦帕市举行的特种作战部队行业展销会（SOFIC）上，洛克希德·马丁公司宣布其Stalker XE无人机已经增加了垂直起飞和着陆（VTOL）能力，如图2（b）所示，将为用户提供更大的任务灵活性，使无人机可以用于更严苛的环境中。

这种无人机和倾转旋翼机完全不同，它是在保留原有固定翼动力装置的基础上，额外增加一套四旋翼动力装置，相当于采用了两套动力装置。在起降阶段采用旋翼装置，在巡航阶段采用常规固定翼动力装置飞行。由于两套装置相互独立，其关键技术在于解决两种模式之间的顺利转换。

3  垂直起降固定翼无人机的优势及发展趋势

垂直起降固定翼无人机，克服了旋翼无人机的航程和航速始终受限的通病，又摆脱了常规固定翼无人机发射与回收方式繁琐且不够稳定、对人员要求较高的缺点。这种特点很好地契合了人们对无人机更加智能便捷、载重更大、能耗更少、续航时间更长、使用范围更广的期待。正是由于这些优点，使得世界各国对垂直起降固定翼无人机的重视程度越来越高，各无人机公司也纷纷开始研发各种垂直起降固定翼无人机。

随着飞控技术的发展，垂直起降固定翼无人机在模式转换阶段越来越平滑、可靠。而且一些开源飞控也已经加入垂直起降固定翼机型，使大众可以自行设计制作或者进行改造。随着小型化技术的不断发展，垂直起降固定翼无人机的尺寸可以做到更小。小型无人机以其独特的重量优势，逐渐开始具备大型无人机所特有的军事能力，并且能够极大地节省费用。垂直起降固定翼无人机的用途也因此变得更加广泛。随着电池技术的推进，采用燃料电池或者混合动力电池供电技术，使垂直起降固定翼无人机在原有的基础上，续航时间更长，飞行性能得到大幅度提升，胜任场合变得更多。

4  结语

无人机的发展速度之快是无法想象的，无人机的应用已深入各个领域。随着选择越来越多，经过不断的沉淀后，最好用的机型终究会浮出水面。可以看出，垂直起降固定翼无人机的优势明显，也越来越智能，其推广速度也越来越快。随着世界各国对垂直起降固定翼无人机的充分重视及进一步研发，垂直起降固定翼无人机极有可能成为未来无人机的主要机型选择，占据无人机市场的龙头地位。

参考文献

[1] 林硕威，吴湘莲，楼平，等.一种新型固定翼无人机的研制[J].电子制作，2019（7）：91-92，84.

[2] 刘俊龙. 推力换向式垂直起降无人机结构设计研究[D].西北农林科技大学，2017.

[3] 刘凯，叶赋晨.垂直起降飞行器的发展动态和趋势分析[J].航空工程进展，2015，6（2）：127-138，159.