贝尔公司的无人驾驶飞行器设计特点

李 韵

在未来，无人驾驶载人无人机将会是常见的飞行器，也是21世纪城市基础设施不可或缺的一部分。而货运无人机也是重塑航空未来的关键技术之一。无人驾驶载人航空器和货运无人机则是贝尔公司通往未来征程的开始。

无人驾驶载人航空器

贝尔公开“Nexus”空中出租车概念设计

在公开展示其极具未来感的空中出租车客舱实物模型、吸引业界众多关注一年后，直升机巨头贝尔公司首次公开了其“Nexus”城市空中出租车概念的配置详情。

在本次的拉斯维加斯CES 2019消费电子展上，贝尔展示了其“Nexus”城市空中出租车的概念设计。该机最大的外观特征是6个可倾转涵道风扇，设计搭载4名乘客和1名飞行员。采用混合电推进系统，动力来自锂电池组和一台赛峰公司研发的具体型号不明的涡轮发电机。“Nexus”的设计目标是“安全有效地重新定义航空旅行。”贝尔公司分管技术与创新的执行副总裁迈克尔·萨克尔表示。

图1 贝尔公司的“Nexus”空中出租车概念设计

作为与优步(Uber)合作开发的城市空中出租车验证机用于最早将于2020年在达拉斯和洛杉矶开展运营试验的5家公司之一，贝尔推出“Nexus”的目的不限于空中出租车，也包括物流和军用等用途。虽然空中出租车的概念很早就有了，但萨克尔表示：“创新之处是新技术的出现使我们可以用小型的、高度自主的纯电和混动垂直起降飞行器，去安静、安全、高效和经济地开展城市空中交通(UAM)业务。”

“Nexus”是脱生于贝尔用于帮助定义城市空中交通模型的4个综合框架的1个初步产品。迈克尔·萨克尔说：“运用运营、监管、制造和技术框架，我们正在推动技术创新，为获取监管支持制定路径，为飞行器设计和运营需求提供信息。”

“虽然我们今天没有公开正在进行中的项目的细节，但我们相信到本世纪20年代中期进行商业运营是可期的，”他说。“城市交通未来面临的挑战不会消失，也不会通过传统方式得到解决。要创建一个可行的城市空中交通网络还有很多工作要做，但我们相信未来是真实和可行的，可能很快就会出现在你附近的某个城市。”

图2 在6个涵道风扇全部向前的固定翼模式下，贝尔公司预计“Nexus”的巡航时速可达240km。

图3 前部和后部风扇位于与机身相连的可转动支柱上，中部风扇安装在中置短翼末端。

贝尔分管创新的副总裁斯科特·德伦南说：“‘Nexus’是一种‘很认真的飞机’，我们从一开始就将它设计为一种可通过认证、投入实用的飞行器。混合电推进是我们看好的技术发展方向。涵道风扇不仅降低了噪声而且提高了人员靠近飞机的安全性。我们希望它能服务于上下班通勤人群等各种出行场景。”

“Nexus”能在11.3m×11.3m的轻型直升机起降点起降，设计性能目标是航程240km，巡航速度240km/h。最大起飞重量2700kg，最大搭载能力360～450kg。

飞行汽车内饰风格的客舱内设有两排4座的乘客座，外加一个飞行员单座。“我们认为这是市场的需求。初期将由飞行员驾驶，让人们更易于接受这一新事物，但我们认为最终将使用自动驾驶系统代替飞行员。” 斯科特·德伦南说。“对于这个新兴产业，有的人看好有的人看衰。我们是看好的，我们将把它变成现实并推向市场。”

贝尔公司的信心部分源自其在涵道风扇和倾转翼飞机领域深厚的技术积累，例如上世纪50年代的XV-3倾转翼概念验证机，特别是60年代的X-22短距垂直起降研究机。“Nexus”的设计与X-22非常相似，也采用了成对高置的可倾转涵道风扇。

前部和后部风扇位于与机身相连的可转动支柱上，中部风扇安装在中置短翼末端。每个涵道内有一个直径2.45m的螺旋桨，螺旋桨安装在桨毂上，导向叶片同时也是转动组件的支撑结构。在直升机模式下，涵道风扇通过倾转提供垂直方向的升力，在固定翼模式下，涵道风扇只提供向前的推力，涵道外罩的外形会产生升力。“涵道外罩是飞机的被动升力系统，在固定翼模式下，涵道外罩和中央短翼提供了飞机的大部分升力。”德伦南说。

赛峰公司开发的涡轮发电机被安装在机身的后上部，与电池组一起为飞机的混合电推进系统提供能量。发动机废气通过排气管从双垂T尾的两个垂尾之间排出。

“Nexus”推进系统首席工程师凯利·黑罗尼莫斯表示，混合电推进系统提供了更高的任务灵活性。“这并不意味着我们对未来的技术关上了大门，”他指出，“我们始终在关注电池、燃料电池和未来其它储能技术的现状和发展，以及我们正在为混合电推进系统研发的许多技术，包括电致动器、电机、发电机和电力电子设备。”

除提供涡轮发动机外，赛峰还将负责开发串联混合电推进系统和驱动系统。该公司于2018年中开始在其位于法国Pau-Pyrenees的试验场对100千瓦级分布式混合电推进系统进行测试，最近还公开了其新开发的电机系列中的第一种，该系列电机最大型号的功率达500kW。该公司还在为波音投资的Zunum Aero公司的12座级“ZA10”混合电动飞机提供其“Ardiden-3”涡轴发动机改装的发电机。

在“Nexus”上，涡轮发动机驱动的发电机产生直流电，电力通过冗余的配电网络传输给每个涵道中的电机。“除涡轮发电机外，机上还有一个高功率、高能量密度的电池组，作为推进系统的备份和补充电源。” 凯利·黑罗尼莫斯说。

这种架构让电池组可以“在飞机需要额外功率输出的时候，比如垂直/水平切换和大幅度机动时，提供额外的电力，补足发电机输出功率不够的部分。”他说。“在发动机空中停机的紧急情况下，电池组提供的功率也足够飞机安全降落，甚至继续完成飞行任务以后再降落。这意味着我们的飞机不需要额外配备整机降落伞，在任何时候都能依靠自身动力安全降落。”

来自发电机和电池组的电力汇集到配电系统中，为飞机的6个涵道风扇供电。风扇由电机直驱。“这很重要，螺旋桨和电机是直连的，” 凯利·黑罗尼莫斯说。“没有中间变速箱或润滑系统。我们力求让系统尽可能简单，简单意味着可靠性、经济性和安全性。”

电力系统公司(EPS)总部位于犹他州洛根市(Logan)，曾牵头研发了用于美国宇航局X-57“麦克斯韦”电推进技术验证机的锂电池组。该公司将为“Nexus”提供能量存储系统，包括：电池组、电力电子设备、热管理和电池管理系统。“对锂电池来说，高功率密度与高能量密度总是难以兼顾的，” 凯利·黑罗尼莫斯说。“但垂直起降飞行器需要兼顾总功率和总能量，这意味着电池组必须很重。也就是在过去几年里，电池技术的发展才达到电动和混动垂直起降技术所需的能量和功率密度。”

图4 贝尔公司在调研公众对为“Nexus”设计的单/双杆操纵界面代替传统直升机操纵界面的看法。

图5 “Nexus”可在11.3m见方的轻型直升机起降台上起降，小于优步要求的13.7m见方的尺寸限制。

EPS公司先进的电池系统使混合电动路线成为可能，并使贝尔公司能优化发电机和涡轮机的尺寸。“用锂电池来满足任务峰值的功率需求，这让我们能选择更小的涡轮发电机，这意味着更高的效率和更轻的重量，”凯利·黑罗尼莫斯说。

飞行控制系统首席工程师杰夫·埃皮表示，“Nexus”将采用泰雷兹公司开发的电传飞控系统，该系统将在许多方面与贝尔以前采用的同类系统不同。该系统将是分布式的，中心化的飞控计算机与远端的电子设备和电机控制器相连。这也将是贝尔公司的飞机首次使用全电驱动的致动器驱动主飞行控制面，以前用的都是液压致动器。电机械致动器和电机控制器将由穆格公司(Moog)提供。

“这是我们首次将飞控系统与推进系统相结合，”杰夫·埃皮说。飞控计算机将控制电机、风扇和涵道。“飞控计算机不仅控制这些电机产生推力，还通过控制推力分布来控制飞机姿态，这让我们可以实现滚转、俯仰和偏航控制，以及悬停和前飞。”在直升机模式下，飞机通过控制风扇转速和使用可动导向叶片偏转推力实现俯仰和偏航控制。在固定翼模式下，通过垂尾上的方向舵和中部短翼上的副翼进行飞行控制。

飞控系统将与自动驾驶管理计算机(VMC)密切配合，自动驾驶管理计算机将由高明(Garmin)公司负责开发。“自动驾驶管理计算机是飞机的大脑，” “Nexus”航电系统负责人弗兰基·马泽伊说。在动力管理方面，自动驾驶管理计算机监控电池的信息，根据电池信息来控制发电机，在导航方面，该计算机将接受地面站指令，解读之后将需要执行的动作发送给飞控系统。“当前，这些都是由飞行员完成的，自动驾驶管理计算机的目标是辅助飞行员，提高飞行员的态势感知度，降低工作负荷和提升安全性。最终目标是具备全自主飞行能力。”

贝尔公司不愿详细透露开发时间表，但德伦南表示，该计划目前“介于准备阶段和关键设计评审阶段之间。”目标是到本世纪20年代中期投入使用，期间将完成技术验证机和原型机的制造和试飞。此外，第一架飞机将是全自动驾驶的，以此加快研发进度和尽早实现可选手动驾驶版的开发。通过美国联邦航空局(FAA)认证的具体计划还未确定，但应该是在第23部分规定下进行认证。

图6 “Nexus”项目显然从贝尔公司在涵道风扇推进技术上的深厚积累受益匪浅，包括贝尔公司在20世纪60年代研发的非常成功的X-22短距垂直起降研究机。 图：AW＆ST 档案

贝尔公司公布空中出租车客舱设计

在达拉斯/沃斯堡国际机场(DFW)的南北两半之间，有一条没有航线经过、尚未开发的空中走廊。虽然DFW机场年客流量高达6000万人次，但通往机场的庞大、复杂的路网对任何不是去机场或从机场出发的人来说都是一个障碍。

对需要经过这片区域的人来说，绕过地面交通拥堵的捷径只有乘坐直升机，从联邦航空局指定的直升机航线穿过机场空域。

但直升机，至少最近贝尔公司用于接送采访记者的这种直升机，仍然是非常昂贵的日常交通工具，只有巨富阶层能负担得起。但贝尔公司从中看到了一个新的市场，对于财富量级低一些的消费群体来说，虽然可能负担不起私人直升机，但每次100美元的市内空中出行是完全可承受的。

贝尔公司正在与网约车巨头优步(Uber)合作开发一种城市空中出租车，这是一种小型的4座垂直起降飞行器，不需依赖跑道。

贝尔公司的空中出租车客舱设计极具现代风格，例如平板电脑、亚光黑主色搭配有助于放松心情的蓝色灯光、以及真皮质感的座椅。为了向记者展示他们对空中出租车的愿景，贝尔公司邀请记者们通过虚拟现实头盔进行了一番体验。虚拟客舱的门窗采用滑动式设计，有着很好的全景视野。

在本届拉斯维加斯CES消费电子展上，9-12号之间参观贝尔公司展区的参观者将被邀请通过虚拟现实技术体验同样的虚拟场景，不过不是停在虚拟的机库里，而是将包括虚拟的飞行，例如与朋友一起去交通不太方便的乡村高尔夫俱乐部，或是与其它通勤旅客一起飞往市区。

与动画片《杰森一家》中那种形式不同，贝尔公司的空中出租车不会有闲置的时候。它在设计上就是要以持续按需提供服务的空中出租车模式运营，在这样的未来世界，人们将不再需要拥有私人汽车。

贝尔公司还将在展会上展出空中出租车客舱的全尺寸模型。是单独的一个客舱，没有涵道风扇等组件，目前这个客舱还在箱子里没拆包装。参观者将可以进入客舱模型参观，或许还会展示行李放在哪里。虽然贝尔公司的空中出租车是设计为最终要实现全自主无人驾驶的，但至少在最初的几年里将使用有人驾驶的方式运行。

“我们认为空中出租车飞行员的角色更接近‘任务管理员’，主要是处理各种情况。”贝尔公司总裁兼首席执行官米奇·斯奈德说。“任务管理员”的工作介于电梯驾驶员和飞行员之间：具备驾驶技能的飞行员随时准备处理突发情况，但大多数时候的工作是安全执行基本指令。直至全自主驾驶系统能够完全胜任。贝尔公司认为前V-22倾转翼飞机的飞行员会很适合这个工作，因为他们熟悉垂直起降系统和运送人员。

从客舱设计开始的原因之一是贝尔公司试图预测一个还不存在的市场和飞行器将会是什么样的。现有一些多轴飞行器类的载人飞行器，例如“Volocopter 2 X”、“亿航-184”、“W o r k h o r s e SureFly”(将在本次CES展会上做飞行展示)等。这些飞行器都只能搭载1～2人。贝尔公司希望以更大型的客舱为切入点，探索此项技术的更成熟形态，具备和家用车同等搭载能力的飞行器。

图7 贝尔公司的空中出租车客舱有4个座位，前排其中一个座位最初将是飞行员驾驶座。

图8 贝尔公司表示，驾驶空中出租车将更像是驾驶无人机而非直升机。

首飞和实际运营在几年内将不会实现。乐观估计，贝尔公司的目标是在本世纪20年代初实现首飞，20年代中期投入商业运营。要达到共享出行巨头优步公司需要的规模，需要大量基础设施。特别是需要许多“垂直起降场”。这些起降场需要提供充电等能源补充选项。空中出租车将采用何种推进方式还需等贝尔公司敲定最终设计。

要满足需求，贝尔公司预计将需要数千架空中出租车。该公司甚至可能从设备制造商的角色更进一步，推出自己的出行软件，自己运营空中出租车服务。初期的试运营将在人口众多、面积广大的城市进行，例如达拉斯或迪拜。关键指标是交通繁忙、拥堵严重，在这种地方，空中出行绕开地面拥堵才最有价值。

典型之一是从达拉斯/沃斯堡国际机场南北(＊东北-西南)两部分中间穿过的直升机航线。这条空中通道可被用于空中出租车业务。找到这种已经获批的空中通道对于建立小规模客运业务是很好的选择。

“我们要在不违反空中交通管制的情况下运营这些空中出租车，”米奇·斯奈德说。“届时将有数千架空中出租车，如何才能获得联邦航空局的许可？”

为确保空中出租车的愿景不会被监管障碍所阻碍，贝尔公司说他们正在积极地与联邦航空局沟通，在投入正式运营之前，让监管机构了解这项技术和将其纳入空管体系。从直升机航线开始运营，让空管机构适应空中出租车的定期、日常飞行，是这项努力的一小部分。

另一部分是确保空中出租车可以在空中自主飞行。为此，贝尔公司计划采用雷达、计算机视觉和激光雷达技术，确保任何时候至少有一种传感手段可用。此外可能还会使用地面监控站，甚至使用Wi-Fi节点和电信基站来检测空中出租车的位置，并向其它飞行器发出注意避让的警示。空中出租车彼此间是互联的，能在任何时候全面、准确地了解每辆空中出租车在空中的准确位置。

图9 截至目前，贝尔公司的空中出租车设计只公开了很少信息。

图10 贝尔公司选择以消费电子展示案例的形式向外界展示其空中出租车计划。

图11 加拿大政府提供的研究资金将帮助推进贝尔公司的城市空中出租车研发计划。

在未来，空中出租车将会是常见的事物，是21世纪城市基础设施不可或缺的一部分。在本次CES展会上展出客舱设计则是贝尔公司通往未来的征程的开始。

加拿大支持贝尔公司的空中出租车项目

加拿大政府将支持可选有人驾驶直升机、货运无人机、和城市空中出租车相关技术的研发，该技术发展联盟由德事隆集团贝尔直升机加拿大公司(BHTC)领导。

加拿大创新、科学及经济发展部在5年内将向由贝尔加拿大公司领导的，包含18家加拿大企业和研究机构的联盟投资4950万加元。该技术发展联盟的成员包括发动机制造商加拿大普惠公司、航电制造商Esterline CMC等，将向该研发项目投资超1.25亿加元。

贝尔公司负责技术与创新的执行副总裁迈克尔·萨克尔说，研究内容涵盖5个领域：替代推进技术、自动驾驶和态势感知、低成本电传飞控系统、能量管理和先进抗反扭系统。

渥太华战略创新基金(SIF)提供的联邦资金将“提供最先进的飞机技术，” 加拿大创新、科学及经济发展部部长纳维德普·贝恩斯(Navdeep Baines)表示。“渥太华战略创新基金设立的目的正是支持下一个重大创意，包括下一代直升机技术。”

“这些资金将帮助贝尔公司将城市空中出租车的愿景变为现实，”德事隆集团贝尔直升机加拿大公司总裁辛塞亚·伽牛表示。该分公司的业务是研发和生产贝尔的商用直升机，包括在魁北克省米拉贝尔生产的新的“贝尔-505”型。迈克尔·萨克尔说，“这项研究将与在美国母公司进行的研发工作协调进行，”

研究内容将包括简化推进系统、降低成本和满足环境、噪声、性能和安全要求的分布式混合电推进系统。飞控系统的研究力求将成本降低到可用于各档次目前尚未采用过电传飞控系统的机型的水平。

图12 吊舱运输无人机(“APT”)概念

图13 “Hydra”无人机的分布式推进系统由环形翼和辐条翼上的12个可折叠螺旋桨组成

Esterline CMC公司将重点研究全球卫星导航系统，使用多个多家的采用不同频段的多个卫星导航系统，Esterline CMC公司分管工程和研发的副总裁帕特里克·香槟说。

多频卫星导航接收器将提高可靠性和完整性，可实现在零能见度情况下和移动平台上的自动降落，让让有人和无人驾驶飞行器安全、精确地飞行。

货运无人机

采用尾坐式垂直起降设计

飞行员一直是尾坐式垂直起降的主要问题，虽然这种设计兼顾了直升机的垂直起降和固定翼的高效水平飞行能力。但起降时的竖立状态对机上人员来说是非常别扭的。

而无人机则没有这一限制，因此只要设计得当，此类设计是完全可行的。2017年12月4日，媒体记者们在贝尔公司沃斯堡飞行研究中心参观了两种采用尾坐式垂直起降设计的无人机的试飞。

“Hydra”(混合动力传动系统研究机)无人机给人的印象是一种介于现实与未来之间的存在。它有一个环形的机翼，在环形翼和将其与中央机身连接的辐条翼上安装有多个螺旋桨推进器。这些小螺旋桨构成了一个分布式推进系统，既提供起飞所需的升力，又可作为备份飞控机制在必要时控制飞行。机尾向下从地面垂直起飞后，“Hydra”无人机爬升到安全高度然后转向90°进入水平飞行。看起来如同科幻片中的外星飞行器一般。

吊舱运输无人机(“APT”)以多轴模式起飞，然后转入固定翼模式水平飞行。有不同载重和航程的多个型别，从4.5～9kg/140～190km到180kg/550km以上。“Hydra”无人机的分布式推进系统不仅能产生更大的升力而且可作为备份飞控机制。贝尔公司正在“Hydra”无人机上开发驱动分布式推进器的混合动力液压传动系统。

达拉斯/沃斯堡地区当天有强阵风。“Hydra”无人机在起飞和爬升过程中没遇到任何麻烦，但当它转入水平飞行后，强风裹挟着这架小型无人机向比预期更高的高度爬升。试飞小组指挥无人机稳定飞行姿态，转入尾坐模式顶着强风返回了飞点。

贝尔公司分管创新项目的副总裁斯科特·德伦南表示，“Hydra”无人机激进的对称设计是为了解决尾坐式垂直起降飞机的不稳定性。分布式电推进意味着该机不需要直升机的变速箱和传动系统。研究团队还在为“Hydra”无人机开发一种混合动力液压传动系统，通过液压动力驱动螺旋桨，同时保持飞机不发热。

从概念构想到验证机首飞，贝尔公司的研究团队仅用了5 个月时间。“Hydra”无人机的设计仍在继续改进，推进系统和不同配置的试验都在进行中。由于该项目的研究和验证原型属性，斯科特·德伦南表示，该机有时候“与地面有一些预期外的相互作用”。可修复性也是该机的另一个优点。

虽然“Hydra”的设计极具未来感，但本次展示的亮点是一种名为“APT”(吊舱运输无人机)的尾坐式双翼飞机，设计用于货仓自动运输。与“Hydra”一样，“APT”也兼具垂直起降能力和固定翼高效平飞的能力。该机的可分离货仓吊挂在两个机翼之间，机翼下有4个曲棍球棍形的起落机尾。每个机翼上有两个电机，看起来电机能双向倾转至少45°。本次展示的“APT”是一架原型机，是一些列更大型尾坐式货运吊舱运输机的技术验证机。但贝尔公司强调如果有客户感兴趣，这一产品可以迅速投入实用。

当前型号的有效载荷约4.5kg。可装载3大袋花生巧克力(包装需部分放气)。得益于固定翼模式的高效率飞行，贝尔预计中型“APT”将具备140～370km的航程，更大的型号将提供550km的航程。即使是设计载重7kg的型号，航程也可达90km，若以较低的巡航速度飞行以节省电力则可达到130km。

当前的大多数货运无人机概念集中在卡车到户这一领域，也就是几千米范围内，能在城镇之间飞行的无人机将给市场带来很大的变化。

除商业货运领域外，贝尔公司认为“APT”无人机也能满足军事物流的需求，在各种情况下、甚至是在战斗中为士兵提供再补给。斯科特·德伦南列举了五角大楼的几项信息请求，根据五角大楼提出的要求来看，基于“APT”概念的无人机将是理想选择。鉴于军事和民用空管规则的不同，“APT”无人机可能会首先被用于军事用途。

本次试飞的技术验证机的货仓是固定的，但模块化可分离货仓是“APT”无人机项目的主要目标之一，从概念草图来看，更大型号采用的是可分离吊舱，甚至包括在竖直起降和平飞期间能保持货物朝向不变的云台式稳定吊舱。贝尔公司设想的载重范围很大，包括载重450～900kg级的大型版本。

在演示期间，由于阵风风速超过限制，“APT”验证机没有进行垂直-水平转换，只是以四轴模式进行了垂直飞行，不时以倾斜姿态进行水平飞行从“Hydra”无人机头顶飞过。在这个试飞视频中可以看到，“APT”无人机从地面以竖立状态起飞，然后转入水平状态像双翼飞机一样飞行。

图14 “Hydra”无人机转入水平飞行状态以获得更高的效率。

贝尔公司开始测试最大版本的“APT”系列无人机

据《航空周刊》2019年1月31日报道，在亚利桑那州梅萨市，贝尔公司已开始对其研发的电动垂直起降吊舱运输无人机(“APT”)系列迄今最大的型号进行测试，该无人机将是美国航空航天局将于2020年启动计划的一个关键组成部分，计划目标是为美国领空内的无人机常态化飞行铺平道路。

此次测试的“APT-70”无人机设计载重31kg，时速超过160km，“APT-70”是贝尔正在研发的一系列新型垂直起降飞行器之一。2018年，贝尔公司和另一种“Hydra”(混合动力传动系统研究机)无人机一起测试了尺寸更小的“APT-20”无人机。2019年1月，贝尔公开了名为“Nexus”的5座空中出租车概念飞行器。

和“APT-20”一样，“APT-70”也是像直升机一样垂直起飞，然后转入依靠机翼产生升力的水平飞行模式。飞行器将按照预设的导航点自主飞行抵达目的地，然后转入垂直飞行状态进行降落。

“商界和政府客户都对这一系列用途广泛的无人机表现出了浓厚的兴趣，” 贝尔公司负责技术与创新的执行副总裁迈克尔·萨克尔说。“我们关注的是当前主要依靠卡车运输的中等距离运输领域。”

在本次垂直飞行学会第6届年度电动垂直起降技术研讨会上，迈克尔·萨克尔表示，“APT”无人机初期的应用“将主要是运送高价值和时间紧迫货物”。贝尔公司正准备与日本包裹递送企业日本大和(Yamato)公司合作用“APT-70”无人机进行验证飞行，双方已于2018年末签署了合作协议。

此前接受《航空航天日报》采访时，贝尔公司“APT”项目经理约翰·维特马克表示：“我们正在与大和公司合作看如何将无人机融入他们的业务模式，看他们有哪些需求。在2019年里，我们将和大和公司一起对“APT-70”进行验证飞行和运行试验，对于无人机交互方式、以及货运吊舱的装运和卸载，他们有具体的要求。”贝尔公司预计到本世纪20年代中期能将首款产品投入使用。

但对于无人机行业整体增长具有潜在的更大战略重要性的是“APT-70”在美国航空航天局即将开始的系统集成与实用化(SIO)计划中扮演的角色。贝尔公司将参与的是2020年将要进行的多项在150米以上空域运行的飞行验证计划之一。内容包括综合探测避让和指挥控制技术。

“使用‘APT-70’，我们将验证在国家空域内的端到端商用飞行，通过在受控和不受控空域内的飞行试验，推动自动驾驶技术在超视距、人口稠密区上空和城市环境中的应用。”迈克尔·萨克尔说。和贝尔公司一起参与该计划的伙伴包括总部位于加州的自动驾驶飞行技术企业Xwing公司，该公司将负责提供综合探测避让系统。此外，还有马萨诸塞大学阿默斯特大气协同自适应传感中心，该机构将负责提供气象雷达。

德事隆系统公司将为项目提供指挥控制系统，该系统将由美国航空航天局阿姆斯特朗飞行研究中心管理。

贝尔公司与大和公司合作开展无人机递送项目

图15 “APT”无人机的电机可双向倾转，起落机尾上有4个气动控制面。

图16 电动垂直起降无人机

贝尔公司将与日本包裹递送企业大和公司合作，使用电动垂直起降无人机提供航空物流服务。双方希望到本世纪20年代中期能推出他们的首款产品。

总部位于东京的大和公司已在使用自动驾驶车辆测试该公司研发的地面自动送货服务系统。本次合作的目的是将贝尔公司的无人机与大和公司开发的自动化包裹处理系统相结合，提供自动化按需物流服务。

初期的验证将使用贝尔公司开发的尾坐式电动垂直起降无人机 - 吊舱运输无人机(“APT”)，结合大和公司开发的可分离模块化货仓。“APT”无人机能像直升机一样垂直起降，然后转入高效的水平飞行状态，可提供更快的速度和更远的航程。

日本电商企业日本乐天(Rakuten)公司已在进行无人机递送试验，该项试验从2016年5月开始，在千叶县的一个高尔夫球场用无人机把球运送给高尔夫球手。在2017年11月至2018年3月期间，乐天公司在福岛县的南相马市测试了无人机送货服务。使用的“Tenku”无人机是由千叶大学的“自律制御系统研究所”(ACSL) 开发的多旋翼飞行器。

“APT”是贝尔公司正在开发的一系列新垂直起降(VTOL)设计之一。该验证机的飞行时速可超过160km，不同型号的设计载重在7～900kg之间。贝尔公司还在测试“Hydra”混合动力推进技术验证机，以及4座版的“空中出租车”电动垂直起降飞行器。

未来计划

贝尔公司力争让空中出租车于2025年投入运营

在2019年的CES 2019消费电子展上，贝尔公开了其“Nexus”电动垂直起降飞行器的概念设计。公众对贝尔公司“Nexus”的反应非常好。现在人们不再怀疑这是否将变成现实，而是这何时将变成现实。我们预计到2025年让“Nexus”投入运营，比很多人想象的要快。

对于未来各种城市空中交通(UAM)选项的大规模应用，在实现目标的道路上还存在哪些阻碍？电动垂直起降飞行器所需的大多数技术已经存在。但贝尔公司将继续与监管机构和社会各界沟通，确保相关政策法规不会滞后于产品开发。在公众对自动驾驶技术完全信任之前，“Nexus”将有一名驾驶员。我们认为公众的接受过程需要时间，但我们相信最终将实现自动驾驶。

当前，大众对空中出租车应用的主要担心之一就是空中交通管制问题。要确保各种城市空中交通(UAM)工具安全飞行、不受到重大限制，现有的飞机空管环境已经是一个很好的系统，还需要做一些提高空域容量的工作，尤其是低空空域，以及使用更多自动化系统提高空管业务的安全性和效率。这也是为什么贝尔公司在跟监管机构合作建立一个安全、全面的系统，避免对现有空管系统带来过大压力的原因。

关于城市空中交通基础设施，一个经常讨论到的模型是在市中心或机场设置垂直起降机场。从实际来看，贝尔公司认为像“Nexus”这样的城市空中交通工具将在垂直起降机场起降。贝尔公司希望避免的是将垂直起降机场设置在那些已经存在交通拥堵的位置，这将加重地面交通拥堵问题。我们正在与合作伙伴共同研究选址问题。

有多个城市参与了“优步城市空中出租车”试验计划，另外有几个城市表达了参与意向，包括美国和世界其它国家的城市。显然，这些寻求提升城市交通状况的城市都面对着严重的交通拥堵问题。

“Nexus”将采用电推进技术，未来还将实现无人驾驶。相比传统飞机，这些技术将对维修模式带来哪些变化？仍将适用常规的适航性要求，比如标准检修操作。我们将使用一些新技术-比如电池，需要编写相应的维护规程。