电动垂直起落飞行器气动布局分析（四）

符长青

多旋翼电动垂直起降飞行器案例

德国初创公司Volocopter的多旋翼eVTOL产品方案

多旋翼电动垂直起降飞行器（eVTOL）是最早进入人们视野，最早获得大家认可的机种，例如世界上第一架载人试飞成功的电动垂直起降飞行器就是一架德国的多旋翼无人机，共有18个开放螺旋桨（旋翼）。2011年10月21日原型机载人首飞成功后，研发团队成员随后成立了初创公司Volocopter，对产品进行改进设计，并投入正式生产，如图1所示。

现在，德国eVTOL初创公司Volocopter宣布已获得欧洲航空安全局（EASA）的制造商许可证，有望成为首家提供商业空中出租车服务的公司。此外，美国联邦航空管理局（FAA）于2020年12月22日宣布，已接受了该公司的适航审批申请。一旦FAA完成这项工作，德国Volocopter公司将能够在美国提供飞行出租车服务。

空客公司的多旋翼eVTOL产品方案

空中客车公司，简称空客公司是欧洲一家民航飞机制造公司，由德国、法国、西班牙与英国联合创立，于1970年在法国图卢兹成立。2019年3月11日，该公司研制的“城市空中客车”（CityAirbus）eVTOL验证机，在德国因戈尔施塔特市公开亮相，并在该市进行了可行性测试，完成了首次悬停飞行。德国联邦交通部长安德烈亚斯·舍耶在该机亮相时表示：德国将迅速采取行动，为电动垂直起降空中出租车制定法律框架。

CityAirbus气动布局为4轴8桨分布式电力推进系统模式（如图2所示），采用4个下半涵道风扇，布局在驾驶舱顶部的两侧。每个下半涵道风扇由一对同轴反向旋转的螺旋桨组成，其中每个下螺旋桨外面安装了一个涵道；上螺旋桨为开放螺旋桨，外面没有安装涵道，其安装位置经过优化设计，以提高巡航飞行性能。

该型号外形尺寸：长8m，宽8m，高3m，螺旋桨直径2.8m，最大起飞重量2.2t，乘客人数4人，飞行速度120km/h，续航时间15min，动力系统为全电动，节能减排，无污染，噪声低。缺点是续航时间短，航程受限。

骏马集团的多旋翼eVTOL产品方案

骏马集团（Workhorse）位于美国俄亥俄州，主要业务包括无人机和卡车生产制造。因此，该公司既能从卡车业务中获得自动驾驶技术，又能从无人机业务中获得油电混合动力技术，然后将这两种关键技术同时应用于“确信飞行”（SureFly）电动垂直起降飞行器。

2017年6月“确信飞行”电动垂直起降飞行器在法国举行的巴黎航展上正式亮相。2018年4月在美国俄亥俄州辛辛那提市伦肯机场成功完成首次飞行，并于同年8月开展了多次飞行测试（如图3所示）。2018年11月，美国陆军与骏马集团签订合作研究与开发协议（CRADA），旨在探索该轻型飞行器的潜在作战能力。2019年底，“确信飞行”电动垂直起降飞行器获得美国联邦航空管理局颁发的型式认证。

上升飞机公司的多旋翼eVTOL产品方案

美国上升（LIFT）飞机公司2021年6月21日宣布与美国Qarbon航宇公司建立合作伙伴关系，共同开发制造该公司取名为“六面体”（Hexa）的电动垂直起降飞行器。

该机采用多旋翼无人机类型的气动布局，机体上方配备有18个开放螺旋桨。全机空重190kg，由全电动推进系统提供动力。机体下方安装了浮筒起落架，浮力可以支撑其在水面漂浮，是一款单座、两栖的产品，如图4所示。由于“六面体”满足美国联邦航空管理局（FAA）的103部超轻机水上型的重量相关规定，因此该机理论上可以按照103部超轻机进行飞行，即无须进行适航审定，飞行员无须飞行执照和体检，但不能飞越人群密集地区。该型号通过招标程序，成功入选为美国空军“敏捷至上”试飞机型项目。

2022年6月，“六面体”成功通过了在美国俄亥俄州的希利亚德市举行的“紧急救援应用场景”实际飞行测试，测试的内容包括eVTOL快速响应、低空空域管理、先进空中交通（AAM）系统整合等内容，参与测试的单位包括该市的警察、医疗急救、搜救、消防等机构。

阿拉卡技术公司的氢燃料多旋翼eVTOL产品方案

美国阿拉卡技术（Alakai Technologies）公司成立于2006年，总部位于美国马萨诸塞州。2019年5月推出了世界上第一个使用氢燃料电池的电动垂直起降飞行器，命名斯楷（Skai）。氢燃料电池是一种零排放、可靠、安全和环境清洁的能源，能量转换效率高，容量大，比能量高、功率范围广。燃料电池主要缺点是系统比较复杂，成本高，仅限于一些特殊用途方面。

斯楷采用多旋翼无人机类型的气动布局，机体上方安装有6个开放螺旋桨，最大续航时间为4h，最大航程600km，最多可乘坐5名乘客，如图5所示。机体顶部上方安装了迫降用降落伞装置，以防万一遇到极端情况时能进行整机伞降，确保乘客生命安全。

以色列飛机公司的多旋翼eVTOL产品方案

以色列公司Air是一家科技初创企业，于2018年在以色列成立，总部位于特拉维夫。其第一架电动垂直起降飞行器为Air One。2021年6月，全尺寸验证机完成了首次悬停试飞。2022年5月，该公司在美国进行了巡回展，展品为橙红色动感涂装的双座样机。现在，该机正在进行各项试飞测试工作，如图6所示。

Air One为双座电动垂直起降飞行器，具有一个大展弦比、安装角设计得很大的固定机翼和一个4轴8桨的升力螺旋桨系统；没有平尾，两个垂尾可以保证航向稳定性，垂尾略内倾，与后部机身气流流场匹配设计。全机没有舵面，所有方向的控制均由升力螺旋桨系统来实现，机身上表面曲线非常流畅。当它进行巡航飞行时，固定机翼、旋翼都产生升力，同时旋翼还产生推力分量。多旋翼气动布局为前低后高，巡航时旋翼的气流尽量避开了主机翼，降低阻力。飞行器下部截面类似乘波构型，下端面下垂延伸，保证两个前起落架及其支架的刚度需求，机身与4个轮式起落架、固定机翼翼面或支架连接处均有减阻减重设计，综合考虑了气动与工业造型需求。

虽然Air One外表看起来像一架常规气动布局的复合eVTOL，因为它安装了固定机翼，但实际上它不是，而是一架多旋翼气动布局的eVTOL。从外表上看，它机身上面确实安装了倾斜的固定机翼，不过由于它既没有安装可用来提供向前飞行所需推力的推力螺旋桨，又没有采用顷转旋翼或顷转机翼等技术手段提供前飞所需的推力，它只能如其他多旋翼eVTOL一样向前倾斜着机体往前飞。换言之，它倾斜安装的固定机翼不能承载复合eVTOL的高效飞行模式，只是在前飞过程中由于机体向前倾斜，使得原先处于倾斜状态的固定机翼摆平了，在迎面气流的作用下会提供一些向上的升力，为升力螺旋桨系统和纯电动力系统分担一些压力。从气动布局分类来看，它属于多旋翼eVTOL的范畴。其最大飞行速度为250km/h，巡航速度约为160km/h，最大有效载荷为250km，最大航程约177km，续航时间约1h。目前，Air公司声称已经卖出了150多架，基础价格为15万美元，预计2024年将获得认证并交付首批客户。

复合无人机气动布局分析

固定翼无人机具备飞行速度快、飞行高度高、飞行时间长、经济性好（省油或省电）等优点；旋翼无人机具备垂直起降、悬停、低空树梢高度飞行等特点。复合无人机气动布局上既有固定机翼，又有旋翼，目的是将这两种无人机的优势结合在一起，以实现节能减排，提高飞行性能，增大应用范围和降低使用成本等。

复合无人机气动布局的定义

常规旋翼无人机，如无人直升机和多旋翼无人机可在原地垂直起降，可做低空高机动飞行，应用范围广，但由于受前行桨叶波阻和后行桨叶失速的限制，飞不快，巡航速度很难超过300km/h。相比之下，固定翼无人机既省油又飞的快，但不能垂直起降，起降受跑道限制，使用不方便。如何将这两种气动布局无人机的优点结合起来？航空工程师在实际工作中采用复合的办法，将固定翼无人机与旋翼无人机两者混合起来，形成一种新型无人机机种：复合无人机（Composite UAV）。复合无人机气动布局的定义是指在固定翼无人机气动布局的基础上，加上多个旋翼后而得到的一种全新的气动布局。

设计复合无人机气动布局，除了需要对空气螺旋桨有比较清晰的了解以外，还需要对其进行复合的基础，即对固定翼无人机的总体结构和气动特性的概况有比较完整深入的了解。

固定翼无人机总体结构及其组成部件

固定翼无人机总体结构

大多数传统的固定翼无人机总体结构都是由机翼、机身、尾翼、起落装置、动力装置和推力螺旋桨6个主要部分组成，如图7所示。

（1）机翼。机翼的主要功用是产生升力，以支持固定翼无人机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和操控作用。

（2）机身。机身的主要功用是装载武器、货物和各种设备，并将固定翼无人机的其他部件，如机翼、尾翼及动力装置等连接成一个整体。

（3）尾翼。尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。尾翼的作用是操纵固定翼无人机俯仰和偏转，保证固定翼无人机能平稳飞行。

（4）起落装置。起落架是指固定翼无人机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时用于支撑固定翼无人机重力，承受相应载荷的装置。

（5）动力装置。动力装置是指发动机及其一系列保证发动机正常工作的系统。

（6）推力螺旋桨。用来产生推力使固定翼无人机能够向前飞行的空气螺旋桨。

固定翼无人机机翼的结构与气动特性

机翼是固定翼无人机最重要的组成部件之一，其主要功用是产生升力，以支持无人机在空中飞行，同时也起一定的稳定和操纵作用。在固定机翼上一般安装有无人机的主操作舵面：副翼，还有辅助操纵机构襟翼、缝翼等。另外，固定机翼上还可安装发动机、起落架等无人机设备，机翼的主要内部空间经密封后，作为存储燃油的油箱之用。

無人机机翼的剖面形状

当固定翼无人机空中飞行时，作用在无人机上的升力主要由机翼产生，而空气动力的大小和方向会受到机翼形状的影响。无人机机翼的形状与有人机机翼的形状基本类似，主要是指机翼的剖面形状、平面形状和安装位置。

机翼的剖面形状，简称为翼型，是用平行于对称平面的切平面切割机翼所得的剖面。最早的飞机，翼型是平板剖面，这种机翼升力很小。后来出现了弯板剖面，对升力特性有所改进。再后来随着飞机的发展又出现了平凸形、双凸形、对称形、层流形、菱形、网弧形等翼型，如图8所示。其中平凸形和双凸形翼型的空气动力特性不错，制造和加工上也比较方便，是现代低速固定翼飞机广泛采用的翼型。对称形翼型，前缘比较尖，最大厚度位置靠后，阻力小，这种翼型常用于各种飞机的尾翼和某些高速飞机的机翼。层流形翼型，前缘较尖，最大厚度一般在50%～60%弦长位置，可推迟附面层转捩，减小摩擦阻力，这种翼型常用于速度较高的飞机。圆弧形和菱形翼型常用在超声速飞机上，特点是前端很尖，相对厚度很小，也就是很薄，超声速飞行时阻力很小，很有利，但在低速飞行时的空气动力特性不好，使飞机起落性能变差。

无人机机翼的平面形状

（1）无人机机翼平面形状是指从上往下看时机翼在平面上的投影形状，是决定无人机性能的重要因素，如图9所示。早期的飞机，机翼平面形状大都做成矩形，矩形机翼制造简单.但阻力较大。为了适应高速飞行的需要，解决阻力与飞行速度之间的矛盾，后来又制造出了梯形翼和椭圆翼。椭圆翼的阻力（诱导阻力）最小，但因制造复杂，成本较高，只有少数的飞机采用。梯形机翼结合了矩形翼和椭圆形机翼的优缺点，阻力较小，制造也简单，因而是目前活塞式发动机飞机用得最多的一种机翼。矩形翼、椭圆翼和梯形翼三种机翼统称平直翼，随着喷气式飞机的出现，为适应高速飞行，出现了后掠翼、三角翼等机翼，并获得广泛应用。

（2）表示機翼平面形状的主要参数有机翼面积、翼展、展弦比、梯形比和后掠角等。其中，机翼面积是指基本机翼在机翼基本平面上的投影面积，用S表示；在机翼之外刚好与机翼轮廓线接触，且平行于机翼对称面（通常是无人机参考面）的两个平面之间的距离称为机翼的展长，简称翼展，用b表示；机翼翼展的平方与机翼面积之比，或者机翼翼展与机翼平均几何弦长之比，称为机翼的展弦比；机翼翼尖弦长与中心弦长之比，称为机翼的梯形比，又称尖削比；描述翼面特征线与参考轴线相对位置的夹角称为后掠角。

机翼上的各部分装置

（1）副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动的翼面，翼展长而翼弦短。副翼的翼展一般约占整个机翼翼展的1/6到1/5左右，其翼弦占整个机翼弦长的1/5到1/4左右。副翼作为无人机的主操作舵面，操纵左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩可以使无人机做横滚机动。

（2）前缘缝翼是安装在基本机翼前缘的一段或者几段狭长小翼，主要功用是靠增大无人机临界迎角来获得升力增加的一种增升装置。

（3）襟翼是安装在机翼后缘内侧的翼面，襟翼可以绕轴向后下方偏转，主要是靠增大机翼的弯度来获得升力增加的一种增升装置。

（4）扰流板，有的称之为“减速板”、“阻流板”或“减升板”等，这些名称反映了它们的功能。分为飞行、地面扰流板两种，左右对称分布，地面扰流板只能在地面才可打开，实际上扰流板是铰接在机翼上表面的一些液压致动板，向上翻起时可增加机翼的阻力，减少升力，阻碍气流的流动达到减速、控制无人机姿态的作用。

固定翼无人机机身的功用和气动外形

机身也是无人机最重要的部件之一。它是无人机结构的基体，是整架无人机的躯干和受力基础，不仅要固定和支持无人机的其他部件，如机翼、尾翼、旋翼、起落装置及动力装置等，将整架无人机连接成一个整体，还要承受各连接部件传来的载荷，承受装载在机身内部的设备、任务载荷及本身的重力和惯性力。现代无人机机身大量采用复合材料，用模子一次浇铸而成，使空机重量大为降低，并提高了弹伤容限和抗坠毁性能。

无人机机身的功用

（1）构成气动外形。无人机机身是直接承受和产生空气动力的部件，是产生最大废阻的结构体。具有良好气动外形的机身可以减小无人机的迎风阻力，提高飞行性能，改善无人机的稳定性和操纵性。

（2）承载和传力。无人机机身具有承载和传力的作用。在各种工作状态下，机身除了承受自身的重量之外，还要承受由装载物和连接部件传来的静载荷及由动部件、外挂、货物吊装及投放产生的动载荷。

无人机机身的气动外形

无人机机身的气动外形主要指机身的横截面形状和侧面形状。

无人机机身横截面形状取决于无人机的功用、使用条件和无人机的气动布局。从减小阻力和受力有利的角度，机身的横剖面应尽量选择圆形或椭圆形，这是因为在给定的容积下，圆形机身的表面面积最小，因此摩擦阻力也就较小；此外，圆形剖面的机身蒙皮在内压作用下，只受拉伸，而不受弯曲。若无法采用圆形时，则应尽量用圆弧组成。

图10表示美国“全球鹰”固定翼无人机机身横截面形状的变化，机身靠前面的横截面形状（A-A剖面）为半径为r的圆形，如图10a所示。顺着机身往后到了B-B剖面处，为了在机身内部摆放安装体积较大的卫星通信天线，不得不加大机身横截面的面积，于是在该处机身上半部分结构改为半径R较大的圆形，使机身横截面形状变成了由大小两个圆组合的近似椭圆形，如图10b所示。

机身的侧面形状与无人机用途、最小阻力要求、设备和有效装载的具体布置以及机翼、尾翼、动力装置的形状和位置等有关。通常，机身是一个中间大，两头（前机身、后机身）缓慢均匀收敛的流线体（纺锤形）。在一些超声速无人机上，为了减小跨声速飞行时的阻力，采用中部收缩的蜂腰形机身，称为面积律机身，同时其机头往往很尖，以削弱激波强度，减小波阻。

无人机机翼相对机身的安装位置

固定翼无人机机翼安装在机身上的相对位置有以下三类，如图11所示。

上单翼是指机翼的安装位置在机身上方。上单翼（图11a）多用于运输无人机，因为运输机需要足够大的内部空间，所以将机翼布置在机身上方，机身中没有了机翼的阻挡，会便于装载货物。同时，运输机经常需要重载，需要一个稳定的飞行姿态，在飞行时上单翼的设计更有利于保持机身的稳定性。但是上单翼的设计使得机翼距离地面的高度很大，导致起落架很难布局在机翼上，为了能够容纳起落架，机身就需要额外考虑全套的起落架舱的空间，起落架的主轮距受到机身宽度的严重影响，就需要有较大的横向支撑的外斜臂，这需要有较大的缓冲行程，避免着陆冲击对机身和起落架主要结构星辰过大的应力冲击。

中单翼（图11b）是指机翼的安装位置在机身中间。很多军用无人机（战斗机）使用了中单翼结构形式，民用无人机采用中单翼的情况较少，因为中单翼翼盒会直接穿过客舱，将客舱分为两段。虽然外面看只是机翼，但其实机身里面有个翼盒结构，是固定翼无人机主要受力部件。机翼的升力、机身的重力以及扭曲变形等都靠这个部位来承担。在地面上，主起落架也在这个位置，也就是说，不管在空中在地面，两边机翼和机身交叉的这个部位都是受力的部位。因为战斗机内部不需要装载货物或者运送人员，所以可以接受这种设计，但对于运输无人机和载客无人机来说就十分不合理了。

下单翼（图11c）是指机翼的安装位置在机身下部。下单翼的设计常见于民用载客无人机，这主要是考虑到了无人机的安全性、舒适性和经济型。使用下单翼的布局无人机的机翼结构更强，可以在飞行时提供更大的升力，操控性也好，另外下单翼能够物理隔绝发动机的噪声，从而减低传到座舱内的噪声。下单翼的设计方案更便于对发动机和机翼的维修。

無人机机翼相对于机身的安装角度

传统常规固定翼无人机的机翼相对于机身的角度通常用机翼的安装角和上反角来说明。机翼弦线与机身中心线之间的夹角叫安装角。机翼翼面与垂直于无人机对称平面的平面之间的夹角，称为机翼的上反角或下反角。通常规定上反为正，下反为负，如图12所示。机翼上反角一般不大，通常不超过10°。使用下单翼的无人机一般采用上反角的安装；使用上单翼的无人机一般采用下反角的安装。

翼身融合（Blended Wing Body，BWB）也称飞翼，是将传统的机身与机翼结构融合，变成类似飞行翼的外型，如图13所示。它的特点是没有机身，只有机翼结构。虽然这或许会使部分结构从机翼内突出，但可使飞机的升力以及燃油效率提升。采用翼身融合设计的飞机，有平坦且有翼剖面形状的机身，能产生一部分的升力。它的机翼与其它部位则是平滑的与机身接合。

固定翼无人机尾翼的结构和气动特性

一般固定翼无人机尾翼包括了垂直尾翼和水平尾翼两部分，常规的平尾包括水平安定面和升降舵，用于保证固定翼无人机的纵向稳定性和操纵性；垂尾一般由垂直安定面和方向舵组成，用于保证固定翼无人机的航向稳定性和操纵性。尾翼结构对全机的气动弹性品质及疲劳断裂性有很大的影响，直接影响着无人机性能的优劣。由于尾翼的功用是通过它所产生的升力来实现的，所以从本质上说，尾翼与机翼一样都是升力面，因而尾翼的设计要求和构造与机翼十分类似，包括完成它所承担的空气动力任务，同时具有足够的强度、刚度、寿命，而质量尽可能轻。

实现尾翼功用的效率主要取决于固定翼无人机速压、尾翼结构形式、尾翼面积、尾翼自身的刚度及其尾翼的支持刚度等。相对于机体结构，尾翼结构占全机结构质量（相对质量）的1.5%～2.5%。固定翼无人机常见的尾翼结构形式如图14所示。

常规尾翼如图14a所示，其特点是这种尾翼构造拥有很高的结构稳定性与可靠度，.在制作生产、试飞调整上比较容易判断误差以利修正。为了避免飞行过程中尾翼受到机翼尾流的干扰，设计时应尽量避免将尾翼与机翼的安装位置处于同一水平线上。

T型尾翼如图14b所示，其特点是平尾抬高后避开了机翼尾流的干扰，使其操纵效率提高，从而可以减小平尾的面积，减轻结构重量。缺点是对机身尾部结构材料的强度要求有所提高。

十字型尾翼如图14c所示，其特点既避开了机翼尾流的干扰，又不像T型尾翼那样需要过大的结构强度去满足稳定性。缺点是相对于T型尾翼，由于没有端板效应，导致垂尾面积增大。

V型尾翼如图14d所示，其两翼左右对称分布，兼有垂尾和平尾的功能。翼面既可分为固定的安定面和铰接的舵面两部分，也可做成全动型式。呈V形的两个尾面在俯视和侧视方向都有一定的投影面积，所以能同时起纵向（俯仰）和航向稳定作用。当两边舵面作相同方向偏转时，起升降舵作用；分别作不同方向偏转（差动）时，则起方向舵作用。与常规尾翼相比面积更小，结构重量更轻，因而诱导和寄生阻力比较小，便于制造。V型尾翼的缺点是操纵系统要稍微复杂一些。

倒V型尾翼如图14e所示，在气动特性上，倒V尾翼和正V尾翼在空中飞行时完全一样，没有不同，但倒V结构强度略好一些。

双尾撑倒U型尾翼如图14f所示。双尾撑结构支撑较好，对长航时无人机可实现较大的尾翼翼展设计，同时可适合布置尾部推力螺旋桨安装装置。与其他类型尾翼气动布局相比，双尾撑结构重量大，阻力大，操作系统更复杂，敏捷度降低。但从整体考虑，双尾撑也有着突出优势，它让翼展拥有更大的设计空间，也提供了更大的机内空间。

双立尾翼如图14g所示，其结构适合尾部较宽，垂尾间不利干扰小的无人机。双立尾翼主要特点是能提高大攻角时的机动性，单立尾在大攻角时因机身阻挡气流受干扰，会减弱和失掉机动操控能力，所以单立尾布局多采用腹鳍补救；双立尾在大攻角时则可避开机身干扰，因而可获得较好的大迎角机动能力。同时双立尾可以提高操纵力矩，也就是在同样操纵力矩的情况下可以降低立尾的高度。双立尾的缺点是：由于多了一套空气动力平面，双立尾之间的互相干扰，以及双立尾与其他翼面的相互作用就比较复杂，同时由于多了一套操纵机构，重量和复杂性都有相应的增加。

双尾撑双立尾翼如图14h所示，其结构既具有双尾撑倒U型尾翼的特点，又具有双立尾翼的特点。

无人机起落装置的结构和配置形式

无人机每次飞行总是以起飞开始，以着陆结束。起飞和着陆是无人机两个重要的飞行状态。无人机起落装置是无人机用于起飞、着陆和停放的专门装置，主要功用是承受无人机与地面接触时产生的静载荷和动载荷，防止无人机结构发生损坏。

根据无人机的类型、尺寸大小和起飞重量的不同，无人机采用的起飞的方式也不同。大中型固定翼无人机需要在地面滑跑才能起降，必须采用轮式起落装置。具有垂直起落性能的无人机，如无人直升机和多旋翼无人机，既可以采用轮式起落装置，也可以采用滑橇式或支架式起落装置。此外，微型和小型无人机还可采用其他多种不同的起飞升空方式，如采用滑车起飞、车载起飞、滑轨弹射、空中投放或人工手投放等方式。

轮式起落装置是无人机广泛使用的一种起落装置，它位于无人机下部，用于起飞降落、地面滑行和停放时支撑无人机，是大中型固定翼无人机不可或缺的主要部件之一。轮式起落装置性能的优劣直接关系到无人机的使用安全，除了应当满足重量轻、工艺性好等一般技术要求外，还必须保证无人机能在地面上顺利滑跑或自由滑行，要能平稳地吸收无人机着陆时的碰撞能量，同时要求在飞行中的阻力最小，因此当无人机起飞后，可以视飞行性能的要求能将起落装置收入无人机机体内。

根据结构受力型式，轮式起落装置分为以下几种结构型式，如图15所示。

（1）简单支柱式起落架。简单支柱式起落架的主要特点是：减震器与承力支柱合而为一，机轮直接固定在减震器的活塞杆上。减震支柱上端与机翼的连接形式取决于收放要求。对收放式起落架，撑杆可兼作收放作动筒，如图15a所示。扭矩通过扭力臂传递，亦可以通过活塞杆与减震支柱的圆筒内壁采用花键连接来传递。这种形式的起落架构造简单紧凑，易于放收，而且重量较轻，是无人机上广泛采用的形式之一。缺点是机轮通过轮轴与减震器支柱直接连接，减震器不能很好的吸收前方来的撞击。

（2）摇臂式起落架。摇臂式起落架主要是在支柱下端安有一个摇臂，摇臂的一端支柱和减震器相连，另一端与机轮相连，如图15b所示。这种结构多用于前起落架，优点是摇臂改变了起落架的受力状态和承受迎面撞击的性能，提高了再跑道上的适应性，降低了起落架的高度。缺点是构造和工艺比较复杂，质量大，机轮离支柱轴线较远，附加弯矩较大，收藏空间大。

（3）斜撑杆式起落架。斜撑杆支柱式起落架主要构件是减震支柱、扭力臂、机轮、收放作动筒和斜撑杆，与简单支柱式不同之处是多了一个或几个斜撑杆，如图15c所示。斜撑杆支柱式起落架在收放时，撑杆可以作为起落架的收放连杆，有时撑杆本身就是收放作动筒。当受到来自正面水平撞击，减震支柱不能很好地其减震作用，在着陆时，支柱必须承受弯矩，减震支柱的密封装置易受磨损。

（4）多轮小车式起落架。多轮小车式起落架由车架、减震支柱、拉杆、阻尼器、轮架和及轮组等组成，在一个支柱上安装4～8个机轮，一般用于载重量大的无人机上。小车是铰支在支柱上的，当通过不平跑道、起飞着陆时飞机轴线与地面夹角发生改变或起落架收放时，小车可以绕支柱转动。多轮小车式起落架由于载荷分散在几个机轮上，如图15d所示。其优点有：提高了起落架的生存力，降低了轮胎的磨损程度，提高了刹车效率，起落架支柱的重量和机轮收放舱所需面积小。缺点是地面运动灵活性不好，因为要使它转动，需要很大的力矩。

（5）桁架式起落架。桁架式起落架由空间杆系组成的桁架结构和机轮组成，其主要特点是：它通过承力构架将机轮与机翼或机身相连，如图15e所示。承力构架中的杆件及减震支柱都是相互铰接的。它们只承受轴向力而不承受弯矩。因此，这种结构的起落架构造简单，重量也较小，但由于难以收放，通常只用在飞行速度不大的无人机上。

无人机起落装置的配置形式和参数选取不仅要保证无人机在机场上运动时有必需的操稳性能，而且也决定了支柱的受载、起落装置的重量特性，以及连接起落装置部件的重量特性，因此受到无人机设计师的高度重视。无人机起落装置的配置形式如图16所示。

（1）前三点式。无人机上使用最广泛的轮式起落装置是前三点式，它的两个主轮保持一定间距左右对称地布置在无人机重心稍后处，前轮布置在无人机头部的下方。无人机在地面滑行和停放时，机身基本处于水平位置，如图16a所示。这种布置形式的优点是滑跑方向稳定性好，起飞滑跑阻力小，加速快，起飞距离短，刹车效率高，可以缩短起降距离。缺点是前轮承受的载荷大、尺寸大、构造复杂，重量较重，收藏较难。

（2）后三点式。后三点式起落装置形式的特点是两个主轮布置在无人机的重心之前并靠近重心，尾轮（尾支撑）远离重心布置在无人机的尾部，如图16b所示。在停机状态时，无人机90%的重量落在主起落装置上，其余的10%的重量由尾支撑来分担。这种布置形式的优点是起落装置系统整体构造比较简单，重量较轻，而且尾轮结构简单，尺寸、重量都较小。缺点是地面滑跑时方向稳定性差，地面转弯不够灵活，刹车过猛时无人机容易翻跟斗。

（3）自行车式。自行车式起落装置的前轮和主轮前后布置在无人机对称面内，重心距前轮与主轮的距离几乎相等。为防止转弯时倾倒，在机翼下还布置有辅助小轮，如图16c所示。這种布置形式的优点是解决了部分薄机翼无人机主起落装置的收放问题。缺点是前起落装置承受的载荷较大，因而使其尺寸、重量增大，起飞滑跑距离增大。

（4）四点式。四点式起落装置（如图16d所示）可以认为是双自行车式。

滑橇式起落装置（如图17所示）主要用在具有垂直起落能力的无人机上，如无人直升机和多旋翼无人机等，通常由弯曲钢管构成的支架和连接在它上面的两根铝合金滑橇管子组成，这些支架是由接耳组件连接到滑橇管上的，而它们之间是由横管或连接杆相互连接在一起的。滑橇组件是由4个夹子或带子连接到机身结构上的，这种连接方式便于拆装，橡胶衬套可装在夹子内用于降低振幅。滑橇式起落装置上安装有地面移动轮，用于在地面移动无人机，可以用人力移动，也可以使用牵引车牵引。