非常规设计的个人电动垂直起降飞行器

李韵

电动垂直起降技术驱动个人飞行器市场的发展，多种新产品的设计与传统形态不同。新型设计充分利用电驱动技术优势，气动和推进性能更加融合。

AirQuadOne单人飞行摩托

虽然电动垂直起降飞行器领域的大多数研发都聚焦于城市空中交通，但有一些人认为这一新兴技术将为个人飞行器市场注入新的活力。

在这方面，许多新产品的设计与传统形态非常不同。这些新设计充分利用了电驱动技术的优势。对气动和推进进行了更紧密的融合。这些设计正在挑战个人飞行器设计的传统范例，但它们还需在实践中证明自己。

Neva航空航天公司总部设在英国，主营业务是研发电动涵道风扇推进器和垂直起降无人机。该公司在今年的巴黎航展上公开了他们研发的AirouadOne单人飞行摩托的概念设计。该机预计起飞重量500kg，可搭载1名乘员，或作为无人机搭载最多100kg货物。

该机的电池组重100kg以上，负责为20个不同大小的电动涵道风扇推进器提供电力，在垂直起降状态下，所有这些风扇共同产生垂直推力。前后两对4个大风扇和乘员两侧的两组8个小风扇只负责提供垂直方向的推力。大风扇两侧的4对8个中等大小的风扇可以前后倾斜，既在垂直起降状态下提供姿态控制，又能直接提供水平推力。

虽然没有机翼，但整体呈盒子型的AirouadOne随着飞行速度的增加也会产生升力。“虽然AirouadOne主要是一台多旋翼飞行器，但在高速下气动因素变得很显著，”Neva航空航天公司联合创始人兼首席科学官大卫·布拉泽顿·拉特克里夫说。

“Air。uadOne在设计上就考虑了充分利用气动升力，这对于达成设计指标的贡献比例很大，”他说，“设计指标是时速80km，飞行高度900m，续航时间20～30min。”

“所有涵道风扇共同提供垂直飞行所需的升力，和普通多旋翼飞行器一样。在平飞过程中，很大一部分升力来自4组8个倾转涵道风扇的推力的垂直分力，这8个推进器的动态推力更大，”大卫·布拉泽顿·拉特克里夫说。

AirouadOne摩托车风格的单人驾驶座和其它公司开发的同类飞行器类似，例如Malloy Aeronautics公司的“Hoverbike”、Byegravity公司的“Flike”、Hoversurf公司的“蝎子”以及谷歌联合创始人拉里·佩奇拥有的Kitty Hawk公司的只能在水面使用的flying JetSki。

但Neva航空航天公司的设计由于采用了多达20个涵道风扇，相比同类的其它设计应该有着更大的安全冗余。每个涵道风扇都是双电机双螺旋桨同轴反转结构。“AirouadOne的设计可在多个电机同时故障的情况下保证安全，”大卫·布拉泽顿·拉特克里夫说。

DR-7电动垂直起降飞行器

初创企业德洛雷安航空航天公司（DeLorean）的DR-7电动垂直起降飞行器，在外形和飞行方式上和几乎是长方体形状的AirouadOne很不一样。DR-7只有两个涵道风扇，设置在机身内部前后位置。

德洛雷安公司首席执行官保罗·德洛雷安表示，DR-7的涵道风扇采用两轴倾转结构，在垂直起降状态下，两个涵道风扇通過倾斜可提供滚转和偏航控制，在平飞状态下，可提供偏航控制，因此可不需要垂直尾翼。

DR-7的长度和翼展都在6m左右，机翼折叠后整机宽度只有2.3m，可停放在普通家庭车库里。设计时速预计为380km，如选择变距桨涵道风扇，时速则可突破480km。“经济巡航时速将是240km左右，”保罗·德洛雷安表示。

一位业内的电动垂直起降飞行器设计工程师审核了DR-7的设计后表示，他对于DR-7的两轴倾转涵道风扇是否能产生足够的力矩在悬停状态下进行滚转控制表示怀疑。该机的旋翼通过周期变矩方式产生滚转和俯仰控制力矩，像F-35战斗机这样的推力矢量设计在悬停状态下则是使用两侧的姿态控制喷口进行滚转控制。保罗·德洛雷安说：“中线双倾转涵道设计在小尺寸比例模型的试飞中已证明具有极佳的姿态稳定性。”

“基本上，两个涵道风扇的推力中心位于飞机的重心上方，就像吊床的两点悬挂状态一样。同轴反转转子的陀螺效应进一步增强了稳定性，同时还提供了一个有利的阻尼效果，”保罗·德洛雷安说。

机身形状被设计成在平飞状态下尽量减少对风扇进气的遮挡，这是必须考虑的另一个方面。“在固定翼模式下，涵道风扇的排气吹过机身会产生升力，这有助于降低失速速度，同时可以用更小的机翼面积满足升力需求，”保罗·德洛雷安说。

对于在垂直起降状态下突然失去一个涵道风扇可能导致的严重风险，德洛雷安公司已经找到他们自己的解决方法，但由于该方法目前已申请专利，因此暂时不便透露。保罗·德洛雷安补充到：“在动力系统故障和其它紧急情况下，是能够以固定翼模式进行常规起降的。”

在售价方面，采用定距桨涵道风扇的DR一7的目标售价是25～30万美元，DR一7的设计定位是一种高速个人通勤飞机，具有垂直起降能力和自主控制能力。该机通过使用涵道风扇，将桨叶撞击外部障碍物的可能性降到最低，可以在不是很空旷开阔的场地起降。

保罗-德洛雷安说：“我们最近才完成了概念验证试验和无人驾驶的小尺寸验证机的设计，目前正在为制造有人驾驶的全尺寸原型机寻找资金，我们正在和一家制造商商谈制造原型机的问题，预计将在1年内开始制造。”