貝爾公司的無人駕駛飛行器設計特點

李 韻

在未來，無人駕駛載人無人機將會是常見的飛行器，也是21世紀城市基礎設施不可或缺的一部分。而貨運無人機也是重塑航空未來的關鍵技術之一。無人駕駛載人航空器和貨運無人機則是貝爾公司通往未來征程的開始。

無人駕駛載人航空器

貝爾公開“Nexus”空中出租車概念設計

在公開展示其極具未來感的空中出租車客艙實物模型、吸引業界眾多關注一年后，直升機巨頭貝爾公司首次公開了其“Nexus”城市空中出租車概念的配置詳情。

在本次的拉斯維加斯CES 2019消費電子展上，貝爾展示了其“Nexus”城市空中出租車的概念設計。該機最大的外觀特征是6個可傾轉涵道風扇，設計搭載4名乘客和1名飛行員。采用混合電推進系統，動力來自鋰電池組和一臺賽峰公司研發的具體型號不明的渦輪發電機。“Nexus”的設計目標是“安全有效地重新定義航空旅行。”貝爾公司分管技術與創新的執行副總裁邁克爾·薩克爾表示。

圖1 貝爾公司的“Nexus”空中出租車概念設計

作為與優步(Uber)合作開發的城市空中出租車驗證機用于最早將于2020年在達拉斯和洛杉磯開展運營試驗的5家公司之一，貝爾推出“Nexus”的目的不限于空中出租車，也包括物流和軍用等用途。雖然空中出租車的概念很早就有了，但薩克爾表示：“創新之處是新技術的出現使我們可以用小型的、高度自主的純電和混動垂直起降飛行器，去安靜、安全、高效和經濟地開展城市空中交通(UAM)業務。”

“Nexus”是脫生于貝爾用于幫助定義城市空中交通模型的4個綜合框架的1個初步產品。邁克爾·薩克爾說：“運用運營、監管、制造和技術框架，我們正在推動技術創新，為獲取監管支持制定路徑，為飛行器設計和運營需求提供信息。”

“雖然我們今天沒有公開正在進行中的項目的細節，但我們相信到本世紀20年代中期進行商業運營是可期的，”他說。“城市交通未來面臨的挑戰不會消失，也不會通過傳統方式得到解決。要創建一個可行的城市空中交通網絡還有很多工作要做，但我們相信未來是真實和可行的，可能很快就會出現在你附近的某個城市。”

圖2 在6個涵道風扇全部向前的固定翼模式下，貝爾公司預計“Nexus”的巡航時速可達240km。

圖3 前部和后部風扇位于與機身相連的可轉動支柱上，中部風扇安裝在中置短翼末端。

貝爾分管創新的副總裁斯科特·德倫南說：“‘Nexus’是一種‘很認真的飛機’，我們從一開始就將它設計為一種可通過認證、投入實用的飛行器。混合電推進是我們看好的技術發展方向。涵道風扇不僅降低了噪聲而且提高了人員靠近飛機的安全性。我們希望它能服務于上下班通勤人群等各種出行場景。”

“Nexus”能在11.3m×11.3m的輕型直升機起降點起降，設計性能目標是航程240km，巡航速度240km/h。最大起飛重量2700kg，最大搭載能力360～450kg。

飛行汽車內飾風格的客艙內設有兩排4座的乘客座，外加一個飛行員單座。“我們認為這是市場的需求。初期將由飛行員駕駛，讓人們更易于接受這一新事物，但我們認為最終將使用自動駕駛系統代替飛行員。” 斯科特·德倫南說。“對于這個新興產業，有的人看好有的人看衰。我們是看好的，我們將把它變成現實并推向市場。”

貝爾公司的信心部分源自其在涵道風扇和傾轉翼飛機領域深厚的技術積累，例如上世紀50年代的XV-3傾轉翼概念驗證機，特別是60年代的X-22短距垂直起降研究機。“Nexus”的設計與X-22非常相似，也采用了成對高置的可傾轉涵道風扇。

前部和后部風扇位于與機身相連的可轉動支柱上，中部風扇安裝在中置短翼末端。每個涵道內有一個直徑2.45m的螺旋槳，螺旋槳安裝在槳轂上，導向葉片同時也是轉動組件的支撐結構。在直升機模式下，涵道風扇通過傾轉提供垂直方向的升力，在固定翼模式下，涵道風扇只提供向前的推力，涵道外罩的外形會產生升力。“涵道外罩是飛機的被動升力系統，在固定翼模式下，涵道外罩和中央短翼提供了飛機的大部分升力。”德倫南說。

賽峰公司開發的渦輪發電機被安裝在機身的后上部，與電池組一起為飛機的混合電推進系統提供能量。發動機廢氣通過排氣管從雙垂T尾的兩個垂尾之間排出。

“Nexus”推進系統首席工程師凱利·黑羅尼莫斯表示，混合電推進系統提供了更高的任務靈活性。“這并不意味著我們對未來的技術關上了大門，”他指出，“我們始終在關注電池、燃料電池和未來其它儲能技術的現狀和發展，以及我們正在為混合電推進系統研發的許多技術，包括電致動器、電機、發電機和電力電子設備。”

除提供渦輪發動機外，賽峰還將負責開發串聯混合電推進系統和驅動系統。該公司于2018年中開始在其位于法國Pau-Pyrenees的試驗場對100千瓦級分布式混合電推進系統進行測試，最近還公開了其新開發的電機系列中的第一種，該系列電機最大型號的功率達500kW。該公司還在為波音投資的Zunum Aero公司的12座級“ZA10”混合電動飛機提供其“Ardiden-3”渦軸發動機改裝的發電機。

在“Nexus”上，渦輪發動機驅動的發電機產生直流電，電力通過冗余的配電網絡傳輸給每個涵道中的電機。“除渦輪發電機外，機上還有一個高功率、高能量密度的電池組，作為推進系統的備份和補充電源。” 凱利·黑羅尼莫斯說。

這種架構讓電池組可以“在飛機需要額外功率輸出的時候，比如垂直/水平切換和大幅度機動時，提供額外的電力，補足發電機輸出功率不夠的部分。”他說。“在發動機空中停機的緊急情況下，電池組提供的功率也足夠飛機安全降落，甚至繼續完成飛行任務以后再降落。這意味著我們的飛機不需要額外配備整機降落傘，在任何時候都能依靠自身動力安全降落。”

來自發電機和電池組的電力匯集到配電系統中，為飛機的6個涵道風扇供電。風扇由電機直驅。“這很重要，螺旋槳和電機是直連的，” 凱利·黑羅尼莫斯說。“沒有中間變速箱或潤滑系統。我們力求讓系統盡可能簡單，簡單意味著可靠性、經濟性和安全性。”

電力系統公司(EPS)總部位于猶他州洛根市(Logan)，曾牽頭研發了用于美國宇航局X-57“麥克斯韋”電推進技術驗證機的鋰電池組。該公司將為“Nexus”提供能量存儲系統，包括：電池組、電力電子設備、熱管理和電池管理系統。“對鋰電池來說，高功率密度與高能量密度總是難以兼顧的，” 凱利·黑羅尼莫斯說。“但垂直起降飛行器需要兼顧總功率和總能量，這意味著電池組必須很重。也就是在過去幾年里，電池技術的發展才達到電動和混動垂直起降技術所需的能量和功率密度。”

圖4 貝爾公司在調研公眾對為“Nexus”設計的單/雙桿操縱界面代替傳統直升機操縱界面的看法。

圖5 “Nexus”可在11.3m見方的輕型直升機起降臺上起降，小于優步要求的13.7m見方的尺寸限制。

EPS公司先進的電池系統使混合電動路線成為可能，并使貝爾公司能優化發電機和渦輪機的尺寸。“用鋰電池來滿足任務峰值的功率需求，這讓我們能選擇更小的渦輪發電機，這意味著更高的效率和更輕的重量，”凱利·黑羅尼莫斯說。

飛行控制系統首席工程師杰夫·埃皮表示，“Nexus”將采用泰雷茲公司開發的電傳飛控系統，該系統將在許多方面與貝爾以前采用的同類系統不同。該系統將是分布式的，中心化的飛控計算機與遠端的電子設備和電機控制器相連。這也將是貝爾公司的飛機首次使用全電驅動的致動器驅動主飛行控制面，以前用的都是液壓致動器。電機械致動器和電機控制器將由穆格公司(Moog)提供。

“這是我們首次將飛控系統與推進系統相結合，”杰夫·埃皮說。飛控計算機將控制電機、風扇和涵道。“飛控計算機不僅控制這些電機產生推力，還通過控制推力分布來控制飛機姿態，這讓我們可以實現滾轉、俯仰和偏航控制，以及懸停和前飛。”在直升機模式下，飛機通過控制風扇轉速和使用可動導向葉片偏轉推力實現俯仰和偏航控制。在固定翼模式下，通過垂尾上的方向舵和中部短翼上的副翼進行飛行控制。

飛控系統將與自動駕駛管理計算機(VMC)密切配合，自動駕駛管理計算機將由高明(Garmin)公司負責開發。“自動駕駛管理計算機是飛機的大腦，” “Nexus”航電系統負責人弗蘭基·馬澤伊說。在動力管理方面，自動駕駛管理計算機監控電池的信息，根據電池信息來控制發電機，在導航方面，該計算機將接受地面站指令，解讀之后將需要執行的動作發送給飛控系統。“當前，這些都是由飛行員完成的，自動駕駛管理計算機的目標是輔助飛行員，提高飛行員的態勢感知度，降低工作負荷和提升安全性。最終目標是具備全自主飛行能力。”

貝爾公司不愿詳細透露開發時間表，但德倫南表示，該計劃目前“介于準備階段和關鍵設計評審階段之間。”目標是到本世紀20年代中期投入使用，期間將完成技術驗證機和原型機的制造和試飛。此外，第一架飛機將是全自動駕駛的，以此加快研發進度和盡早實現可選手動駕駛版的開發。通過美國聯邦航空局(FAA)認證的具體計劃還未確定，但應該是在第23部分規定下進行認證。

圖6 “Nexus”項目顯然從貝爾公司在涵道風扇推進技術上的深厚積累受益匪淺，包括貝爾公司在20世紀60年代研發的非常成功的X-22短距垂直起降研究機。 圖：AW＆ST 檔案

貝爾公司公布空中出租車客艙設計

在達拉斯/沃斯堡國際機場(DFW)的南北兩半之間，有一條沒有航線經過、尚未開發的空中走廊。雖然DFW機場年客流量高達6000萬人次，但通往機場的龐大、復雜的路網對任何不是去機場或從機場出發的人來說都是一個障礙。

對需要經過這片區域的人來說，繞過地面交通擁堵的捷徑只有乘坐直升機，從聯邦航空局指定的直升機航線穿過機場空域。

但直升機，至少最近貝爾公司用于接送采訪記者的這種直升機，仍然是非常昂貴的日常交通工具，只有巨富階層能負擔得起。但貝爾公司從中看到了一個新的市場，對于財富量級低一些的消費群體來說，雖然可能負擔不起私人直升機，但每次100美元的市內空中出行是完全可承受的。

貝爾公司正在與網約車巨頭優步(Uber)合作開發一種城市空中出租車，這是一種小型的4座垂直起降飛行器，不需依賴跑道。

貝爾公司的空中出租車客艙設計極具現代風格，例如平板電腦、亞光黑主色搭配有助于放松心情的藍色燈光、以及真皮質感的座椅。為了向記者展示他們對空中出租車的愿景，貝爾公司邀請記者們通過虛擬現實頭盔進行了一番體驗。虛擬客艙的門窗采用滑動式設計，有著很好的全景視野。

在本屆拉斯維加斯CES消費電子展上，9-12號之間參觀貝爾公司展區的參觀者將被邀請通過虛擬現實技術體驗同樣的虛擬場景，不過不是停在虛擬的機庫里，而是將包括虛擬的飛行，例如與朋友一起去交通不太方便的鄉村高爾夫俱樂部，或是與其它通勤旅客一起飛往市區。

與動畫片《杰森一家》中那種形式不同，貝爾公司的空中出租車不會有閑置的時候。它在設計上就是要以持續按需提供服務的空中出租車模式運營，在這樣的未來世界，人們將不再需要擁有私人汽車。

貝爾公司還將在展會上展出空中出租車客艙的全尺寸模型。是單獨的一個客艙，沒有涵道風扇等組件，目前這個客艙還在箱子里沒拆包裝。參觀者將可以進入客艙模型參觀，或許還會展示行李放在哪里。雖然貝爾公司的空中出租車是設計為最終要實現全自主無人駕駛的，但至少在最初的幾年里將使用有人駕駛的方式運行。

“我們認為空中出租車飛行員的角色更接近‘任務管理員’，主要是處理各種情況。”貝爾公司總裁兼首席執行官米奇·斯奈德說。“任務管理員”的工作介于電梯駕駛員和飛行員之間：具備駕駛技能的飛行員隨時準備處理突發情況，但大多數時候的工作是安全執行基本指令。直至全自主駕駛系統能夠完全勝任。貝爾公司認為前V-22傾轉翼飛機的飛行員會很適合這個工作，因為他們熟悉垂直起降系統和運送人員。

從客艙設計開始的原因之一是貝爾公司試圖預測一個還不存在的市場和飛行器將會是什么樣的。現有一些多軸飛行器類的載人飛行器，例如“Volocopter 2 X”、“億航-184”、“W o r k h o r s e SureFly”(將在本次CES展會上做飛行展示)等。這些飛行器都只能搭載1～2人。貝爾公司希望以更大型的客艙為切入點，探索此項技術的更成熟形態，具備和家用車同等搭載能力的飛行器。

圖7 貝爾公司的空中出租車客艙有4個座位，前排其中一個座位最初將是飛行員駕駛座。

圖8 貝爾公司表示，駕駛空中出租車將更像是駕駛無人機而非直升機。

首飛和實際運營在幾年內將不會實現。樂觀估計，貝爾公司的目標是在本世紀20年代初實現首飛，20年代中期投入商業運營。要達到共享出行巨頭優步公司需要的規模，需要大量基礎設施。特別是需要許多“垂直起降場”。這些起降場需要提供充電等能源補充選項。空中出租車將采用何種推進方式還需等貝爾公司敲定最終設計。

要滿足需求，貝爾公司預計將需要數千架空中出租車。該公司甚至可能從設備制造商的角色更進一步，推出自己的出行軟件，自己運營空中出租車服務。初期的試運營將在人口眾多、面積廣大的城市進行，例如達拉斯或迪拜。關鍵指標是交通繁忙、擁堵嚴重，在這種地方，空中出行繞開地面擁堵才最有價值。

典型之一是從達拉斯/沃斯堡國際機場南北(＊東北-西南)兩部分中間穿過的直升機航線。這條空中通道可被用于空中出租車業務。找到這種已經獲批的空中通道對于建立小規模客運業務是很好的選擇。

“我們要在不違反空中交通管制的情況下運營這些空中出租車，”米奇·斯奈德說。“屆時將有數千架空中出租車，如何才能獲得聯邦航空局的許可？”

為確保空中出租車的愿景不會被監管障礙所阻礙，貝爾公司說他們正在積極地與聯邦航空局溝通，在投入正式運營之前，讓監管機構了解這項技術和將其納入空管體系。從直升機航線開始運營，讓空管機構適應空中出租車的定期、日常飛行，是這項努力的一小部分。

另一部分是確保空中出租車可以在空中自主飛行。為此，貝爾公司計劃采用雷達、計算機視覺和激光雷達技術，確保任何時候至少有一種傳感手段可用。此外可能還會使用地面監控站，甚至使用Wi-Fi節點和電信基站來檢測空中出租車的位置，并向其它飛行器發出注意避讓的警示。空中出租車彼此間是互聯的，能在任何時候全面、準確地了解每輛空中出租車在空中的準確位置。

圖9 截至目前，貝爾公司的空中出租車設計只公開了很少信息。

圖10 貝爾公司選擇以消費電子展示案例的形式向外界展示其空中出租車計劃。

圖11 加拿大政府提供的研究資金將幫助推進貝爾公司的城市空中出租車研發計劃。

在未來，空中出租車將會是常見的事物，是21世紀城市基礎設施不可或缺的一部分。在本次CES展會上展出客艙設計則是貝爾公司通往未來的征程的開始。

加拿大支持貝爾公司的空中出租車項目

加拿大政府將支持可選有人駕駛直升機、貨運無人機、和城市空中出租車相關技術的研發，該技術發展聯盟由德事隆集團貝爾直升機加拿大公司(BHTC)領導。

加拿大創新、科學及經濟發展部在5年內將向由貝爾加拿大公司領導的，包含18家加拿大企業和研究機構的聯盟投資4950萬加元。該技術發展聯盟的成員包括發動機制造商加拿大普惠公司、航電制造商Esterline CMC等，將向該研發項目投資超1.25億加元。

貝爾公司負責技術與創新的執行副總裁邁克爾·薩克爾說，研究內容涵蓋5個領域：替代推進技術、自動駕駛和態勢感知、低成本電傳飛控系統、能量管理和先進抗反扭系統。

渥太華戰略創新基金(SIF)提供的聯邦資金將“提供最先進的飛機技術，” 加拿大創新、科學及經濟發展部部長納維德普·貝恩斯(Navdeep Baines)表示。“渥太華戰略創新基金設立的目的正是支持下一個重大創意，包括下一代直升機技術。”

“這些資金將幫助貝爾公司將城市空中出租車的愿景變為現實，”德事隆集團貝爾直升機加拿大公司總裁辛塞亞·伽牛表示。該分公司的業務是研發和生產貝爾的商用直升機，包括在魁北克省米拉貝爾生產的新的“貝爾-505”型。邁克爾·薩克爾說，“這項研究將與在美國母公司進行的研發工作協調進行，”

研究內容將包括簡化推進系統、降低成本和滿足環境、噪聲、性能和安全要求的分布式混合電推進系統。飛控系統的研究力求將成本降低到可用于各檔次目前尚未采用過電傳飛控系統的機型的水平。

圖12 吊艙運輸無人機(“APT”)概念

圖13 “Hydra”無人機的分布式推進系統由環形翼和輻條翼上的12個可折疊螺旋槳組成

Esterline CMC公司將重點研究全球衛星導航系統，使用多個多家的采用不同頻段的多個衛星導航系統，Esterline CMC公司分管工程和研發的副總裁帕特里克·香檳說。

多頻衛星導航接收器將提高可靠性和完整性，可實現在零能見度情況下和移動平臺上的自動降落，讓讓有人和無人駕駛飛行器安全、精確地飛行。

貨運無人機

采用尾坐式垂直起降設計

飛行員一直是尾坐式垂直起降的主要問題，雖然這種設計兼顧了直升機的垂直起降和固定翼的高效水平飛行能力。但起降時的豎立狀態對機上人員來說是非常別扭的。

而無人機則沒有這一限制，因此只要設計得當，此類設計是完全可行的。2017年12月4日，媒體記者們在貝爾公司沃斯堡飛行研究中心參觀了兩種采用尾坐式垂直起降設計的無人機的試飛。

“Hydra”(混合動力傳動系統研究機)無人機給人的印象是一種介于現實與未來之間的存在。它有一個環形的機翼，在環形翼和將其與中央機身連接的輻條翼上安裝有多個螺旋槳推進器。這些小螺旋槳構成了一個分布式推進系統，既提供起飛所需的升力，又可作為備份飛控機制在必要時控制飛行。機尾向下從地面垂直起飛后，“Hydra”無人機爬升到安全高度然后轉向90°進入水平飛行。看起來如同科幻片中的外星飛行器一般。

吊艙運輸無人機(“APT”)以多軸模式起飛，然后轉入固定翼模式水平飛行。有不同載重和航程的多個型別，從4.5～9kg/140～190km到180kg/550km以上。“Hydra”無人機的分布式推進系統不僅能產生更大的升力而且可作為備份飛控機制。貝爾公司正在“Hydra”無人機上開發驅動分布式推進器的混合動力液壓傳動系統。

達拉斯/沃斯堡地區當天有強陣風。“Hydra”無人機在起飛和爬升過程中沒遇到任何麻煩，但當它轉入水平飛行后，強風裹挾著這架小型無人機向比預期更高的高度爬升。試飛小組指揮無人機穩定飛行姿態，轉入尾坐模式頂著強風返回了飛點。

貝爾公司分管創新項目的副總裁斯科特·德倫南表示，“Hydra”無人機激進的對稱設計是為了解決尾坐式垂直起降飛機的不穩定性。分布式電推進意味著該機不需要直升機的變速箱和傳動系統。研究團隊還在為“Hydra”無人機開發一種混合動力液壓傳動系統，通過液壓動力驅動螺旋槳，同時保持飛機不發熱。

從概念構想到驗證機首飛，貝爾公司的研究團隊僅用了5 個月時間。“Hydra”無人機的設計仍在繼續改進，推進系統和不同配置的試驗都在進行中。由于該項目的研究和驗證原型屬性，斯科特·德倫南表示，該機有時候“與地面有一些預期外的相互作用”。可修復性也是該機的另一個優點。

雖然“Hydra”的設計極具未來感，但本次展示的亮點是一種名為“APT”(吊艙運輸無人機)的尾坐式雙翼飛機，設計用于貨倉自動運輸。與“Hydra”一樣，“APT”也兼具垂直起降能力和固定翼高效平飛的能力。該機的可分離貨倉吊掛在兩個機翼之間，機翼下有4個曲棍球棍形的起落機尾。每個機翼上有兩個電機，看起來電機能雙向傾轉至少45°。本次展示的“APT”是一架原型機，是一些列更大型尾坐式貨運吊艙運輸機的技術驗證機。但貝爾公司強調如果有客戶感興趣，這一產品可以迅速投入實用。

當前型號的有效載荷約4.5kg。可裝載3大袋花生巧克力(包裝需部分放氣)。得益于固定翼模式的高效率飛行，貝爾預計中型“APT”將具備140～370km的航程，更大的型號將提供550km的航程。即使是設計載重7kg的型號，航程也可達90km，若以較低的巡航速度飛行以節省電力則可達到130km。

當前的大多數貨運無人機概念集中在卡車到戶這一領域，也就是幾千米范圍內，能在城鎮之間飛行的無人機將給市場帶來很大的變化。

除商業貨運領域外，貝爾公司認為“APT”無人機也能滿足軍事物流的需求，在各種情況下、甚至是在戰斗中為士兵提供再補給。斯科特·德倫南列舉了五角大樓的幾項信息請求，根據五角大樓提出的要求來看，基于“APT”概念的無人機將是理想選擇。鑒于軍事和民用空管規則的不同，“APT”無人機可能會首先被用于軍事用途。

本次試飛的技術驗證機的貨倉是固定的，但模塊化可分離貨倉是“APT”無人機項目的主要目標之一，從概念草圖來看，更大型號采用的是可分離吊艙，甚至包括在豎直起降和平飛期間能保持貨物朝向不變的云臺式穩定吊艙。貝爾公司設想的載重范圍很大，包括載重450～900kg級的大型版本。

在演示期間，由于陣風風速超過限制，“APT”驗證機沒有進行垂直-水平轉換，只是以四軸模式進行了垂直飛行，不時以傾斜姿態進行水平飛行從“Hydra”無人機頭頂飛過。在這個試飛視頻中可以看到，“APT”無人機從地面以豎立狀態起飛，然后轉入水平狀態像雙翼飛機一樣飛行。

圖14 “Hydra”無人機轉入水平飛行狀態以獲得更高的效率。

貝爾公司開始測試最大版本的“APT”系列無人機

據《航空周刊》2019年1月31日報道，在亞利桑那州梅薩市，貝爾公司已開始對其研發的電動垂直起降吊艙運輸無人機(“APT”)系列迄今最大的型號進行測試，該無人機將是美國航空航天局將于2020年啟動計劃的一個關鍵組成部分，計劃目標是為美國領空內的無人機常態化飛行鋪平道路。

此次測試的“APT-70”無人機設計載重31kg，時速超過160km，“APT-70”是貝爾正在研發的一系列新型垂直起降飛行器之一。2018年，貝爾公司和另一種“Hydra”(混合動力傳動系統研究機)無人機一起測試了尺寸更小的“APT-20”無人機。2019年1月，貝爾公開了名為“Nexus”的5座空中出租車概念飛行器。

和“APT-20”一樣，“APT-70”也是像直升機一樣垂直起飛，然后轉入依靠機翼產生升力的水平飛行模式。飛行器將按照預設的導航點自主飛行抵達目的地，然后轉入垂直飛行狀態進行降落。

“商界和政府客戶都對這一系列用途廣泛的無人機表現出了濃厚的興趣，” 貝爾公司負責技術與創新的執行副總裁邁克爾·薩克爾說。“我們關注的是當前主要依靠卡車運輸的中等距離運輸領域。”

在本次垂直飛行學會第6屆年度電動垂直起降技術研討會上，邁克爾·薩克爾表示，“APT”無人機初期的應用“將主要是運送高價值和時間緊迫貨物”。貝爾公司正準備與日本包裹遞送企業日本大和(Yamato)公司合作用“APT-70”無人機進行驗證飛行，雙方已于2018年末簽署了合作協議。

此前接受《航空航天日報》采訪時，貝爾公司“APT”項目經理約翰·維特馬克表示：“我們正在與大和公司合作看如何將無人機融入他們的業務模式，看他們有哪些需求。在2019年里，我們將和大和公司一起對“APT-70”進行驗證飛行和運行試驗，對于無人機交互方式、以及貨運吊艙的裝運和卸載，他們有具體的要求。”貝爾公司預計到本世紀20年代中期能將首款產品投入使用。

但對于無人機行業整體增長具有潛在的更大戰略重要性的是“APT-70”在美國航空航天局即將開始的系統集成與實用化(SIO)計劃中扮演的角色。貝爾公司將參與的是2020年將要進行的多項在150米以上空域運行的飛行驗證計劃之一。內容包括綜合探測避讓和指揮控制技術。

“使用‘APT-70’，我們將驗證在國家空域內的端到端商用飛行，通過在受控和不受控空域內的飛行試驗，推動自動駕駛技術在超視距、人口稠密區上空和城市環境中的應用。”邁克爾·薩克爾說。和貝爾公司一起參與該計劃的伙伴包括總部位于加州的自動駕駛飛行技術企業Xwing公司，該公司將負責提供綜合探測避讓系統。此外，還有馬薩諸塞大學阿默斯特大氣協同自適應傳感中心，該機構將負責提供氣象雷達。

德事隆系統公司將為項目提供指揮控制系統，該系統將由美國航空航天局阿姆斯特朗飛行研究中心管理。

貝爾公司與大和公司合作開展無人機遞送項目

圖15 “APT”無人機的電機可雙向傾轉，起落機尾上有4個氣動控制面。

圖16 電動垂直起降無人機

貝爾公司將與日本包裹遞送企業大和公司合作，使用電動垂直起降無人機提供航空物流服務。雙方希望到本世紀20年代中期能推出他們的首款產品。

總部位于東京的大和公司已在使用自動駕駛車輛測試該公司研發的地面自動送貨服務系統。本次合作的目的是將貝爾公司的無人機與大和公司開發的自動化包裹處理系統相結合，提供自動化按需物流服務。

初期的驗證將使用貝爾公司開發的尾坐式電動垂直起降無人機 - 吊艙運輸無人機(“APT”)，結合大和公司開發的可分離模塊化貨倉。“APT”無人機能像直升機一樣垂直起降，然后轉入高效的水平飛行狀態，可提供更快的速度和更遠的航程。

日本電商企業日本樂天(Rakuten)公司已在進行無人機遞送試驗，該項試驗從2016年5月開始，在千葉縣的一個高爾夫球場用無人機把球運送給高爾夫球手。在2017年11月至2018年3月期間，樂天公司在福島縣的南相馬市測試了無人機送貨服務。使用的“Tenku”無人機是由千葉大學的“自律制御系統研究所”(ACSL) 開發的多旋翼飛行器。

“APT”是貝爾公司正在開發的一系列新垂直起降(VTOL)設計之一。該驗證機的飛行時速可超過160km，不同型號的設計載重在7～900kg之間。貝爾公司還在測試“Hydra”混合動力推進技術驗證機，以及4座版的“空中出租車”電動垂直起降飛行器。

未來計劃

貝爾公司力爭讓空中出租車于2025年投入運營

在2019年的CES 2019消費電子展上，貝爾公開了其“Nexus”電動垂直起降飛行器的概念設計。公眾對貝爾公司“Nexus”的反應非常好。現在人們不再懷疑這是否將變成現實，而是這何時將變成現實。我們預計到2025年讓“Nexus”投入運營，比很多人想象的要快。

對于未來各種城市空中交通(UAM)選項的大規模應用，在實現目標的道路上還存在哪些阻礙？電動垂直起降飛行器所需的大多數技術已經存在。但貝爾公司將繼續與監管機構和社會各界溝通，確保相關政策法規不會滯后于產品開發。在公眾對自動駕駛技術完全信任之前，“Nexus”將有一名駕駛員。我們認為公眾的接受過程需要時間，但我們相信最終將實現自動駕駛。

當前，大眾對空中出租車應用的主要擔心之一就是空中交通管制問題。要確保各種城市空中交通(UAM)工具安全飛行、不受到重大限制，現有的飛機空管環境已經是一個很好的系統，還需要做一些提高空域容量的工作，尤其是低空空域，以及使用更多自動化系統提高空管業務的安全性和效率。這也是為什么貝爾公司在跟監管機構合作建立一個安全、全面的系統，避免對現有空管系統帶來過大壓力的原因。

關于城市空中交通基礎設施，一個經常討論到的模型是在市中心或機場設置垂直起降機場。從實際來看，貝爾公司認為像“Nexus”這樣的城市空中交通工具將在垂直起降機場起降。貝爾公司希望避免的是將垂直起降機場設置在那些已經存在交通擁堵的位置，這將加重地面交通擁堵問題。我們正在與合作伙伴共同研究選址問題。

有多個城市參與了“優步城市空中出租車”試驗計劃，另外有幾個城市表達了參與意向，包括美國和世界其它國家的城市。顯然，這些尋求提升城市交通狀況的城市都面對著嚴重的交通擁堵問題。

“Nexus”將采用電推進技術，未來還將實現無人駕駛。相比傳統飛機，這些技術將對維修模式帶來哪些變化？仍將適用常規的適航性要求，比如標準檢修操作。我們將使用一些新技術-比如電池，需要編寫相應的維護規程。