非常規設計的個人電動垂直起降飛行器

李韻

電動垂直起降技術驅動個人飛行器市場的發展，多種新產品的設計與傳統形態不同。新型設計充分利用電驅動技術優勢，氣動和推進性能更加融合。

AirQuadOne單人飛行摩托

雖然電動垂直起降飛行器領域的大多數研發都聚焦于城市空中交通，但有一些人認為這一新興技術將為個人飛行器市場注入新的活力。

在這方面，許多新產品的設計與傳統形態非常不同。這些新設計充分利用了電驅動技術的優勢。對氣動和推進進行了更緊密的融合。這些設計正在挑戰個人飛行器設計的傳統范例，但它們還需在實踐中證明自己。

Neva航空航天公司總部設在英國，主營業務是研發電動涵道風扇推進器和垂直起降無人機。該公司在今年的巴黎航展上公開了他們研發的AirouadOne單人飛行摩托的概念設計。該機預計起飛重量500kg，可搭載1名乘員，或作為無人機搭載最多100kg貨物。

該機的電池組重100kg以上，負責為20個不同大小的電動涵道風扇推進器提供電力，在垂直起降狀態下，所有這些風扇共同產生垂直推力。前后兩對4個大風扇和乘員兩側的兩組8個小風扇只負責提供垂直方向的推力。大風扇兩側的4對8個中等大小的風扇可以前后傾斜，既在垂直起降狀態下提供姿態控制，又能直接提供水平推力。

雖然沒有機翼，但整體呈盒子型的AirouadOne隨著飛行速度的增加也會產生升力。“雖然AirouadOne主要是一臺多旋翼飛行器，但在高速下氣動因素變得很顯著，”Neva航空航天公司聯合創始人兼首席科學官大衛·布拉澤頓·拉特克里夫說。

“Air。uadOne在設計上就考慮了充分利用氣動升力，這對于達成設計指標的貢獻比例很大，”他說，“設計指標是時速80km，飛行高度900m，續航時間20～30min。”

“所有涵道風扇共同提供垂直飛行所需的升力，和普通多旋翼飛行器一樣。在平飛過程中，很大一部分升力來自4組8個傾轉涵道風扇的推力的垂直分力，這8個推進器的動態推力更大，”大衛·布拉澤頓·拉特克里夫說。

AirouadOne摩托車風格的單人駕駛座和其它公司開發的同類飛行器類似，例如Malloy Aeronautics公司的“Hoverbike”、Byegravity公司的“Flike”、Hoversurf公司的“蝎子”以及谷歌聯合創始人拉里·佩奇擁有的Kitty Hawk公司的只能在水面使用的flying JetSki。

但Neva航空航天公司的設計由于采用了多達20個涵道風扇，相比同類的其它設計應該有著更大的安全冗余。每個涵道風扇都是雙電機雙螺旋槳同軸反轉結構。“AirouadOne的設計可在多個電機同時故障的情況下保證安全，”大衛·布拉澤頓·拉特克里夫說。

DR-7電動垂直起降飛行器

初創企業德洛雷安航空航天公司（DeLorean）的DR-7電動垂直起降飛行器，在外形和飛行方式上和幾乎是長方體形狀的AirouadOne很不一樣。DR-7只有兩個涵道風扇，設置在機身內部前后位置。

德洛雷安公司首席執行官保羅·德洛雷安表示，DR-7的涵道風扇采用兩軸傾轉結構，在垂直起降狀態下，兩個涵道風扇通過傾斜可提供滾轉和偏航控制，在平飛狀態下，可提供偏航控制，因此可不需要垂直尾翼。

DR-7的長度和翼展都在6m左右，機翼折疊后整機寬度只有2.3m，可停放在普通家庭車庫里。設計時速預計為380km，如選擇變距槳涵道風扇，時速則可突破480km。“經濟巡航時速將是240km左右，”保羅·德洛雷安表示。

一位業內的電動垂直起降飛行器設計工程師審核了DR-7的設計后表示，他對于DR-7的兩軸傾轉涵道風扇是否能產生足夠的力矩在懸停狀態下進行滾轉控制表示懷疑。該機的旋翼通過周期變矩方式產生滾轉和俯仰控制力矩，像F-35戰斗機這樣的推力矢量設計在懸停狀態下則是使用兩側的姿態控制噴口進行滾轉控制。保羅·德洛雷安說：“中線雙傾轉涵道設計在小尺寸比例模型的試飛中已證明具有極佳的姿態穩定性。”

“基本上，兩個涵道風扇的推力中心位于飛機的重心上方，就像吊床的兩點懸掛狀態一樣。同軸反轉轉子的陀螺效應進一步增強了穩定性，同時還提供了一個有利的阻尼效果，”保羅·德洛雷安說。

機身形狀被設計成在平飛狀態下盡量減少對風扇進氣的遮擋，這是必須考慮的另一個方面。“在固定翼模式下，涵道風扇的排氣吹過機身會產生升力，這有助于降低失速速度，同時可以用更小的機翼面積滿足升力需求，”保羅·德洛雷安說。

對于在垂直起降狀態下突然失去一個涵道風扇可能導致的嚴重風險，德洛雷安公司已經找到他們自己的解決方法，但由于該方法目前已申請專利，因此暫時不便透露。保羅·德洛雷安補充到：“在動力系統故障和其它緊急情況下，是能夠以固定翼模式進行常規起降的。”

在售價方面，采用定距槳涵道風扇的DR一7的目標售價是25～30萬美元，DR一7的設計定位是一種高速個人通勤飛機，具有垂直起降能力和自主控制能力。該機通過使用涵道風扇，將槳葉撞擊外部障礙物的可能性降到最低，可以在不是很空曠開闊的場地起降。

保羅-德洛雷安說：“我們最近才完成了概念驗證試驗和無人駕駛的小尺寸驗證機的設計，目前正在為制造有人駕駛的全尺寸原型機尋找資金，我們正在和一家制造商商談制造原型機的問題，預計將在1年內開始制造。”