運輸型無人直升機發展的關鍵技術及建議

姬樂強 劉芳國

隨著軍事、民用領域對空中物流的急迫需求，運輸型無人直升機將成為世界性的研究熱點。通過對國內外運輸型無人直升機的研究現狀和需求分析，提出未來運輸型無人直升機發展需突破的關鍵技術，并給出了我國運輸型無人直升機的發展建議。

空中物流概念的提出，為當今世界物資運輸行業提供了極具前途的選項，同時對運輸型無人機在軍事、準軍事、民用的發展提出了急迫的需求。從美國空中力量的發展路線可以看出，未來物資補給任務的四分之一將由無人機完成。

無人直升機能夠垂直起降和空中懸停，機動靈活性高，無需機場跑道，對起飛場地要求小，使用保障方便，所以相比固定翼無人機更加適合在高原、山區等復雜環境下使用。運輸型無人直升機對提高“最后一公里”運輸效率、作戰任務和救援任務成功率，增強運輸物資使用的時效性，解決運輸樞紐和集散中心的負擔、降低運輸成本等具有里程碑式的地位。

國內外發展現狀

近年來，國外開展了多種運輸型無人直升機的研制工作。

美國在具有山區環境特點的阿富汗部署兩架貨運能力3.5t、續航能力402km的K-Max無人直升機進行自主貨運能力的驗證，以期解決后勤保障和作戰物資補給的精準投放等問題。2017年，美國海軍完成了UH-1直升機手持平板操控的物資補給飛行演示。貝爾公司開始計劃研制商載450kg物流運輸型無人機APT，可實現將快遞上門的運輸任務。西科斯基通過改裝S-76直升機，設計了首款載客無人直升機SARA，并采用平板操控，完成了飛行測試。波音公司公布了一種電動八旋翼運輸型無人機eVTOL，該機重量339kg，有效載荷可達227kg，可在30km內提供貨運服務。2017年6月，美國推出混合動力的無人直升機SureFly，該機可攜帶180kg貨物，飛行距離達llOkm。

俄羅斯正在研制卡-226T無人直升機，該機可執行一切氣象條件下的運輸和特種任務，起飛重量3.4t，任務半徑600km，任務載重高達1.5t。

國內開展無人直升機的研究較晚，盡管我國在國家政策層面大力推動無人直升機發展，但是，目前我國在物流及運輸領域可用的無人直升機裝備幾乎沒有。從任務載荷能力和環境適應性出發，縱觀國內現有成熟平臺，航空工業直升機設計研究所自主研制的AV500無人直升機，可以勝任部分物資運輸任務。AV500無人直升機最大起飛重量500kg，任務載荷高達150kg，最大續航時間lOh，實用升限可達5000m。

需求分析

航空貨運將物流行業從地面物流形態提升至空地一體形態。目前，物流行業世界年均包裹數量700億件、營業額高達4000億人民幣。據統計，2017年，國內包裹數量占全球的近一半。電子商務的蓬勃發展，使得快遞的總量飛速增加，而物流運輸的效率和成本控制成為當下十分尖銳的問題。同時，航運集散中心也難以承擔物流的迅猛增長，急需提高物流運輸“最后一公里”的運輸效率和運輸成本。采用無人機派送相比傳統物流模式可使得物流費用大大降低。

我國邊境線長，復雜地形山區、海洋和島嶼多，而在該地區的機場分布少，加之固定翼對使用保障要求高，不利于物資的末端運輸。目前適應復雜環境，最高效的末端運輸裝備是直升機。而有人直升機受飛行員、飛行環境的限制較多，使用成本和風險都比較高。無人直升機受人的因素、環境因素影響較小，特別是風險較小，是最佳選擇。無人直升機執行運輸任務時，對起降場地的要求極低，是支線固定翼運輸機的有效補充，也是現代運輸網的重要空中節點，具有極高的商業價值。

在高原、海上、島嶼等惡劣環境下，一旦發生軍事沖突或有人員在該地區受困或發生災難事故，急需輸送戰需物資或救援物資。由于受地形和道路限制，以往該地區物資的末端運輸，無法采用機械化手段，多數采用化整為零，再通過人力和畜力并用的方式來實現，效率很低，嚴重影響人員救助的及時性和物資使用的時效性。特別是對于集成化的大型物資，即便是化整為零，也難以用人力和畜力來實現復雜環境下的末端運輸。這就迫切的需要具備大載荷、高升限、高環境適應性、安全可靠性高的智能化運輸型無人直升機，突破惡劣環境限制，抵達救援現場，精準投放或卸載救援物資，實現高原、海上或島嶼等地區的物資運輸任務，提高人員救助和物資運輸任務的成功率。

在海上，我國海域廣闊，石油資源豐富，各石油公司也是加緊了石油的勘探和開采，建立了大量的海上石油鉆井平臺。海上石油鉆井平臺相對孤立，平臺和陸地之間、平臺和海島之間、平臺和平臺之間不相連，物資和人員主要靠后勤供應船和有人直升機承擔。由于平臺之間調運物資、工具、設備等物品相對重量較輕，體積較小，采用后勤供應船進行調運成本過高，效費比低。而有人直升機使用維護成本高，往返運輸同時要考慮駕駛員疲勞及安全等因素。因此，海上作業引入運輸型無人直升機，可以執行從陸地至鉆井平臺、鉆井平臺之間的物資運輸及調配任務，從而提高效費比，提升物資運輸調配效率，縮短作業周期，降低運輸成本。

此外，海事救助打撈、林業防護等各民用領域均對重型運輸型無人直升機提出了急迫的需求。

研制運輸型無人直升機，開展智能化、高性能、高可靠性的運輸型無人直升機技術研究，對支撐我國無人機物流商業化道路發展，滿足軍事、民用領域的實際需求均具有重要意義。在軍民融合形勢下，可以利用民用無人機技術，研制滿足部隊使用的戰備物資運輸型無人直升機，為國防建設作出應有貢獻。

關鍵技術

未來運輸型無人直升機的發展需緊密結合用戶地域、時域的使用需求，同時考慮用戶使用的安全性和便捷性。因此，物資的快捷裝卸，智能化飛控、測控技術，高環境適應性是運輸型無人直升機的主要發展方向。由此，未來運輸型無人直升機的發展必需突破以下關鍵技術。

（1）運輸型無人直升機貨物吊掛裝置技術研究

基于運輸型無人直升機貨物吊掛運輸需求，開展運輸型無人直升機可達性及快捷性的吊掛設計、重量重心設計等研究。

（2）運輸型無人直升機吊掛貨物穩定飛行控制技術研究

開展運輸型無人直升機氣動特性及動力學建模技術，建立高精度的運輸型無人直升機吊掛貨物飛行動力學模型，開展運輸型無人直升機貨物吊掛飛行控制的自適應魯棒穩定性設計。

（3）運輸型無人直升機異地交權控制技術研究

開展運輸型無人直升機異地交權控制技術和衛星通信測控技術研究。并基于該項研究開展飛行控制權限交接和無人直升機遠程控制技術研究。

（4）運輸型無人直升機智能著陸控制技術研究

基于復雜地形的自主著陸需求，開展多源傳感器信息融合技術研究，開展運輸型無人直升機自主著陸控制技術研究。實現無人直升機的智能著陸控制等功能。

（5）運輸型無人直升機自主識別與防撞技術研究

結合多傳感器智能感知技術，開展運輸型無人直升機自動控制技術研究。開展運輸型無人直升機飛行控制與管理系統頂層構架設計，實現直升機的航線在線重規劃、自主識別與防撞、智能著陸控制等功能。

（6）運輸型無人直升機精準投放技術研究

基于吊掛貨物穩定飛行控制技術、大數據、多源信息融合技術等，開展運輸型無人直升機飛行條件智能感知、智能決策，實現運輸物資點對點精準投放的任務需求。

（7）運輸型無人直升機抗風切變技術研究

針對高原地區復雜飛行環境，考慮風切變對運輸型無人直升機飛行影響，開展風切變下運輸型無人直升機飛行動力學和飛行控制律設計研究，進一步提高運輸型無人直升機環境適應性和任務完成度。

發展建議

鑒于我國對運輸類無人直升機的急迫需求，建議國家層面進行頂層策劃，開展運輸型無人直升機發展路線圖及型譜規劃研究；制訂運輸型無人直升機相關標準、規范體系，如安全性、可靠性規范，吊掛等適航體系；開展運輸型無人直升機研制技術路線，突破相關關鍵技術，可先行開展有人直升機無人化加改裝，滿足軍事、民用領域運輸型無人直升機的急需，同步開展“以任務為中心”的無人直升機的全新研制，解決未來運輸型無人直升機發展需求。同時，基于“軍民融合”發展思路，積極開展與民營企業如順豐、通航等的戰略合作，進一步推動運輸型無人直升機的研制發展。