垂直起降无人机技术发展现状与展望

垂直起降无人机技术发展现状与展望

于新艺 马富东

中国人民解放军陆军航空兵学院 北京 100000

摘要：通过将垂直起降技术和无人机技术相结合，垂直起降无人机技术使我国在航空领域的发展有了全新的平台，垂直起降无人机技术既具备了直升机的悬停和垂直起降功能；又具备了固定翼飞机航程远的优势；不仅如此，垂直起降无人机也具备无人机的特点，在特殊任务要求下垂直起降，无人机技术将会发挥出卓越的作用。对于垂直起降无人机技术的使用，能够采取的起降方案、飞行计划将是多种多样的。本文将对垂直起降无人机技术的发展现状进行一定的分析，并在最后提出一个在未来发展上可以借鉴的飞行方案。

关键词：垂直起降无人机；控制设计；总体策略

飞机的研发为人类在空中航行创造了全新的领域，不仅以极大的优势为人类交通提供了便捷，更在战场上发挥着至关重要的作用。飞机具备良好的运行能力，特点是速度快、行程远，但是飞机的起降又必须依赖跑道，因此在一些特殊场地上飞机的使用受到了限制。对此，垂直起降飞行器也就是直升机应运而生。而直升机能够极大地弥补固定翼飞机在场地限制上的短板，不足之处是直升机受到其架构和飞行方式的限制，飞行速度最高只能达到每小时400公里，明显低于固定翼飞机。而随着科学技术的发展进步，垂直起降无人机技术也逐渐被研发应用，带来了全新的飞行发展机遇^[1]。

1 垂直起降无人机技术的发展与现状

1.1 垂直起降飞行器的发展历史

垂直起降飞行器的概念最初是由德国提出的，二战后德国在空中的绝对领导权逐渐丧失，而为了应对敌方的空中轰炸，德军迫切需要一种能够进行随时出击的、并且具备一定隐蔽性的防御型战斗机，垂直起降拦截机成为了德国的主要研发方向。但是，随着二战结束，相关的研发方案还未来得及落于实际，德国作为战败国就不得不搁浅这些方案，无法继续研发。由德国人所提起的垂直起降理念却给世界带来了新的研发思路，开创了研发垂直起降飞行器的先河。之后，欧美等发达国家便掀起了对于垂直起降飞行器的研发热潮，经过70余年的探索研究，各类的研发产品不尽其数，但是最终得到实际应用的却为数不多。主要是由于垂直起降飞行器功能实现的原理十分复杂，导致了控制和设计都非常困难，理念的落实频频受阻^[2]。

1.2 垂直起降无人机的发展现状

时至今日，垂直起降飞行器研发的成果已经能够应用于有人驾驶的飞机之上，但是随着空中环境愈发复杂，人类需要面对的空中环境挑战也将越来越多，许多特殊情况下并不适合有人驾驶的飞机进行飞行任务，所以垂直起降无人机技术将成为现代飞行器研发的重要技术。无人机技术的使用不用突破到飞行人员的生理极限，而垂直起降技术又能够帮助无人机完成更为灵活的飞行任务。于此，各个世界关于随时起降无人技术的使用设计方案在创新的过程中也越发取得创新。^[3]

现在无人机分为两类，一个是无人直升机，可以在狭小的空间内实现一定灵活性的起降功能，并可以在目标上空进行长时间的悬停任务。但是存在着飞行速度慢、任务空间半径小的问题，无法满足海军对于功能的需要；另一个是固定翼无人机。虽然速度快、任务空间半径大，但是不能实现垂直起降的功能，对于起飞场地有所要求，因此在使用上也会受到极大的限制。运用垂直起降无人机的理念，现在已经研发出具备前二者共同优势的垂直起降无人机，能够在有限的场地内实现灵活的起降，也可以达到快速飞行的目的；同时在悬停作业上表现优异。随着技术的发展进步，垂直起降无人机也已经能够做到长航时，多个国家已经将垂直起降无人机技术应用在军事侦察等其他特殊任务环境之下。垂直起降无人机技术将使各国的战略战局布置变得更为灵活，而且起降的精准度得以有效提升，这些将促进垂直起降无人技术得到更为快速的发展进步和普及运用^[4]。

2 未来发展可以借鉴的垂直起降方案

2.1 布局建议

在对垂直起降无人机整机进行设计的时候，可以融合单台转子发动机、中单翼、双旋翼、无尾布局的优势，用一根贯穿于整个机身的传动轴，在机身内设置发动机驱动翼尖的功能，并且在整个机身实施无尾布局的方案。将有效降低整个垂直起降无人机的结构质量，也能够有效提高飞机的隐身能力^[5]。

2.2 起降方式

将垂直起降无人机设置为尾座式停放的方式，按照直升机正常起飞的模式来进行起飞。达到目标高度后，垂直起降无人机自动倾斜器将前倾并配合升降副翼来进行方向的调控，由此将会产生低头力矩，使无人机进入到固定翼飞行的模式保持平飞。降落的时候，垂直起降无人机需要先提高飞行高度，使飞机头部垂直向上，然后配合减小旋翼的总距以及转速调控，将实现垂直起降无人机在垂直的方向缓慢下降直至安全着陆^[6]。

3 结束语

由于垂直起降飞行器可以进行空中悬停，并且对起降场地没有过多的要求；同时也具备着较快的飞行速度和较强的续航能力，所以自研发以来，垂直起降飞行器得到了广泛的应用。无人技术应用于直升机，能够使飞行器获得更多的优势，在垂直起降方案上将有更多的种类可以选择。可以预见，未来垂直起降无人机技术将会在多国军事领域上得到广泛的应用。我国同样需要加强对于垂直起降飞行器领域的研发，结合现在的发展态势，对国际上各种先进的理念以及研发手段进行深入的剖析，并融合我国现有技术优势，有望实现我国垂直起降无人机技术的快速发展。

参考文献：

1. 于进勇, 王超. 垂直起降无人机技术发展现状与展望[J]. 飞航导弹, 2017, 000(005):37-42.

2. 杨梦琳, 李道春, 万志强,等. 中国面向遥感应用的垂直起降无人机现状和应用前景分析[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(04):26-33.

3. 杨传广, 马铁林, 甘文彪,等. 垂直起降固定翼无人机技术特点浅析[C].2017年(第三届)中国航空科学技术大会论文集(下册). 2017.

4. 韩竞择, 陈中原, 蒋炳炎,等. 涵道风扇式无人机发展现状与关键技术分析[J]. 飞航导弹, 2013.

5. 段洪伟, 赵长辉, 王琦. 新型垂直起降无人机的发展[C].2014(第五届)中国无人机大会论文集. 0.

6. AbdelkaderAbdessameud, AbdelhamidTayebi. 垂直起降无人机的动动协调:姿态同步与编队控制[M].垂直起降无人机的动动协调：姿态同步与编队控制. 国防工业出版社。