国外运输型无人机发展现状与启示

林一平/上海交通大学

运输型无人机的研发牵涉到其战略定位、主导类型、主流模式、新技术应用、系列化发展、应用型试验等方面，在使用中也形成了各自不同的技术风格，研究其创新要素，洞察国外近些年研发动向，把握其战略定力，从中能给人诸多启迪，颇具积极意义。

运输型无人机作为空中物流运载工具之一，具备了无人驾驶飞行平台的综合功能。经过近十多年的快速发展，国外对运输型无人机的研究应用已逐步包含研发、制造、试验、使用、标准、法规、市场等方面，促进了无人机产业的技术进步，其中有国有企业，也有大量民营科技企业；有科研院所，也有高等院校；不仅航空业内单位积极投身其中，非航空业的单位也踊跃参加，涵盖了新能源、新材料、电子、机电、通讯、仪器仪表、航天、汽车、铁道、船舶、互联网、物联网、人工智能等行业。

波音空客强势布局

在运输型无人机的研发行列里，著名航空企业波音公司、空客公司位列其中。众所周知，这二家公司以研制大型喷气客机为主业，拥有人才、技术、装备、资金、市场的雄厚实力，在构建各自完整的航空体系方面，往往通过考察、评审和收购的方式将有实力、有潜力、有前途的无人机企业收入麾下，给予资金帮助和技术指导，支持其继续发展。

波音公司

虽以制造大型喷气客机为主，但还承担了一些军用飞机的生产、改装任务，对无人机的研制早已涉足并投入生产，积累了较丰富的经验，民用无人机研制型号不多但有其特色。

图1 由波音公司研制的8旋翼运输无人机

图1所示是波音公司不久前推出的一款四轴8旋翼的运输无人机，采用构架式结构和对称型布局。机长4.57m，机宽5.49m，机高1.22m。起飞重量339kg，有效载重227kg（约500lb）。该机采用全电驱动，在左右梁端上下配置了8台电机，分别驱动8副旋翼（见图2），可垂直起降，也可空中悬停和机动飞行。

该机采取经典的四轴旋翼无人机布局，具有8旋翼均布、构架式机身、四点式短杆起落架等特征。其中，8旋翼分别由设在左右2根外伸横梁端座上下方的电机驱动，优点是充分发挥布局特点，以小代价巧妙地满足了8组小电机功率叠加后产生大功率驱动的需求。8副对称均布的旋翼则可提供动升力来满足垂直起降、空中悬停、机动飞行的需要。3个电池组安装在机腹上下纵梁之间，通过4根斜撑加强固定。该构架式机身具备外伸梁的承载功能，不仅结构简单，工艺性好，而且强度高，承载能力强，做到了轻量化，达到了实用化。该四点短杆起落架具备结构简单、短杆强度高、重量轻、气动阻力小、支撑平稳的特点。该机的研制时间为3个月（见图3），之后在密苏里州完成了试飞。

图2 波音8旋翼运输无人机在进行系统测试

图3 波音8旋翼运输无人机在做离地测试

波音公司设想在运输领域将无人机作为飞天“货车”，以高速度、低成本的方式将货物从配送仓库转移到另一个地点，成就若干城市商店。大型运输无人机还能把设备运送到地处偏远的工业设施，如石油钻塔等。

在推出新型eVTOL无人机4个月前，波音公司宣布收购极光飞行科学公司（Aurora Flight Sciences），该公司是一家航空和航空研究公司，是与尤伯公司（Uber）合作的少数几家公司之一，致力于开发“飞行出租车”。

波音公司还投资了Matternet公司，该公司是位于加州Menlo Park的创业公司，是在城市环境中提供无人机按需快递服务的领先企业。Matternet公司先进的物流平台未来将进一步实现可靠、高效的空中货运业务。

Matternet于2017年成为世界上首家获准在人口稠密地区上空进行无人机运营的公司，地点为瑞士。该公司利用Matternet地面站、M2无人机和云平台，实现了在人口稠密地区上空的安全飞行，并与瑞士邮政合作，向瑞士的医院提供按需医疗样本机械快递服务。波音旗下的HorizonX Ventures公司向Matternet注入了1600万美元的A轮投资。

无人驾驶飞机和飞行出租车并不是波音公司唯一的VTOL项目，该公司也是打造功能性喷气背包竞赛的主要赞助商，比赛旨在寻求能生产安全、安静、超紧凑喷气式飞机的参赛者，这种喷气式飞机能在不加油或充电的情况下搭载1人飞行32.19km或更长的距离。

空客公司

图4 空客风险投资机构参与初创公司小型无人机“电池优先”续航项目融资

同样以制造大型喷气客机为主，并承担了军用运输机的研制任务，对无人机的研制不仅热衷，而且还研制出一些创纪录的无人机，并在民用无人机机载系统研制、型号开发方面表现突出，这些共性技术都为无人机的后续发展开拓新路，也为运输无人机研发奠定基础。

空客公司研制的无人机“西风S”打破了无人机的最长滞空记录，持续飞行时间达624h。该无人机可以作为人造卫星的替代品，执行对地球观测任务、充当互联网节点或移动通信平台，且运营成本要比于人造卫星低得多。

空客公司发布最新研发的高端检验无人机系统，可在机库内使用，使目视检查变得快速便捷，极大减少了飞机停飞时间，提高了检验质量。该检验无人机系统结合了空客广博的航空专业知识和先进的无人机技术，整个系统包括智能自动化无人机、综合可视摄像机、基于激光的障碍物探测传感器、飞机计划软件和空客飞机检验软件分析工具。系统研发工作是在空客子公司Testia公司的协助下完成的，优化后的无人机检验系统可对飞机机身上部结构进行检验，大大提高了检验效率和检验质量。

电动无人机需要提供高性能电池才能增加留空时间，维持远距离飞行。空客风险投资公司最近投资了一家美国初创公司，后者开发了一种仅依靠内载电池即能单次持续飞行2h的商用无人机。这与目前普通小型无人机通常仅能飞行25~40min形成了鲜明对比，滞空时间整整提高了3~4.8倍。

空客的风险投资机构参与了美国加利福尼亚州桑尼维尔的棘手航宇公司价值940万美元A轮融资。由于柏尚风险投资公司与日食风投公司共同领投，棘手航宇公司筹集的总金额最终超过了1100万美元。

棘手航宇公司已推出的首款产品US-1采用“电池优先”设计方案，这也使得这款电动无人机能与燃油飞行器竞争。现在市面上已有的一些长续航小型无人机使用的是混合电动推进器。

US-1作为一款四轴无人机（见图4），空载重量为6.4kg，最大有效载重为2kg。锂离子电池酷似弹夹中的子弹一样沿机体结构均布，垂直安装在机身中央、外伸四臂和电机座周围，电池的总容量为1200Wh。对该无人机的电池充电至80%只需要40min。

该无人机可以携带前视红外双摄双传感器热成像仪、彩色摄像机或其他有效载荷，如多光谱传感器，探测相机或高清光学相机。US-1无人机最高时速超过67km/h，最大续航里程74km，售价为7500美元。

外界也已注意到空客公司对研制和开发载人的飞行汽车、“空中的士”情有独钟，包括有人驾驶和无人驾驶型的以及其身边携带的物品和随机运载的货物。这些科技成果的应用与研发运输无人机也有着技术上的异曲同工之处。

亚马逊重创新

网络零售巨头亚马逊正在研发“首要飞行”无人机送货服务。该项服务能让用户在下单30min内收到快件。目前仅在试点，倘若全面推开该项服务预计将在4~5年内投入运营。亚马逊装备运输无人机主要为了提高配送效率，同时降低人力成本，并解决偏远地区的配送问题。

当前亚马逊无人机一次运送的86%商品在2.27kg(约合5lb) 范围内，并且这些单件商品可从公司的96个大型仓库中的“物流中心”输出。亚马逊从2013年开始布局无人机物流项目，最终目标是令无人机送货方式覆盖80%左右电商平台的订单，并使用户在下单后30min内收到货。

2014年，亚马逊的送货无人原型机Prime Air亮相，用户能在 20km的范围内收到货。

图5显示了正在送货的飞行中的亚马逊6旋翼运输无人机。该机采取经典的多旋翼无人机布局设计，具有6旋翼均布、构架式机身、减阻形整流罩、四点杆起落架、采取强力式夹持器、使用标准化周转箱等特点。

其中，6旋翼均布可提供动升力满足垂直起降、空中悬停、机动飞行的需要。构架式机身具备外伸梁功能，做到轻量化，达到实用化。减阻形整流罩符合气动力要求，同时又保护了罩内的机载设备和系统。四点杆起落架具备结构简单、重量轻、气动阻力小、支撑平稳的特点。强力式夹持器具有机构简单、易操作、夹紧防松脱落的功能。标准化周转箱作为标配，实现了无人机有效载荷的规范化、标准化，方便周转、方便仓储，有利于装卸作业。

亚马逊鼓励员工技术创新，十分重视知识产权的申请与保护。从2014年到2017年，较重要的专利申请多达数十项。其中一项无人机送货系统专利是形成网络机群，能互相交流信息，收集环境数据，更新飞行路线。同时，该系统还可以为无人机更换电池、充电等。另一项专利“空中物流中心”是设想在指定区域的上空建立一种悬浮仓，然后用一种小型的接驳飞艇将货物运送到目标地附近的悬浮仓，用无人机完成最后一公里配送。亚马逊申请的另外一项关于无人机送货集群的专利主要针对面大体重的货物。用小型无人机组成集群，根据需要进行不同的排列，形成不同的方阵，以满足不同形状、尺寸货物的运输需求。

2016年是亚马逊专利申请的重要年份。2016年7月，亚马逊申请了一项关于无人机“接驳点”的送货系统专利。主要做法是把这些接驳点设在建筑物高处，通过中央控制系统进行监控和管理，使送货无人机能借助这些接驳点进行充电，在极端天气提供避险。这样的控制能够应对意外天气、密集人流的影响，选择最优的送货航线。9月，亚马逊一项让无人机在卡车上起降的相关专利获批，肯定了车载无人机系统的实用价值。12月，亚马逊借助 GPS 完成定位，完成了商业性的无人机送货首飞，送完货后能自动返回。

图5 飞行中的亚马逊运输无人机正在送货

图7 六旋翼无人机携带快件正在飞行中

图8 由四旋翼延展的八旋翼无人机

图9 三翼面布局的货运无人机

2017年几乎成了亚马逊专利申请的高峰年，3月，亚马逊在美国本土某地完成了首次无人机包裹快递，又向前迈进了一大步。同期，亚马逊还有两项专利曝光，一项是无人机可以根据对地形起伏的判断而自动调整起落架的高度，使机体本身能够在斜坡上稳定降落，由此无人机快递的适用范围将从平地扩展至斜坡、雪地甚至泥泞地。另一项是倘若包裹下降过程中因外界因素不能直线下落，将自动启用无线电波发消息指示包裹部署降落伞、压缩空气罐或着陆襟翼，这样可保障包裹不会中途丢失，并加快交货速度。5月，亚马逊在法国巴黎的郊区投资了一个新的研发中心，计划推出30min无人机送货服务。6月，亚马逊曝光了一款新的专利申请——无人机配送运营中心，外形是一座类似蜂巢的塔楼，内部配备机器人，配送无人机可以在该运营中心停靠，并装载下一单配送任务的货物。8月，亚马逊又有了“移动交付中心”的新专利，设想在火车、汽车和船舶上设计移动式运输无人机的维修站网络。10月，亚马逊拿到一份新专利，让飞行中的无人机给汽车充电。10月底，美国交通部公布了无人机融合试点计划，目的是安全地将无人机系统融入国家空域系统，进一步推动无人机对经济和社会的贡献。该试点计划的内容涉及夜间运行、在人群上空运行、超出（操作手）视线运行、无人机送货等方面。11月28日，亚马逊获得（遇到危险时）自动拆解式无人机专利，即无人机遇到危险时会自动拆解，让组件投向安全地点，尽量不让货物受损。12月，亚马逊的产品工程师开展了无人机能否有效避开障碍物、安全降落在预定范围的测试。

美国交通部曾警告称国内的交通基础设施正在老化，除非马上投入巨额资金进行维护，否则到2040年左右时美国的公路、水路、机场和其他交通系统会陷入瘫痪，而无人机则提供了一种可以绕开公路的选择。无人机可在新的、自由开放的、低于122m（约400ft）的空域飞行。现在许多国家的这一空域还处于闲置状态，没有得到使用，有望成为全新的运输型无人机的配送通道。

图10 组合布局的无人运输机

亚马逊着眼于市场需求，正在开发多种不同的原型机，仅运输型无人机就有8~9种不同设计，以适用于不同场景的环境，满足不同用户需求。最初推出的运输无人机适于低密度、中等密度地区，例如，在郊区，运输无人机可以直接停在用户家的后院。亚马逊还在开发城市运输无人机送货系统，例如可以将智能快递柜安装在屋顶，无人机再将包裹投放到柜子中。此外，亚马逊还申请了其他尚未转化为产品的技术专利，包括使用巨型飞艇作为移动仓库和飞行仓库，以及启动自毁无人机和能够进行虚拟化妆的镜子技术等。

配送一直以来都是亚马逊战略投资的核心。亚马逊认为运输无人机快递和送货的成熟化将早于大众预期，在部分地区5年内将达到规模水平。未来10年，运输无人机将使让亚马逊单次送货成本下降一半，给竞争对手造成沉重打击，还可能造成部分零售店消失。

呈现群雄崛起

当前，世界范围内对运输型无人机的研究、开发、试验、应用初成气候，并各具特点。不少国家利用早已布局成熟且四通八达的邮政机构开展运输无人机的快递业务，从试验中摸索，在实践中总结经验、在应用中逐步提高，使传统行业焕发活力。

美国联邦快递（UPS）倾心无人机快递

虽然联邦快递(FedEx)在空运圈内实力雄厚，拥有庞大的大中型货机队，但对无人机快递业的崛起和成长同样倾心，积极参加，不甘人后。其他物流巨头看准潮流，纷纷跟进。目前，已宣布对无人机快递业务进行评估的有美国联合包裹运送服务公司(UPS)和德国邮政敦豪集团(Deutsche Post DHL)。

美国联邦快递（UPS）在佛罗里达乡村地区测试了民用多轴无人机送货项目。UPS使用一辆装有无人机发射台的电动送货卡车，快递员将包裹装入无人机的货物箱中，然后打开卡车顶部，无人机起飞自动飞往送货地点。无人机飞出的同时快递员派送其他包裹，这一测试的目的旨在提高派送效率而不是取代快递员。联邦快递认为，无人机派送的效益在美国乡村地区将特别显著，因为快递员在乡村地区要负责更大的区域，往往要行驶好几英里才能派送一个包裹。如果每一位UPS快递员都使用无人机辅助送货，公司每年可节省5000万美元。试想一个三角形的配送路线，通过公路前往不同的停车点需要经过几英里的路程，有了这种停放在卡车顶部的无人机后，UPS的卡车驾驶员可在三角形的左下角派送包裹，然后放飞无人机，使之自动飞向三角形顶端派送包裹。

这些无人机都采用8旋翼设计，可以携带10lb重的包裹，最大飞行时间30min，可以与Workhorse的电动和混动送货卡车全面整合。在无人机送货时驾驶员可以继续前往下一个站点，手动派送另一个包裹。无人机之后会自动返回卡车，停在车顶充电。

这并非UPS首次公开测试无人机，该公司2017年9月也从马萨诸塞州贝弗利向大西洋的一个小岛派送过一个测试包裹，期间还穿过了公共水域。目前美国还没有完善的无人机送货法律法规，但是这并不能阻止相关企业先期展开实地测试，未来随着法规的进一步完善，民用无人机应用领域有望进一步扩展。美国联邦快递（UPS）认为真正引人瞩目的是无人机的巨大潜力，它们能在递送路线的多个地点协助快递员，帮助其节省时间，同时也可以满足由于电商发展带来的日益增长的客户递送服务需求。

尽管美国在军用无人机领域的技术最成熟且数量最多，但在民用无人机领域却明显落后于其他国家，这与美国出台的一系列严格的商业无人机监管政策关系很大。虽然从去年开始，一些监管政策有所松动，但亚马逊、谷歌等积极研发无人机快递应用的公司仍表示，因受监管政策牵制，发展阻力重重。

2015年4月，美国邮政启动“下一代投递邮车”项目。通过初审的招标企业除福特、通用、菲亚特、克莱斯勒和尼桑外还有一匹“黑马”，即2015年才正式更名为“驮马”的电动汽车公司，这家公司正与辛辛那提大学联合开发一款全电动邮车与无人机对接的创新投递系统，使其进入了美国邮政的视野。

这套电动邮车与无人机对接系统包括一辆“驮马”全电动投递邮车和一架“飞马”八翼无人机。邮车有效行驶里程为90~160km，在美国邮政大多数投递网路范围内。

德国智能包裹柜自动收投

德国邮政DHL的第一代无人机于2013年底进行了第一次试验，飞行1km，历时2min，飞越了莱茵河，将一个装有药品的小包裹投送到公司总部附近的草坪上。当时的无人机技术还在初级阶段，货物负载不能超过1kg，飞行距离只有500~1000m。

2014年9月，DHL宣布获得德国联邦运输部和航空管理局的许可，使用第二代无人机飞越北海，向尤斯特小岛投递药品。这次飞行成为欧洲第一次获得官方授权的无人机快递航运飞行。

2016年5月，DHL公布第三代快递无人机“Parcelcopter” 。此无人机在2016年初就完成了130次配送任务，8min即可将货物从德国Reit im Winkl送往海拔1200m的高原地区，而标准快递车需要花0.5h才能完成这个送货任务。至此，DHL成为全球第一家利用无人机技术为客户提供快递服务的公司。

第三代无人机可以在机舱内携带2kg以内、体积不大于4.4L的货物。由于体形苗条矫健，第三代无人机的飞行时速可达80～126km，从而有效降低被捕获的风险。最关键的是，这款无人机可以最大程度地实现“无人操作”。通常该机有两种不同的飞行模式。当它飞近包裹中心的时候，运动方式像直升机那样垂直降落；当飞行高度到达30~40m的时候会切换模式，机翼旋转90°，采取飞航模式飞行。在包裹中心机场顶端设有一个起降平台，上面罩着一个穹顶。当无人机飞近时，穹顶打开，无人机就降落在平台上。在此期间无人机可以完成自动卸货、自动重新装货，同时更换电池，无人机无需休息、无需浪费时间，换了电池就可以飞往下一个站点。

但并非所有人都认为无人机快递是一项福祉。一些居民认为，家家户户距离很近，公路体系也很发达，没有必要动用无人机这样先进的送货工具。除此之外，很多人仍然对无人机的运行稳定性、包裹保护能力以及个人隐私安全持怀疑态度。况且，目前第三代无人机对于温度骤降或大雪等极端天气的应对能力还有待提升。

尽管如此，无人机快递仍然是一项创举。对于人工服务昂贵的地区，它无疑将改变人们的消费模式。用户通过无人机业务，可以实现一天24h、一周7天的收发快递。

完全自动的货物装卸和运输能够有效提高运送效率，并将改革现有物流方式。德国邮政公司邮件通讯部首席执行官顿瓦尔特表示：“它的商机在于，下一步将会建成一个飞行网，不仅仅是点对点的接洽，而是将不同的点统筹到一起。”

德国邮政DHL董事会一直在与政府讨论如何监管商务无人机。DHL无人机的研发之所以领先于美国的几家竞争对手，离不开与政府监管机构的良好合作关系。第二代无人机试飞时，DHL也与多个政府机构共同合作，保障禁飞区内的测试顺利进行。作为行业“领跑者”，DHL在无人机投递研发初期即与政府监管部门密切合作，积极参与监管政策制定的进程，这与亚马逊和谷歌推进无人机技术受制于美国严厉的监管政策形成鲜明对比。

法国续测试验无人机可靠投递

法国邮政旗下国际快递包裹子公司GeoPost的DPD团队从2014年6月开始测试无人机投递包裹。2014年9月，在主要地形为山区的滨海阿尔卑斯省成功实现了无人机投递小型包裹的野外试验飞行。飞行距离为1.2km，投递包裹重量为3kg。

伯虎说到，随即又点开了空气当中那个系统其中的一个应用，是微报道新闻APP，他接着点触软件中的重要新闻一栏。

2015年2月，后续测试验证了无人机在严寒天气中飞行的可靠性。2015年7月，成功完成了无人机投递终端的测试，这是法国邮政无人机研发过程的一个里程碑。迄今，法国邮政的无人机投递性能已实现自主飞行最远达20km、包裹载重量达4kg，最高速度19mi/h，并配备降落伞，以备无人机飞行发生事故时使用。

法国国家邮政局希望能够利用无人机将包裹运送至其他普通运输方式难以到达的农村或山区，解决在这些区域地面车辆的最后一公里交付中服务难度大、成本昂贵的问题。法国邮政无人机的亮眼之处在于投递终端，可以从设施结构和电子操作系统两方面保障无人机起飞和着陆的安全，尤其是保障无人机卸下包裹这一重要节点的安全与质量，并在装卸包裹的环节实现全自动化。

新加坡“智慧国家”发展举措

2015年10月8日，新加坡邮政宣布成功进行了无人机投递包裹的试飞。无人机搭载了一封信和一件T恤衫，飞越了直线距离2.3km的海面，历时5min。包裹最终由投递员卸下，交到收件人手中。新加坡邮政表示，这是世界首例使用无人机进行点对点及对收件人进行身份验证的投递服务。

新加坡邮政测试是与政府信息通信技术监管机构——新加坡资讯通信发展管理局（IDA）合作开发无人机的，IDA实验室开发了适应岛屿城市特点的运行平台。特别注重安全性能，还开发了一个身份验证功能的APP，能够保证投递给指定的收件人，在实地试飞前3个月的测试中，投递准确率接近百分之百。如果无人机在30mim内没有成功验证收件人身份，就将触发超时指令并自动飞回始发地。

新加坡邮政与政府相关监管机构合作进行无人机投递的研发，正契合了新加坡于2014年8月提出的“智慧国家2025”的十年规划。无人机不仅为城市中日常包裹投递带来方便，也能为地上交通不便的地区投递物品，或在紧急情况下投递货物。考虑到商业和安全因素，距离无人机投递真正在新加坡投入使用还需要一段时间。现阶段还没有任何商业计划，只是探索无人机在技术和商务上的各种可能性和评估其经济效益。

瑞士稳健发展无人机技术

一向积极涉猎数字时代新技术的瑞士邮政也没有缺席对无人机投递的尝试，只是态度较为稳健。瑞士邮政与合作的瑞士世界货运公司及无人机研发制造商美国Matternet公司对无人机投递的共同看法是，研究无人机技术的特定用途并检验商用的成本效益。

瑞士邮政物流子公司希望用无人机来补充标准投递服务并为投递条件艰苦的地区提供服务。最有可能应用的无人机技术领域是向恶劣天气影响地区投递重要物资，或定期投递极其偏远地区居民订购的药品等物品。无人机在这些情况下将发挥极大的价值。

2015年初，瑞士邮政正在进行无人机第二阶段的研发工作，涉及到更多技术细节和应用领域。无人机投递是邮政行业未来不可或缺的服务之一，对于新涌现的技术应勇于尝试，即使暂时失败，也能从中学习借鉴。在偏远地区或紧急情况下，无人机投递具有商业价值。

西班牙无人机进行投递试验

西班牙邮政强调，作为国有的邮政运营商，西班牙邮政有保障全国邮政普遍服务的责任与决心，在某些山区或海岛的村庄，使用无人机无疑可改善现有的投递服务。

加拿大测试无人机超视距投递

加拿大无人机交付公司（DDC）宣布，作为公司超视距飞行试点项目的一部分，目前已在穆索尼和穆斯法克特里顺利完成一系列无人机投递测试飞行项目。参加测试的无人机（见图11）采用四轴8旋翼布局。在气动减阻方面，不仅机身上部安装了整流外罩，在机身下部的载荷舱外部也安装了整流外罩，气动性能明显优于目前载物裸露的无人机型。此次飞行测试经加拿大交通部和NAV CANADA批准，通过相互配合，利用Sparrow无人机，顺利在穆索尼机场周围的E类可控空域内完成了整个飞行测试，测试期间无事故发生，每项任务均顺利进行，同时无人机飞行安全。通过测试，进一步验证了Sparrow无人机的货运能力和有效性，验证了FLYTE管理系统的可行性。

英国对农村部署无人机有兴趣

2014年，英国皇家邮政在运输无人机部署方面表现出兴趣，因当时英国农村邮政服务存在问题，同样由于偏远地区交付成本很高，面临着挑战。

倾转翼身目标高效

倾转翼身无人机将多旋翼机的动升力和常规无人机的气动升力合二为一，是创新多旋翼机技术升级的有效途径，对减小气动阻力、提高其飞行性能大有益处。

图11 加拿大DDC 利用Sparrow无人机完成了整个飞行测试

图12 贝尔公司的垂直起降货运无人机探索新技术路径

著名的贝尔直升机公司不久前在沃思堡展示了一架名为“九头蛇”的混合动力无人机（见图12）。该无人机汲取了垂直起降和固定翼无需机场跑道和前飞效率高的优点。其载货吊舱在两副机翼和4个像曲棍球棒一样的尾腿之间。该机可提供分布式动升力需求和巡航推进动力。每副机翼上安装有2台电机，共计4台电机。每次由垂直状态过渡到水平状态的最大倾转角可达45°。

在使用尾部的活塞发动机垂直起飞后，“九头蛇”爬升至安全高度，再向前旋转90°至水平飞行状态。“九头蛇”无人机通过轴对称设计克服尾部立式起降设计的不稳定性。分布式的电动螺旋桨意味着飞机不必安装常规直升机上复杂的传动系统。

该机采用模块化设计，重视可维护性，从概念设计到样机首飞仅用了5个月时间。目前正在进行推进系统和设计构型的试验。

该无人机的有效载重为4.53kg，足以空运3大包花生巧克力。由于在巡航阶段主要采用固定翼飞行，不仅气动阻力较小，而且航速度快，飞行效率高。贝尔继续研发航程达138.9～370km的中型APT，甚至把目光投向航程555km的更大型APT。即使对于有效载重达6.8kg的无人机，贝尔也将其航程设计为92.6km，在低速巡航时可延长至129.6km。

图13 四旋翼单桨推进无人机平台

图14 飞翼式复合布局的无人机可垂直起降

图15 车载集装箱型无人机正在通过起重机释放地面

图16 集装箱型运输无人机悬吊大型物件在与货船配合作业

贝尔还将APT无人机用作满足军事后勤要求，能在战斗中为战士提供补给。由于军用和民用空域的管制区别，APT无人机在国外为部队服役的时间可能早于国内商用。

关注通用平台

运输无人机作为军民融合的运载工具，如何开发空中通用飞行平台适应未来经济建设和国防需要，这也是各国普遍关心并努力推进的项目。

美国著名的“臭鼬工厂”曾经推出了一款最新型的垂直起降军用DARPA运输无人机。

这款新概念运输无人机实际上是空中通用型飞行平台，能自行起降和飞行和吊运有效载荷起降和飞行，军民两用，归属于专业的航空运载工具。

DARPA运输无人机由机身、机翼连体两副倾转涵道推进器、雪橇式起落架、吊挂装置组成。与飞机和直升机相比较，该款运输无人机外形简洁、小巧，结构简单（见图17）。其机身即是结构主体，内设机载设备、遥控系统、电气/液压管路和燃油箱等，外连两侧机翼，下连吊挂装置和雪橇式起落架。吊挂装置通过钓钩和快速接头能迅速吊挂起符合技术标准尺寸和重量的汽车、装甲车、集装箱、医疗方舱、弹药、补给品等。采用涵道推进器比使用螺旋桨或直升机旋翼更安全、有效，且噪音小。雪橇式起落架可供它在陆上复杂地形稳定起飞和降落。

图18 示出了DARPA运输无人机的飞行剖面，反映了它由垂直起降到转入巡航、姿态改变的整个飞行过程。期间，该运输无人机的机身始终处于水平状态，而机翼与两副倾转涵道推进器则使无人机由垂直（起飞）、倾斜（爬升）、水平（巡航）、倾斜（下降）到垂直状态（降落）。

图19是DARPA运输无人机携带着有效载荷从濒海战斗舰上起飞执行多种任务。图20是DARPA运输无人机在完成运载任务后释放所携带的装甲吉普车的瞬间实况，从图中可以清晰地看到机身下的四点式吊挂装置，以及与机身连接的两副倾转涵道推进器及其矢量舵，通过适时地操纵舵面就能改变该运输无人机的航姿和航向。

图17 DARPA运输型无人机的总体结构形式

图18 DARPA运输型无人机的飞行剖面

图19 DARPA运输无人机携带有效载荷从濒海战斗舰上起飞执行任务

图20 DARPA运输无人机完成运载任务释放装甲吉普车瞬间

图21 DARPA运输无人机与装甲吉普车纵向连接后行驶

图22 DARPA运输无人机在战场使用的效果图

机与装甲吉普车纵向连接后行驶在路面上的情况。可以看到，此时机翼已经偏转90°，处于纵向锁定位置，与汽车纵轴方向一致，满足道路宽度的要求，不会横向碰及外来物，与普通汽车一样照常行驶。

图22是DARPA运输无人机携载4人海军陆战队战斗小组的集装箱进行垂直起降飞行，具有小股机动、灵活、穿插、转移、突袭的战场效果。

该款运输无人机是根据五角大楼国防高级研究计划局提出的要求进行专门设计的，主要是为应对越来越多的路边简易爆炸装置。该项目于2010年开始启动，2012年完成初步设计审查。战术要求是在加挂运输模块的情况下最小作战半径达463km。

从技术应用的角度看DARPA运输无人机，其最大特点是摆脱了传统的直升机系统与载荷同为一体不能拆分的局限，实现了无人直升机与载荷的有分有合，以“一对多”的方式（例如，以“一对五”、或“一对十”的编制；用装备较少架数的无人直升机来直接降低采购、装备费用，降低使用成本和维护成本，简化后勤保障）来满足众多小载量、多种类、大需求、频繁起降的要求，增强了运输无人机在使用中的灵活性，具有极高的运输效率。

结束语

国外运输无人机发展的若干动向展示出运输无人机设计同样可以丰富多彩，揭示了这些创新设计离不开新理念、新思想、新技术、新材料、新工艺的引领，需要从编制适航新标准、气动升力创新要素、复合型创新要素、电驱型创新要素、自主飞行创新要素、混驱型创新要素、到智能飞行等创新要素的强力支撑。只要其中的任何一项或几项获得突破，取得实质性进展，均将促进运输无人机技术及其体系建设的重大进步。

要求战时能深入危险地带空投武器、弹药、军需品、抢救药品，平时在应急救援中能够担当起普通直升机、运输机无法完成的任务，能全天候出动，空运、空投急需的抢险物资器材等。

运输无人机作为无人机家族的重要分支，其发展和装备体系建设要求军民融合有新理念、新思想、新标准、新创造不断注入，与时俱进，紧紧围绕促进国民经济发展与国防现代化建设，以加强运输无人机的科技创新、促进科技成果转化和产业化，形成规模，形成市场，产生经济效益。