复合翼平台成行业新宠

 

复合翼平台成行业新宠,各厂家间竞争激烈
在”尖兵之翼–第八届中国无人机大会暨展览会”上亮相了诸多行业级无人机,今年参展的多旋翼和固定翼的比例有所降低,反而是复合翼无人机比例上升,在逾百家参展行业中,展出复合翼无人机整机的约莫有近20家,能占到近20%。
在消费级无人机难以取得总打突破后,诸多厂家将重心转移到了行业应用上。前期,市场对于行业级无人机的需求不甚明朗,导致行业内一度充斥着多旋翼无人机。经过几年的发展,行业用户逐步在摸索中前进,明确了需求,大多需啊哟在复杂情况下起飞,又对续航和载荷有较高的需求。因此,复合平台解决方案应运而生。

据了解,复合翼平台能同时解决多旋翼的续航问题和固定翼的场地要求高、无法悬停问题,应用场景更多,机动性也更强,似乎已经成为行业内的新趋势。垂直起降不是什么新技术,复合翼平台的技术难度也有不同.仅在本次参展中的十数家展商中,就用到了三种复合翼平台,这也是目前较为常见的、成熟的复合翼平台,借着展会的由头,宇辰网梳理一下,这三类复合翼平台原理是什么、前景怎么样。

垂直起降固定翼:简单有效,普及率高
垂直起降固定翼是在固定翼无人机上叠加一套垂直升力系统,从而在结构上基本实现了多旋翼和固定翼的优势结合,基本具备了垂直起降、定点悬停、高速巡航的能力。

这种组合是典型的取长补短模式,固定翼续航时间长,但起降需要跑道;多旋翼可垂直起降又能悬停,但续航问题无法解决,干脆把二者捆绑,功能也就叠加了,但这其中没有考虑太多的动力复用和气动减阻。


不过,复合翼平台搭载固定翼和多旋翼两套动力系统,工作原理是:在起降及低速状态下按照多轴模式飞行,通过多个螺旋桨产生的拉力克服重力和气动阻力进行飞行;而在高速状态下,切换至固定翼模式飞行,通过气动升力克服重力,通过拉力向前的螺旋桨克服气动阻力实现飞行。可见,在其中一套动力系统工作时,另一套基本处于闲置状态,两套动力系统之间切换采用的是跳转方式,这种方式在切换过程中稳定性较差,如遇侧风,增加了飞机坠机的风险,这就对飞行平台控制的自适应能力有较高的要求。

另外,相对于单动力系统而言两套动力系统无疑增加了机体自身重量,也在一定程度上增大了飞行阻力,影响飞行速度,在整体载重量一定的前提下,留给任务载荷的载重量就较为有限,从而相对限制了该方案未来搭载大型任务载荷的扩展能力。

垂直起降固定翼的问题在于无法实现多点悬停,负责多旋翼的动力通常是锂电池,悬停十分耗费能源,飞机整机需要考虑整体的效率,一旦分配给多旋翼的能量增加了,势必要增加锂电池的用量,而锂电池的体积和重量增大,会影响到整机的效率。所以,垂直起降固定翼的锂电池能量,只够起飞和降落,不能支撑其实现悬停。

目前,国内垂直起降固定翼名气比较大的是成都纵横的大鹏系列。成都纵横是研发飞控出身,以提供军工品质、高可靠的飞控闻名,其大鹏系列无人机也已经经过市场的验证,大量出货。


“CW-30”翼展长度达到4米,机身长度达到2.1米,能够达到5500米的高度,满足高原作业的苛刻要求。“CW-30”的最大任务载荷能够达到6公斤。负载重量进一步减轻,“CW-30”的理论续航时间能够达到6小时,单次飞行能够轻松完成150平方公里以内的面积,“CW-30”在10毫米以下的小雨天气依然可以作业,此外,“CW-30”双翼撑的布局,也让无人机在飞行过程中更加稳定,能够胜任更多复杂的作业。

光点科技也多次展出其垂直起降固定翼无人机–“游龙”,该款无人机可以做到一键垂直起降。


“游龙”整合四旋翼垂直升降功能,在任何场地都可作业。游龙无人机翼展3米,长1.69米,但是需要的跑道仅为3×3米,最大起飞重量可达14公斤,有效载荷1.5公斤,巡航时间可达3小时,巡航速度为83公里/时,作业范围在200公里以上.光电科技方面介绍到,“游龙”无人机的应用场景包括航拍、测绘、森林防火、监测等。

在展会上露面的智能鸟、海利天梦等垂直起降无人机,无一不是整合了四旋翼与固定翼的优势,从尖兵之翼上展出的展品来看,该类垂直起降固定翼普及率较高,技术也相对成熟。

立式垂直起降:只要马力大,板砖飞上天
立式垂直起降就是把一款固定翼设计为可以竖起、直起直落的复合型解决方案。它不做结构上的过多变化,奉行“只要马力大,板砖飞上天”的理念。它确实解决了对起降场地的要求问题,在进入固定翼平飞姿态之后,也基本满足了巡航的速度,但由于它是通过整体机身倾转来实现从竖直到平飞的转换,转换的过程需要大幅度调整,操作复杂,转换速度慢。如果强行快速转换姿态,又势必影响飞行的稳定性,所以在实际作业过程中这种机型很难实现在空中急飞急停,急停急飞,频繁转换的具体需求。

三和航空2016年在珠海展上推出了一款紧急救援的旋翼载人机,今年尖兵之翼,他们带来了新的机型,“火箭”系列无人机是三和航空倾力打造的一款工业级可垂直起降的长航时固定翼无人机。据介绍,“火箭”系列无人机可垂直起飞,随后将在设定高度转为固定翼模式水平飞行,在降落过程中,可在双镜头激光测距定位系统的辅助下由水平状态改为垂直状态降落,该定位系统将帮助无人机侦查到地面的降落目的地,当确定目的地后将自动降落到指定的目标点,降落误差达到厘米级。


“火箭”无人机动力装置位于机头,由两只同轴反向旋转的螺旋桨组成。之所以采用同轴反转螺旋桨,是因为它可以在飞机起降起到稳定的作用.配之以石化燃料作为动力,无人机具有数小时的留空时间。

“火箭”系列无人机主要用于航空摄、遥感测绘、城市规划、灾害勘察、抢险救灾、警务巡逻、电力巡线、森林防火等领域。

“火箭”不是面世的第一款立式垂直起降无人机,早在2016年,中国成都飞机设计研究就展出过其研制的VD-200无人机,该飞机使用两具2米直径的螺旋桨驱动,采用飞翼构型,可以垂直起降,升空后转换为平飞状态。


这架无人机的基本数据:翼展4.6米,全长1.8米,起飞重量200公斤,载荷20公斤,最大飞行速度260公里/小时,航程150公里,留空时间3小时。VD-200无人机上装有光学/激光指示载荷。陆用型可由运输车搭载,与其共同使用的还有一辆指挥控制车。这两种车都采用东风卡车底盘.此外,这种无人机也有海军用版本,可以进行空中监控和搜索目标。

由于发射和回收方便,VD-200垂直起降无人机可靠近目标起飞,特别适用于多种需要快速反应且地形复杂的场合,如自然灾害评估、电力巡查、环境监测、地图测绘、空中交通监视、消防火情监测和农牧林业等.通过携带对应的任务载荷设备,利用其机动灵活的特点,可以快速实现对区域目标或重点目标的空中监视和侦察功能。

立式垂直起降方式,尽管看起来炫酷,但在实际操作中,整个机身都要经历由垂直形态转换为平飞姿态的过程,对飞控的要求很高。

倾转旋翼:技术难度大,前景被看好

倾转旋翼的倾转方式有好几种,以目前唯一量产的倾转旋翼无人运输机V-22为例,V-22是一种将直升机与固定翼飞机特长“联姻”融合为一体的悬臂式上单翼飞机,在设计上它吸收了固定翼和旋翼的优点,在机翼两端翼尖分别安装了一部旋转式短舱,两个短舱内各装有一台涡轮轴发动机,顶部各装有一副三片桨叶组成的旋翼,呈逆时针旋转,有利于提高该机悬停和前飞效率。起降时,旋转短舱垂直向上,使旋翼呈水平状态旋转,就可实现垂直起降;当达到一定飞行高度和速度后,旋转式短舱向前偏转,转动90°到水平位置后,旋翼就呈垂直状态旋转,这时该机便可像普通固定翼螺旋桨飞机一样向前飞行。

深圳智航研发了一款物流无人机–V330型垂直起降固定翼无人机,该无人机采用油电混合动力。据了解,该无人机与顺丰合作,搭配大型飞机实现长短距离不同的物流配送。


V330的最大特点是采用倾转旋翼技术,既有旋翼又有固定机翼,这种无人机能够以多旋翼模式起降,具有起降灵活、场地不受限的特点。同时能够以固定翼模式巡航飞行,飞行效率高、续航时间长、巡航速度快。该飞行器的旋翼可以从垂直位置转向水平位或者从水平位置转到垂直位置,使得多旋翼模式和固定翼模式能够共用动力系统,避免两种模式都携带大量重量而导致运载效率和巡航效率低的问题,据了解,无人机V330精准降落达到厘米级。

目前,V330已经试飞过多次,在运送药品等特殊场景,表现不俗。

除了深圳智航,沈阳无距科技有限公司也带来了其研发的倾转旋翼无人机,与V22将旋翼加在固定翼翼尖上不同,无距科技的倾转旋翼机是在机翼下方加转了一套可在水平位置与垂直位置之前转动的旋翼倾转系统组件。当飞机垂直起飞和着陆时,旋翼轴垂直于地面,呈横列式直升机飞行状态,并可在空中悬停、前后飞行和侧飞;在倾转旋翼机起飞达到一定速度后,旋翼轴可向前倾转90°角,呈水平状态,旋翼当作拉力螺旋桨使用,此时倾转旋翼机能像固定翼飞机那样以较高的速度作远程飞行。


无距科技研发的倾转旋翼无人机就叫“无距”,采用八桨布局,四轴可独立倾转,使得布局紧凑且固定翼与多轴之间转换更为迅速,同时百公里刹车距离仅为20米,便于在大范围快速侦查中急停锁定并观测目标.该系统最大飞行速度160公里/小时,负载能力5公斤,飞行时间25分钟-90分钟,巡航速度110公里/小时。

无人机是典型的市场导向型行业,市场上突然涌现出不同形态的复合翼平台,正是因为在不同的应用场景下,复合翼更能满足行业用户的需求。但复合翼平台突然呈现井喷趋势,竞争之激烈也可想而知,鉴于各家的技术积累与整机平台的打造实力,恐怕孰优孰劣很快就能见分晓。

 

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