呼之欲出的大型貨運無人機

徐德康

隨著航空貨運需求量的逐年增加以及互聯網、大數據、人工智能和各類無人創新技術的成熟，一些無人機制造商已將重點轉向了大型貨運無人機的研制，這類飛機的尺寸和攜帶有效載荷的能力可以達到現在商用飛機的量級，甚至直逼波音747的大小和運載能力。

隨著電子商務和快遞業務的增長，許多貨運企業開始關注能自主飛行的貨運無人機的發展，用貨運無人機作為地面物流系統的補充已經成為行業的共識。但是截至目前，與無人機物流有關的活動大都集中在投送小型包裹的小型無人機上，大型貨運無人機的應用一直被視為是未來的事。然而，隨著航空貨運需求量的逐年增加，持證飛行員的數量已經出現緊張，加上航空人工成本日漸攀升，促使無人機制造商和貨運公司越來越期望能夠提升貨運無人機的有效載荷能力，甚至發展出有效載荷1f以上的貨運無人機。與有人駕駛大型貨運飛機相當的大型貨運無人機的研發也提上日程，并期望于2020年投入使用。

例如，美國的納體魯斯貨運公司（Nafilus）在2017年11月已經結束了第二輪種子基金的融資，計劃首先研制一款水上貨運無人機，接著研制陸基大型貨運無人機，其大小相當于波音747，其縮比的原型機的飛行試驗正在準備中。美國的埃爾羅伊航空公司（ElroyAir）也在201 7年12月獲得了460萬美元的種子基金，開始研制電動垂直起降大型貨運無人機，也準備進行縮比原型機的飛行試驗。美國另一家企業“劍翼”飛機制造公司在2018年1月完成了首輪融資，籌集到近100萬美元，計劃研制大小相當于賽斯納208“大篷車”飛機的區域貨運無人機，并期望在今年秋季進行65%縮比樣機的飛行試驗。

超大型貨運無人機

成立于2014年的納體魯斯公司一直致力于研制一款能替代傳統貨運飛機的低成本空中運輸工具，可用于橫跨太平洋和大西洋航線。但是如果選用傳統的空運系統，雖然速度快但價格昂貴，如果選用海運則運費便宜，但速度太慢。所以納體魯斯公司正在尋求第三種方案，即研制一款超大型貨運無人機，貨運載荷及航程與波音747/777貨機相當，而運輸成本減半。這種貨運無人機將使用渦槳發動機，從而降低油耗以節省燃油成本，這樣雖然飛行速度較噴氣式飛機慢，僅有Ma0.4，但仍比貨船速度要快十幾倍。

根據納體魯斯公司的計劃，第一步是先制造一架重900kg、長9m的縮比水上無人機，其大小和重量與“捕食者”無人機類似，但有效載荷為320kg，采用一臺Rotax 912活塞發動機作為動力，并已經獲得FAA的試飛許可。納體魯斯公司認為，在水上運營的無人機能比較容易獲得認證，因為在海上起降和飛行可以不經過人口稠密的城鎮上空。第二步是利用以上設計衍生出一架全尺寸的貨運水上無人機，無人機全長60m，有效載荷90f，期望到2020年投入使用。此全尺寸無人機可能使用渦槳或渦扇發動機，但不大可能使用電推進系統，因為納體魯斯認為電動系統不適合用于貨運飛機。

納體魯斯公司的最終計劃是研制一款在陸地上使用的超大型貨運無人機，采用翼身融合體（BWB）布局，從而增加貨艙容積。納體魯斯公司認為，現在傳統形式貨運飛機雖然載荷較大，但貨艙的容積較小，由于電子商務的增長，貨艙常常在達到有效載荷上限之前就已被塞滿，從而浪費了有效載荷。采用了BWB設計后，貨艙的容積可增加30%。根據公司計劃，首先制造的將是一款最大起飛重量約9.1f、能攜帶3.5～4.5f有效載荷的小型無人區域貨機，采用PT6A渦槳發動機作為動力。該機計劃在2020年進行飛行試驗，并按照FAA重新修訂的FAR 23部規定、在未來3年內進行認證。納體魯斯下一步將研制一款有效載荷40f、尺寸相當于波音767的貨運無人機；而最后研制的將是相當于波音747/777大小、能攜帶100～120t貨物的跨太平洋貨運無人機。

“鋁質獵鷹”垂直起降貨運無人機

成立于2016年11月的埃爾羅伊（EIroy Air）公司，最初是想擠入eVTOL城市飛行器市場，但是在了解了客運無人機認證的時間框架后，決定轉向貨運無人機市場；其目標是能垂直起降的大型貨運無人機，潛在客戶是飛行距離約480km內的短程航空物流服務公司。

埃爾羅伊公司認為，使用垂直起降貨運無人機有兩點優勢。首先是成本低，使用垂直起降的貨運飛機，可以不必使用費用高昂的機場等基礎設施，制造和運營成本較低；其次是時效性高，例如很多貨物投遞路線的地形不適合采用卡車投送，或者用卡車投送的效率太低，而貨運無人機飛行速度則要快得多，而且埃爾羅伊公司還計劃配備貨物裝卸的地面機器人，機器人可自動撿起裝有貨物的吊艙。任務的整個過程不需要很多人參與，只需用一名操縱員就可管理一個機隊，人工成本也大大降低。埃爾羅伊公司正在研制自動駕駛儀，并表示最初貨運無人機原型機的飛行將由地面操縱員遙控，然后逐步添加自主飛行功能，最終的目標是設計一款可由一名地面操作員管理5架貨運無人機的無人貨運系統。

埃爾羅伊公司正在研制的這款貨運無人機被稱為“鋁質獵鷹”，采用雙撐桿串列機翼設計，中央機身下半部為貨艙，在每個撐桿下面分別裝有3個螺旋槳用于垂直升降，機尾有一個推進螺旋槳用于向前飛行。該機可攜帶68kg貨物，飛行速度為161km/h。埃爾羅伊公司現在正在制造一架縮比貨運無人原型機，以驗證空氣動力學和飛控系統，而且希望這種貨運無人機能在城市地區運行。雖然這種大型貨運無人機比普通飛機飛得低，速度也較慢，但仍然會與普通飛機共享空域，因而必須為其配備空中防撞系統。

全尺寸“鋁質獵鷹”原型機的升力系統（旋翼、電機和控制器）已經得到驗證，包括升力和噪聲的測量。試驗表明，“鋁質獵鷹”的每個旋翼都達到了預期的推力，而噪聲只比環境噪聲高了“幾分貝”。同時，由于采用了可變矩旋翼，因此允許采用更大直徑的旋翼，其轉速可以更慢，噪聲也就更低。

埃爾羅伊公司表示，“鋁質獵鷹”縮比原型機的地面試驗將于近期開始，而全尺寸原型機的試飛將在今年夏末進行，期望能在2021年提供最初的客戶。

“雙足飛龍”貨運無人機

美國“劍翼”飛機公司采取了不同的路線進入貨運無人機市場。該公司首先制造了稱為“天龍座”2（Draco-2）無人機的65%縮比驗證機，設計航程可達9250km，該機將參加在2019年秋季舉行的“太平洋無人機”挑戰賽。該挑戰賽要求無人機從日本仙臺直飛美國硅谷，飛行距離達8320km。在整個飛行中，要求無人機不經停、不加油、也不能使用熱氣球、火箭等輔助飛行方式，而且要全程無人駕駛自主飛行。

“劍翼”飛機公司表示，“天龍座”2也是公司計劃研制“雙足飛龍”（Wyvern）貨運無人機原型機，該機的尺寸和飛行速度與賽斯納208“大篷車”相當，但攜帶的有效載荷幾乎是“大篷車”的兩倍。

“雙足飛龍”將采用混合電動推進系統，采用兩臺汽油發動機驅動發電機，為成對安裝的8個風扇提供電力。但“天龍座”2與“雙足飛龍”還存在較大區別，“天龍座”2不是一種垂直起降無人機，而“雙足飛龍”則可以垂直起降，不僅能攜帶更大的有效載荷，還可以超短距起飛，并在目的地垂直降落。該機不僅可以服務于與“大篷車”飛機航程范圍相同飛行距離為370～1480km的市場，而且可以深入到基礎設置較差的偏遠鄉村。

無人駕駛電動飛機

據美國《航空周刊》2017年2月報道，迪拜的道路和運輸管理當局（RTA）主席馬塔爾阿爾塔耶爾表示，阿聯酋政府計劃到2030年將25%的個人出行轉變成不同形式的無人駕駛運輸方式。來自中國的億航公司已經完成了全尺寸億航184無人駕駛飛機的飛行測試。億航184最大起飛重量為363kg，可搭載1名乘客進行自主飛行。該機具有垂直起降功能，在4個懸臂端安裝有4對共8個旋翼。巡航速度為100km/h，巡航高度為914m，續航時間為30min，著陸速度為4m/sec，電池充電時間為1～2h。

另據美國《航空周刊》2017年10月報道，德國Volocopter公司與RTA啟動了為期5年的自主城市出租車（AAT）項目，其Volocopter2X雙座電動垂直起降飛機在2017年9月25日在迪拜完成了首飛。首飛在朱美拉海難上空持續了5min。Volocopter 2×是一架18旋翼垂直起降飛機，飛行速度可達100km/h，續航時間達30min。